现代控制理论绪论课教学探讨

2013-04-29王居凤

新课程·下旬 2013年7期

关键词：教学

王居凤

摘要：现代控制理论是高等院校自动化、控制等相关专业的必修课程之一，绪论课是整个教学的先导，具有非常重要的作用。通过三个方面就如何上好现代控制理论绪论课做探讨。

关键词：现代控制理论；绪论课；教学

现代控制理论是高等院校自动化、控制等相关专业必修的基础课程，该门课比较抽象、理论性比较强，会用数学中的“代数”“常微分方程”“矩阵”等相关的数学知识，有些学生认为该课程有些乏味，不是很重视，从而影响了后续专业课程的学习。绪论课对学生有先入为主的作用，对整个课程有引导的作用。作为现代控制理论教师，在第一堂课上如何激发学生的学习兴趣，如何调动学习积极性，让学生快速地明白这门课学什么，显得非常重要。本文从如何上好现代控制理论绪论课做些探讨。

一、介绍现代控制理论的起源与发展

经典控制理论考虑的对象比较简单，对象为单输入单输出、线性、时不变系统；使用图形化方法，从而依赖于设计人员的经验；不能具有处理多目标，不能揭示系统的内部特性。

面对日益复杂的对象和不断提高的控制性能要求，控制理论由经典控制理论向现代控制理论转变。20世纪50年代中期空间技术迅速兴起推动了现代控制理论的发展，1956年，苏联庞特里亚金提出了极大值原理并发表了《最优过程的数学理论》，同年，美国的贝尔曼发表了《动态规划理论在控制过程中的应用》，给出了最优动态规划法，从而建立了最优控制的理论基础；1960年，美国的卡尔曼与美国布什几乎在同一时期内引入状态空间法分析系统，提出了能控性、能观性、卡尔曼滤波等概念及相关理论，奠定了现代控制理论的基础并标志着现代控制理论的形成。在工业生产、航空技术、计算机技术的发展下，现代控制理论也在不断地发展，并取得了很多成绩，比如人造地球卫星的发射、登陆月球等等。

二、现代控制理论的特点及本课程的内容

现代控制理论是建立在经典控制理论基础上发展起来的，他的特点就是用状态空间模型描述对象，适用于多输入多输出、时变与非线性系统，能实现多目标控制。

本课程主要内容是：状态空间模型；基于状态空间模型的系统运动分析、能控性、能观性、稳定性；基于状态空间模型的极点配置、稳定化控制器设计、观测器设计、二次型最优控制器设计。

三、现代控制理论的学习意义

现代控制理论可应用到各个领域中，例如计算机、电机与机械、检测技术、通讯、交通运输、环境保护、资源开发经济。为增加趣味性，举几个实际例子。

例1.离心调速器

图中有两个飞球，球转起来后，因离心力的作用，飞球往外胀。飞球胀开后，套筒就往上升，由于套筒在移动，所以带动执行机构动作。这就是瓦特设计的离心调速器。

例2.要求：设计控制器，使得系统是稳定的，具有一定过渡过程特性，且扰动下，系统输出能跟踪参考输入。

现代控制理论是一门关于自动化、控制专业的非常重要的专业基础课程。学好《现代控制理论》可以为今后学习专业课及工程实践打下良好的基础。

现代控制理论的绪论课是整门课教学的第一课，绪论教学使学生能快速对这门课的学习内容，整本教材的结构有一个大概了解，绪论课将影响到学生对这门功课的学习，所以绪论课是非常重要的。

参考文献：

[1]俞立.现代控制理论[M].北京：清华大学出版社，2007.