课程详细信息

课程代码 :
P032504
课程名称 :
线性控制系统
课程英文名称 :
Linear Control System
课程简称:
类型 :
院系
开课学期:
春秋季
学科/院系:
(032)电子信息与电气工程学院(自动化系)
课程学分:
3
是否跨学期 :
总学时:
54
实验课学时 :
讨论学时 :
周学时 :
课程性质 :
专业课
课程层次 :
专业学位课程
课程分类 :
课程类型 :
专业学位学位课
考试方式:
上课方式:
课程教材语种类型:
授课语言类型:
成绩等级 :
通过不通过
是否绩点统计 :
开课状态 :
开课
任课老师:
课程简介 :
基本内容: 线性控制系统理论是现代控制理论的基础。它是关于线性控制系统的数学描述、分析和设计的系统化体系化的学问。首先介绍线性控制系统的传递函数(矩阵)描述和状态空间描述以及它们之间的转换方法;其次分别介绍刻画线性控制系统的定性特性、定量特性和结构特性的一些重要概念如可控性、可观性、各种Lyapunov稳定性等概念的定义和物理含义以及分析这些特性的方法和结论。然后介绍基于极点配置的状态反馈和输出反馈控制律的设计方法,以及性能指标为二次型的最优反馈控制器的设计方法和结论,由测量输出估计系统状态的观测器设计方法以及含有观测器的闭环反馈控制系统的特性和设计理论。最后,简单介绍闭环控制系统对于模型不确定性和外部干扰的鲁棒性分析中的基本概念和鲁棒控制的基本思想。 基本要求: *准确理解基本概念和物理含义 *掌握基本的分析方法和其适用的条件和范围 *能利用Matlab分析和设计简单的闭环反馈控制系统
课程英文简介:
Linear control system theory is the foundation of modern control theory. It introduces systematically methods about the modeling, analysis and design of linear control systems. It first introduces the transfer function (matrix) description and state space description and conversion methods between them; next introduces the qualitative properties, quantitative characteristics and structural properties of linear control systems, and definitions and physical meaning of some important concepts, such as controllability, observability, Lyapunov stability. Then it introduces state feedback and output feedback control law design methods based on pole assignment, and optimal feedback controller design methods and conclusions based on the quadratic performance index and state observer design method. Finally, it introduces briefly he basic idea of robust control. Basic requirements: * An accurate understanding of basic concepts and those physical meaning * Master the basic analysis methods and the conditions and scope of its application * can use Matlab/Simulink to conduct analysis and design of a simple closed-loop feedback control system
教学大纲:
第一章 绪论(2学时) 1.1 研究对象―线性系统和模型 1.2 控制理论的发展过程 1.3 课程所处的位置和内容 1.4 要求和学习方法 第二章 线性系统的数学描述(14学时) 2.1 单输入单输出系统的传递函数描述及其分析和设计方法 2.2 状态和状态空间的概念 2.3 线性系统的状态空间描述 2.4 连续系统按状态空间描述的分类 2.5 由输入输出描述导出状态空间描述 2.6 线性时不变系统的特征结构 2.7 约当规范形 2.8 线性系统的坐标变换 2.9 由状态空间描述导出传递函数矩阵 2.10 组合系统的状态空间描述 第三章 线性系统的运动分析(6学时) 3.1 运动行为的数学含义 3.2 连续时不变系统的运动分析 3.3 状态转移矩阵 3.4 脉冲相应矩阵 3.5 连续系统的时间离散化 3.6 离散系统的运动分析 第四章 线性系统的可控性和可观性(8学时) 4.1 可控性和可观性 4.2 可控性和可观性判据 4.3 离散系统的可控性和可观性判据 4.4 可控规范形和可观规范形 4.5 结构分解 第五章 系统运动的稳定性(6学时) 5.1 外部稳定性和内部稳定性 5.2 Lyapunov稳定性 5.3 稳定性判定的Lyapunov第二方法 5.4 线性系统的稳定性判据 5.5 系统的性能估计 5.6 离散系统的稳定性和判据 第六章 线性控制系统的设计(10学时) 6.1 引言 6.2 状态反馈和输出反馈 6.3 极点配置(状态反馈的情况) 6.4 极点配置(输出反馈的情况) 6.5 状态反馈镇定 6.6 状态反馈解耦 6.7 跟踪控制和干扰抑制 6.8 线性最优控制 6.9 状态观测器设计 6.10 基于观测器的状态反馈闭环系统的特性 第七章 线性鲁棒控制(4学时) 7.1 基本概念 7.2 鲁棒控制的基本思想和分析设计方法 课堂讨论2次(4学时)(为了加深对学习内容的理解以及提高学习的兴趣、交流在实际工作中的相关知识,如何应用所学理论去分析实际工作中所接触到的一些技术问题)。
教学进度:
一周 课程简介(课程所处的位置和内容)和古典控制中的基本概念、基本方法的复习 二周 古典控制中的基本概念、基本方法的复习 三周 状态和状态空间的概念、线性系统的状态空间描述、连续系统按状态空间描述的分类、由输入输出描述导出状态空间描述 四周 线性时不变系统的特征结构、约当规范形、线性系统的坐标变换 五周 由状态空间描述导出传递函数矩阵、组合系统的状态空间描述 六周 运动行为的数学含义、连续时不变系统的运动分析、状态转移矩阵、脉冲相应矩阵、状态方程的解 七周 连续系统的时间离散化、离散系统的运动分析、外部稳定性和内部稳定性概念及其定义 八周 Lyapunov稳定性、稳定性判定的Lyapunov第二方法、线性系统的稳定性判据、离散系统的稳定性和判据 九周 可控性和可观性概念、连续时间系统的可控性和可观性判据、离散系统的可控性和可观性判据 十周 可控规范形和可观规范形、结构分解 十一周 状态反馈和输出反馈、极点配置(状态反馈的情况)、极点配置(输出反馈的情况)、状态反馈镇定 十二周 状态反馈解耦、跟踪控制和干扰抑制、线性最优控制、状态观测器设计、基于观测器的状态反馈闭环系统的特性 十三周 线性鲁棒控制基本思想、基本概念和方法简介 十四周 机动(学生实际工作中有关控制问题的交流) 十五周 习题课和复习以及讨论
考试大纲:
期末考试(适当参考出席和作业的情况) 主要考核学生 对课程中的基本概念准确理解和掌握得情况; 基本的分析方法和其适用的条件和范围的掌握情况; 基本的控制设计和观测器设计的能力。