三、硕士学位选修课教学大纲
《变结构控制理论与方法》课程教学大纲
撰 写 人：高存臣
撰写时间：2007年6月18日 开课院系：数学系
课程编号：100K0051
课程英文名称：The Theory and Method of Variable Structure Control 课程总学时：64 总学分：3 含实验或实践学时： 学 分： 推荐使用教材：《变结构控制的理论及设计方法》 编 者：高为炳
出版社：科学出版社 出版时间及版次：1996年第1版
课程教学目标与基本要求：
变结构控制理论与方法是运筹学与控制论专业控制理论与应用方向的重要的硕士学位专业课程，是常微分方程稳定性理论、自动控制原理、控制理论与泛函微分方程的后继课程，是应用稳定性理论与变结构控制方法解决动力系统中大量实际控制问题的重要而有效的数学方法。本课程要求学生掌握如下基本内容：变结构控制的概念与方法；线性系统的变结构控制；非线性系统的变结构控制；变结构控制的专门问题（跟踪系统、自适应模型跟踪问题、不确定系统、模型到达系统、大系统、非线性大系统、时滞系统）；变结构控制的应用（饱和控制法、机器人动力学模型、变结构控制方法、状态观测器、容错变结构控制、离散时间系统的变结构控制）。通过本课程的学习，一是使学生掌握现代控制理论的变结构控制法，为做好进一步的科研项目打下基础；二是培养学生的创新能力、联系实际分析问题与解决问题的能力。
考试形式：开卷。 授课模式（指传统授课内容（细化到章、节、目） 教学目标 讲授、讨论、多媒体教学等） 第一章 变结构控制的概念与方法 要求学生掌握变结构控制系统传统讲授 8 学时分配 1．引言；2．变结构控制的概念；3．变结构控制的数学模型；4．右端不连续的微分方程；5．正则化方法与等效控制法 的概念与控制方法，变结构控制的优点与缺点，特别掌握变结构控制的控制方法与滑动模的特点。 第二章 线性系统的变结构控制 1．线性变结构系统的性质；2．线性变结构综合（切换面中常数向量C的选取，变结构控制律的设计，滑动模的优化，二次型切换函数，Lyapunov直接法） 第三章 非线性系统的变结构控制 要求学生掌握线性变结构系统的性质，会设计切换面与变结构控制器，并会验证系统的稳态性能。 传统讲授 8 通过讲授使学生掌握单输入与多输入非线性系统的正则型与1．非线性系统的变结构控制的发展概况；输出解耦；分散滑动模控制法与会用变结构控制法2．单输入非线性系统的变结构控制；3．单解耦控制法；解决一般非线性系统的变结构输入非线性系统的正则型；4．多输入系统控制律的设计问题。 的正则型及输出解耦；5．多输入非线性系统的分散滑动模控制与解耦控制；6．一般非线性系统的变结构控制 第四章 变结构控制的专门问题 1．输入跟踪问题；2．输出跟踪问题；3．运动跟踪问题；4．自适应模型跟踪问题的变要求学生掌握多种跟踪问题的变结构控制方法，不确定系统、模型到达系统、大系统、非线性传统讲授 16 传统讲授 24 结构控制与超稳定性方法；5．不确定系统大系统、时滞系统的变结构控制的变结构控制；6．模型到达系统的变结构器的设计方案，并会验证系统的控制；7．大系统的变结构控制；8．非线性大系统的变结构控制；9．时滞系统的变结构控制 第五章 变结构控制的应用 1．饱和控制法；2．机器人动力学模型；3．变结构控制方法；4．状态观测器的设计；5．容错变结构控制；6．离散时间系统的变结构控制 要求学生掌握变结构控制方法在多方面的应用，状态观测器的设计方法，离散时间系统的准滑动模设计与变结构控制器的设计方法。 传统讲授 8 稳定性、有限时间可达性与变结构控制的实现问题。 学习参考书（注明编者，出版社，出版时间及版次）： [1] 高存臣，袁付顺，肖会敏．《时滞变结构控制系统》．科学出版社．2004年第1版 [2] 高为炳．《变结构控制理论基础》．中国科学技术出版社．1990年第1版 [3] 刘永清，高存臣，袁付顺．《大型动力系统的理论与应用—滞后系统的变结构控制》（卷9）．华南理工大学出版社．1998年第1版 [4] 王丰尧．《滑模变结构控制》．机械工业出版社．1992年第1版
[5] 胡跃明,周其节．《分布参数变结构控制系统》．国防工业出版社．1996年第1版
编写工作小结：
本教学大纲是在《常微分方程稳定性理论》、《自动控制原理》、《控制理论》与《泛函微分方程》的基础上，要求硕士研究生掌握的一种现代控制方法──变结构控制法。通过该课程的学习与研究，学生可以将该方法应用到其他控制系统中（如：模糊变结构控制系统、时滞离散变结构控制系统、混沌变结构控制系统、复杂变结构控制系统、随机变结构控制系统、分布参数变结构控制系统）。学生通过查阅有关控制方面的文献，能够写出一篇关于变结构控制系统的论文，并在相应学术刊物发表。
《线性系统理论》课程教学大纲
撰 写 人：唐功友
撰写时间：2007年6月18日 开课院系：信息科学与工程学院 课程编号：100K0061
课程英文名称：Linear System Theory
课程总学时：64 总学分：3 含实验或实践学时： 学 分：
推荐使用教材：《线性系统理论》 编 者：郑大钟
出版社：清华大学出版社 出版时间及版次：2002年第2版 课程教学目标与基本要求：
线性系统理论是运筹学与控制论专业控制理论与应用方向的重要的硕士学位选修课程，是控制理论课程的后继课程。本课程要求学生掌握如下基本内容：1、线性系统的状态空间描述：状态与状态空间、状态空间描述与分类、传递函数矩阵、系统描述方法的相互转换、线性系统的特征结构、线性系统在坐标变换下的特性、组合系统的状态空间描述与传递函数矩阵。2、线性系统的运动分析：线性定常系统的运动分析、状态转移矩阵、线性时变系统的运动分析、连续系统的离散化、离散线性系统的运动分析。3、线性系统的能控性与能观测性：线性系统的能控性和能观测性判据、对偶性原理、能控规范型与能观测规范型、线性系统的结构分解。4、系统运动的稳定性：Lyapunov意义下的稳定性概念、Lyapunov第二方法的主要定理、线性定常系统的稳定性及判据。5、线性系统的时域综合：状态反馈与极点配置、镇定问题、解耦问题、状态观测器、基于观测器的状态反馈及特性、线性二次型最优控制、跟踪控制与扰动抑制。通过本课程的学习，一方面使学生掌握现代控制的基础理论与基本方法，为做好科研项目打下基础；另一方面是培养学生的创新能力，联系实际，分析解决问题有关控制问题的能力。
考试形式：书写小论文。 授课模式（指传统授课内容（细化到章、节、目） 教学目标 讲授、讨论、多媒体教学等） 第一章 绪论 系统控制理论的研究对象、 线性系统理论要求学生了解系统控制理论的研究对象和 线性系统理论的基传统讲授 6 学时分配 的基本概貌 第二章 线性系统的状态空间描述 状态和状态空间、 线性系统的状态空间描述、 连续变量动态系统按状态空间描述的分类、 由系统输入输出描述导出状态空间描述、线性时不变系统的特征结构、 状态方程的约当规范形、由状态空间描述导出传递函数矩阵、 线性系统在坐标变换下的特性、 组合系统的状态空间描述和传递函数矩阵 第三章 线性系统的运动分析 连续时间线性时不变系统的运动分析、连续时间线性时不变系统的状态转移矩阵、连续时间线性时不变系统的脉冲响应矩阵、 连续时间线性时变系统的运动分析、连续时间线性系统的时间离散化、离散时间线性系统的运动分析 第四章 线性系统的能控性和能观测性 能控性和能观测性的定义、连续时间线性时不变系统的能控性判据、 连续时间线性时不变系统的能观测性判据、 连续时间线性时变系统的能控性和能观测性判据、离散时间线性系统的能控性和能观测性判据、 对偶性、 离散化线性系统保持能控性和能观测性的条件、 能控规范形和能观测规范形、 连续时间线性时不变系统的结构分解 第五章 系统运动的稳定性 外部稳定性和内部稳定性、李亚普诺夫意义下运动稳定性的一些基本概念、李亚普诺夫第二方法的主要定理、 连续时间线性系统的状态运动稳定性判据、连续时间线性时不变系统稳定自由运动的衰减性能的估计、 离散时间系统状态运动的稳定性及其判据 第六章 线性反馈系统的时间域综合 本概貌 要求学生掌握线性系统的状态空间描述方法 传统讲授 10 要求学生掌握线性系统的运动分析方法 传统讲授 12 要求学生掌握线性系统的能控性和能观测性 传统讲授 12 要求学生掌握系统运动的稳定性概念和分析方法 传统讲授 8 要求学生了解线性反馈系统的传统讲授 16