《现代控制理论B》教案
2023/ 2024学年第 2 学期
课程名称:现代控制理论B
课程性质:考试
授课学时:32学时
授课对象:自动化
任课教师: 周玲
长沙理工大学电气与信息工程学院
2024.2
全课程教案
一、基本信息
课程名称 | 现代控制理论B | 课程编号 | D0811000385 | 课程性质 | 专业基础课 | 学分 | 2 | ||
教学安排 | 总学时32。其中讲授32学时,实验0 学时,上机 0 学时,实训 0 学时 | ||||||||
授课时间:第 1周至第11周 | 周学时 | 3 | |||||||
相关课程与环节 | 先修《高等数学》 《电工电子学》《模拟电子技术》《数字电子技术》,后续《智能控制》《过程控制及仪表》等 | ||||||||
二、授课对象
基本情况 | 专业 | 自动化 | 年级 | 21级 | 班级 | 1-4 | 修读人数 | 129 |
授课对象分析 | 自动化专业,既注重理论学习,又注重实际应用 |
三、教学内容与安排
课程简介与要求 | 《现代控制理论B》是自动化专业的主干课程,是学习后续专业课的重要基础,也是自动化专业硕士研究生入学后的专业课。通过本课程的学习,使学生掌握现代控制理论的基础知识,初步具备应用状态空间法分析和设计控制系统的能力,并为今后进一步深入学习、研究现代控制理论打下扎实的基础。 充分理解状态变量,状态空间,能控性,能观性,Lyapunov稳定性,极点配置及状态重构等概念,掌握由传递函数或微分方程建立状态空间表达式,由状态空间表达式求传递函数(阵)以及状态空间表达式的线性变换方法,掌握极点配置和状态观测器等设计方法。
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课程目标 | 课程目标 | 支撑毕业要求指标点 | 与课程关联度 | |||||
1/工程知识:具有从事自动化专业工作所需的相关数学、自然科学、工程基础、专业知识和技能,并能够将上述知识和技能用于解决复杂自动化工程问题。 | 1.1具有从事自动化专业工作所需数学、自然科学、工程基础和专业知识和技能。 | M | ||||||
2/问题分析:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,并通过文献查阅与研究,发现、描述、分析复杂自动化工程问题,以获得有效结论。 | 2.1 能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理,分析影响复杂自动化系统的关键因素,能够采用合适的数学模型描述复杂自动化系统。 | H | ||||||
2.3 能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理,分析复杂自动化系统性能,以获得有效结论。 | ||||||||
4/研究:能够基于科学原理并采用科学方法对复杂自动化工程问题进行研究,包括理论推导、实验设计、数据分析等,并通过信息综合得到合理有效的结论。 | 4.2 能够针对复杂自动化工程问题的特征,设计合理的仿真实验方案,通过对仿真实验数据和结果的分析研究,得到复杂自动化系统设计方案是否合理的结论。 | M | ||||||
课程思政 | 每节课都设计相对应的思政案例:弘扬爱国主义、刻苦钻研精神,工匠精神等。
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教学方法 | 1、采用线下教学 2、采用理论教学与实际案例相结合的方法,按课堂讲授与学生讨论、案例教学、Matlab仿真相结合的原则进行教学。充分利用数字化技术、网络教学平台等,结合教师当面辅导,解决学生学习中的疑惑。 3、课程内容融合课程思政教学,具体思政案例在相对应章节。
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教学重点 与难点 | 重点:1、对现代控制理论基本概念和原理的理解与掌握; 2、掌握建立状态空间模型的方法; 4、掌握线性系统状态方程的求解方法; 5、掌握线性系统能控性与能观性的分析方法; 6、掌握控制系统稳定性的分析方法; 7、掌握系统极点配置和状态观测器的设计方法。
难点:1、非齐次线性系统状态方程的求解; 2、李雅普诺夫稳定性分析第一第二法; 3、极点配置及观测器的设计。
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课程各教学环节内容与安排 | 知识单元 | 知识点 | 课内学时 | 教学方式 | 作业/测验 | 课外学习 | ||
1 | 绪论 | 2 | 面授、思政案例教学、微课、线上同步课堂 | 2次 |
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第二章 | 控制系统状态空间描述 | 8 | 面授、微课、项目式学习、线上同步课堂、线下针对辅导 | 3次 |
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第三章 | 线性控制系统的运动 | 4 | 面授、微课、项目式学习、线上同步课堂、仿真、线下针对辅导 | 作业+综合训练 |
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第四章 | 系统能控性与能观性 | 6 | 面授、微课、项目式学习、线上同步课堂、仿真、线下针对辅导 | 作业+次综合训练 |
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第五章 | 稳定性与李雅普诺夫理论 | 4 | 面授、微课、项目式学习、线上同步课堂、仿真、线下针对辅导 | 作业+次综合训练 |
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第六章 | 线性定常系统的综合 | 8 | 面授、微课、项目式学习、线上同步课堂、仿真、线下针对辅导 | 2次 |
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注:课程目标、教学方法、重难点、教学环节(知识单元、知识点等)等内容应与教学大纲、教学日历一致。课外学习可包括学时和内容要求。
四、考核方式
考核项目 | 考核内容 | 考核方式 | 分值或占比 |
期末考试 | 课程教学内容 | 闭卷 | 60 |
小测验 | 各知识模块 | 随堂考试 | 10 |
作业 | 课后习题 | 提交作业 | 10 |
课堂表现 | 出勤率和课堂参与度 | 考勤、课堂讨论、课堂展示等 | 10 |
实训 |
| 实训与上机 | 10 |
上机 |
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… |
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注:考核方式应符合课程教学大纲的要求。
五、教学资源
推荐教材 |
[1] 现代控制理论.张嗣瀛,高立群. 北京:清华大学出版社,2017年版
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参考材料 | 主要参考书: [1] 现代控制理论. 张宇献,李勇.北京:电子工业出版社,2017年版 [2] 现代控制理论.胡寿松.北京:科学出版社,2011年版 [3] 现代控制理论.刘豹,唐万生. 北京:机械工业出版社,2017年版
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课程资源 | 教务处网络教学综合平台http://pt.csust.edu.cn/meol/homepage/common/
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教材分析与处理 | 目前各出版社出版的《现代控制理论B》本科教材的教学内容安排基本一致,都是围绕经典控制理论展开论述,一般都分为绪论、状态空间表达式、状态方程求解、能控能观性、李雅普诺夫稳定性、系统综合这几章。工科课程理论联系实际的特点不仅体现在教材中数学实例的分析,更重要的是要强调理论最终服务于实践的方法和途径,以实例应用表明理论的正确性与可行性,凸现工程背景,进行启发式诱导和科学性解题。 在教材的具体应用上可采取以下措施:1)指明工程背景及应用场合,明确设计要求及设计指标;2)启发性诱导,指出设计问题的切入点及注意事项;3)指明逻辑思维过程及明晰求解层次;4)综合应用各种理论方法,分析设计结果的合理性及实现的可能性;5)协调设计指标的满意性,修改设计参数,达到和谐效果;6)设计过程及结果的验证与仿真;7)自行完成设计过程的扩展,指出改善性能的可能途径和方法,达到进一步改进控制性能的目的。 |
分课时教案
知识单元名称 | 0绪论、1.1状态空间表达式 | 课次 | 第1讲 |
授课类型 | 理论课 |