课程 名称 | 中文 | 欠驱动系统的建模、控制和仿真 | ||||||||||||||||
英文 | Modeling, Control, and Simulation of Underactuated Systems | |||||||||||||||||
课程编号 | S016150 | 课程适用学位级别 | 博士 |
| 硕士 | √ | ||||||||||||
总学时 | 36 | 课内学时 | 36 | 学分 | 2 | 实践环节 | 0 | 用机小时 | 0 | |||||||||
课程类别 | □公共基础□专业基础□专业必修R专业选修 | |||||||||||||||||
开课院(系) | 电气工程学院 | 开课学期 | 秋季 | |||||||||||||||
考核方式 | A.□笔试（□开卷□闭卷）B. □口试 C.□笔试与口试结合D.R其他课程报告 | |||||||||||||||||
课程负责人 | 教师 姓名 | 高丙团 | 职称 | 副教授 | ||||||||||||||
网页地址 | http://ee.seu.edu.cn/te_190.htm | |||||||||||||||||
授课语言 | 汉语 | 课件地址 |
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适用学科范围 | 一级 | 所属一级学科名称 | 电气工程及其自动化 | |||||||||||||||
实验(案例)个数 | 2 | 先修课程 |
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教学用书 | 教材名称 | 教材编者 | 出版社 | 出版年月 | 版次 | |||||||||||||
主要教材 | 系统建模与仿真 | 张晓华 | 清华大学出版社 | 2006年12月 | 1 | |||||||||||||
主要参考书 | Nonlinear Control for Underactuated Mechanical Systems | I. Fantoni, R. Lozano | Springer | 2002年2月 | 1 | |||||||||||||
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一、课程介绍（含教学目标、教学要求等）（300字以内）
本课程将全面讲述以欠驱动机械系统和欠驱动电力电子系统为核心的欠驱动系统的建模、控制设计和仿真分析的理论和方法。介绍欠驱动系统分析建模的方法，重点讲述以能量为基础的拉格朗日建模方法的应用；介绍欠驱动系统的一般规范型，针对建立的系统数学模型讨论采用坐标变换的办法将其转换成常见的控制系统的标准形式，在此基础上结合案例讲述常见的控制设计方法，重点介绍基于能量的控制设计方法；介绍控制系统仿真的一般方法和特征，重点介绍CAD软件和Matlab联合仿真系统。课程还将探讨将针对机械系统控制设计的一般方法推及到欠驱动电气特别是电力电子系统控制设计的可能。
通过本课程的学习，将获得对欠驱动系统建模、控制设计等问题的系统认识，掌握欠驱动系统分析的基础理论及数学方法，为进一步从事相关工作打下基础。
二、教学大纲（含章节目录）：（可附页）
第1章 概术
1.1 系统、模型和仿真
1.2 欠驱动系统的概念
1.3 仿真技术的应用、发展和展望
第2章 系统建模
2.1 控制系统的数学模型
2.2 系统建模的方法
2.3 系统建模实例
第3章 系统仿真
3.1 面向系统结构图的仿真
3.2 环节的离散化与非线性系统仿真
3.3 数字控制系统的仿真
第4章欠驱动系统的系统化控制设计
4.1 理论基础
4.2 欠驱动系统的规范型
4.3 基于规范型的欠驱动系统的非线性控制系统
4.4设计案例
第5章基于能量的欠驱动系统控制设计
5.1 理论基础
5.2 基于能量的控制设计方法
5.3设计案例
第6章虚拟样机技术与应用
6.1 虚拟样机技术的形成、发展和应用
6.2 基于ADAMS和MATLAB的联合仿真系统
6.3 案例分析
第7章实物仿真技术与应用
7.1 概述
7.2 实物仿真系统案例
第8章欠驱动系统控制设计未来展望
三、教学周历
周次 | 教学内容 | 教学方式 |
1 | 欠驱动系统概论－概念、定义及分类 | 讲课 |
2 | 仿真技术的应用、发展和展望 | 讲课 |
3 | 控制系统的数学模型、建模方法 | 讲课 |
4 | 系统建模实例：独轮自行车、龙门吊车 | 讲课 |
5 | 系统建模实例：三相PWM整流器 | 讲课 |
6 | 系统建模实例仿真：MATLAB/SIMULINK基础及实例仿真 | 讲课 |
7 | 系统仿真：微分方程的数值求解、仿真的病态问题及处理、面向结构图的仿真 | 讲课 |
8 | 系统仿真：环节的离散化与非线性系统仿真、数字控制系统的仿真 | 讲课 |
9 | Lyapunov稳定性、耗散无源理论、欠驱动系统的一般动力学描述及其特征 | 讲课 |
10 | 欠驱动系统的三类规范型及其系统设计方法 | 讲课 |
11 | 欠驱动系统系统化设计方法实例：旋转振荡器、倒立摆、球棒 | 讲课 |
12 | 系统能量和Lypunov函数的关系，欠驱动系统基于能量控制设计的一般方法 | 讲课 |
13 | 基于系统能量进行控制设计的实例：吊车、倒立摆 | 讲课 |
14 | 虚拟样机技术：概述、基于案例的ADAMS和MATLAB联合仿真系统 | 讲课 |
15 | 实物仿真技术：概述、基于龙门吊车实物仿真系统的案例分析 | 讲课 |
16 | 欠驱动系统理论未来发展方向展望 | 讲课 |
