现代控制理论课程设计

现代控制理论课程设计

一、引言

现代控制理论为测控专业基础课，课程主要包括状态空间的基础理论，使学生掌握必要的现代控制理论的基础知识，为后续专业课打下理论基础。因为本课程理论性较强，以课堂讲授为主，如果教学方法不当，仅仅根据课本照本宣科地向学生传授课本专业知识，很容易让学生觉得枯燥无味，挫伤学生的学习激情与主动性，严重影响学习效果。因此需要对教学方法改革，让学生积极思考问题，让学生从被动的接受者变成主动的参与者，为此针对课程设计了研讨式教学方案。

二、研讨式教学方案的整体设计

课程主要是关于状态空间的基础理论，本课程以课堂教学为主，要求在理解有关状态、状态空间的基本概念基础上，理解和掌握系统矩阵与稳定性的关系，线性系统状态转移的过程，能控性、能观测性，与系统设计的关系，掌握并灵活运用极点配置，观测器设计方法对系统进行设计。通过课程实验，掌握模型转换，李亚普诺夫矩阵方程的解法，掌握运用状态反馈对系统进行极点配置的设计方法。学会应用Matlab进行控制系统辅助分析设计的基本技能，为日后解决实际工程问题奠定基础。通过本课程学习，使学生做到对各章概念融会贯通，解题方法灵活运用，分析解决实际问题。为此，现代控制理论的研讨式教学方案设计从内容结构、教学方法、训练载体、考核方式等几个方面，设计了以知识点问题为主线，将课程理论教学内容、研讨式教学、综合知识应用大作业、实验教学、考核方式相结合的教学模式。

（一）现代控制理论研讨式教学知识点

现代控制理论课程体系主要围绕建立控制系统的数学模型基础之上，学习对控制系统的分析方法和系统综合方法。即建立控制系统状态空间表达式模型，特别状态模型的三种实现能控标准型、能观标准型、约当标准型，以及各种模型之间的相互转化；在模型建立后分析控制系统的时域响应，分析控制系统的能控性和能观性，利用李亚普诺夫第二方法分析系统的稳定性；为了改善系统性能，然后对系统进行综合设计，即利用状态反馈实现极点配置，为了解决状态不能直接检测的问题，利用带状态观测器进行状态反馈系统设计。

（二）现代控制理论研讨式教学模式

1.通过理论教学应掌握的知识与方法。了解自动控制与系统的基本概念、基本要求；建立控制问题的系统观，学会用控制系统的思想理解问题；掌握控制系统状态空间模型的建立方法。重点掌握由传递函数（矩阵）到状态模型的三种实现：能控标准型实现、能观标准型实现、约当标准型实现；掌握如何求线性定常系统齐次状态方程和非齐次状态方程的解；掌握线性连续定常系统的能控性和能观性概念及判别准则；掌握控制系统稳定性的基本概念，重点掌握李亚普诺夫第一、李亚普诺夫第二分析法；掌握通过反馈设计控制系统。重点掌握状态反馈能任意极点配置的条件和利用极点配置实现状态反馈，重点掌握全维状态观测器的实现；掌握状态观测器的状态反馈系统设计。

2.通过实验教学进行动手实践能力培养。通过数字仿真软件解算实际控制问题，学会掌握控制系统的计算机仿真分析，通过对MATLAB软件的学习，掌握基本的模型变换、典型系统的响应分析等语言，提高解决控制问题的计算与分析能力。通过模拟仿真电路实验，提高学生控制电路调试与实现的能力。通过控制理论实验装置，学生根据自行设计的控制理论教学实验电路进行模拟仿真电路实验，提高学生的动手实践和理论联系实际的能力。

3.通过整个课程教学设计进行综合素质培养。根据教学内容，在课堂开展研讨式教学，

本课程共设计了五个研讨性教学环节，培养学生与人合作的能力和探索知识的精神。针对重点内容分别设计了综合知识测验和综合知识应用大作业，来培养学生综合应用知识的能力。通过本课程的理论、实践和研究性教学，学生基本具备运用自动控制理论解决实际问题的能力，并能够初步完成今后生产和科研中遇到的基本控制任务。