北京大学博士研究生力学系统与控制培养方案报表.docx
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北京大学博士研究生力学系统与控制培养方案报表
北京大学
博士研究生培养方案
（报表）
一级学科名称力学
专业名称力学系统与控制
专业代码080121
北京大学研究生院制表
填表日期：
2010年3月18日
一.学科（专业）主要研究方向
序号
号
研究方向名称
主要研究内容、特色与意义
研究生导师
1
复杂力学系统控制
[主要研究内容]：
复杂非线性力学系统的稳定性及其控制研究,约束条件下受控运动体的运动规划、导航与控制。
[特色与意义]：
约束条件下运动体的控制是本研究方向的重要特色，研究结果对于民用及国防工业有重要意义.
黄琳,耿志勇，刘才山，段志生
2
多智能体协同动力学与控制
[主要研究内容]：
主要研究网络化多动力系统的协同动力学，群体智能，协同博弈，协同优化，网络拓扑、通讯协议以及协同控制的设计。
[特色与意义]：
网络拓扑与协同行为的关系研究是该方向研究特色，研究结果对于工业自动化系统以及分布式信息系统有重要意义。
黄琳，耿志勇，王金枝，段志生
3
非线性与鲁棒控制
[主要研究内容]：
研究复杂非线性系统在参数,范数摄动下的鲁棒性分析与控制问题,建立易于检验设计的控制器设计方法.
[特色与意义]：
所有的控制系统都存在不定性,研究多种不确定性下的鲁棒分析与控制是本方向的特点,这一研究方向在理论与应用领域均有重要意义.
耿志勇,王金枝，杨莹
4
近空间飞行器动力学与控制
[主要研究内容]：
研究高超声速飞行器的建模，导航与控制，计算机数值仿真
[特色与意义]：
针对高马赫数，高非线性，强时变，以及不确定扰动下控制律设计是本研究的特色。
黄琳，段志生，杨剑影，王金枝，杨莹，黄迅
5
航天器动力学分析与控制
[主要研究内容]：
基于多体系统力学、有限元分析技术以及相关的控制理论，研究复杂航天器中的动力学与控制问题，发展快速高效的数值模拟算法。
[特色与意义]：
建立含摩擦的接触/碰撞问题的一般性理论并发展有效的分析工具是本方向的主要特色。
刘才山，黄琳
6
散体介质冲击动力学
[主要研究内容]：
研究一类散体介质在冲击作用下的波动效应，结合随机和统计理论揭示散体介质的整体力学性质。
[特色与意义]：
该项研究在航天工程、光子散射、生物材料、化学工程等领域均有重要的应用价值。
刘才山
7
关联系统/复杂动态网络分析与控制
[主要研究内容]：
考虑关联组合系统中关联的作用，进一步研究复杂动态网络的动力学行为与控制方法，动态网络可以看作是小系统经过关联组合后形成的大系统.
[特色与意义]：
研究关联作用是本方向的重要特色.
段志生，王金枝
8
故障诊断与容错控制
[主要研究内容]：
基于模型的故障诊断及容错控制，执行器和传感器容错控制设计，故障检测以及故障隔离的设计。
[特色与意义]：
动态故障检测与故障隔离设计是本研究的特色，对于提高大规模复杂系统的可靠性，减少冗余设计具有重要意义。
杨莹/段志生/杨剑影
9
实时控制
[主要研究内容]：
基于嵌入式系统针对各类工程控制问题实现实时现代控制系统，包括快速原型设计和半实物仿真设计。
[特色与意义]：
面向工程实际问题，结合控制理论、计算机软硬件和嵌入式系统技术，
研究发展实时控制技术。
对于流体控制、飞行器控制、发动机控制等工程实际问题的控制器设计和仿真有重要意义。
黄迅/杨剑影
10
航天器轨道机动导航与控制
[主要研究内容]：
研究在轨航天器面向任务的轨道机动的规划，导航与控制。
连续推力下轨道机动的最优控制。
[特色与意义]：
该研究方向的特色是连续推力模式下的轨道机动。
研究结果对于长时间轨道驻留航天器以及电推力模式的深空探测航天器轨道机动有重要意义。
耿志勇
11
飞行力学与飞行制导
[主要研究内容]：
研究飞行器在空气动力作用下的运动规律，动态特性，稳定性和控制与制导规律。
[特色与意义]：
该研究方向的特色是探索各类飞行器的气动特性和控制制导方法。
对研究新型飞行器具有重要意义。
杨剑影
注：
不够可复制加页。
二.培养目标与学习年限
培养目标：
（本表可不填政治标准）
培养具有在动力学、控制理论、控制工程领域开展交叉研究的有创新能力的基础研究和应用研究的高级人才，能熟悉应用理论解决工程技术中的问题，适合于到科研单位和高校作应用研究和到企业开发新产品的高级专门人才。
通过培养，使学生具有坚实而广博的理论基础、系统的专门知识和熟练的专业技能。
熟悉本学科国内外的研究及发展动态，具有独立从事科学研究和承担专门技术工作的能力；同时，使学生具有较强的创新能力，较强的组织协调能力，强烈的事业心和良好的合作奉献精神；对待科学问题，学风要严谨，要有实事求是的精神，以满足社会对该学科在教学、科研、系统设计等方面的人才需求。
学习年限：
硕士起点博士生四年，本科起点直攻博研究生五年。
三、课程设置（包括讨论班等）
序号
课程编号
课程名称
课程
类型
学分
开课
学期
任课教师
（职称）
适用专业
（本专业及其它专业）
1
马克思主义理论课
必修
2
2
第一外国语
必修
4
3
第二外国语
选修
3
4
系统与控制中的线性代数
必修
3
秋季
段志生（教授）
本专业
5
稳定性理论
必修
3
秋季
王金枝（教授）
本专业
6
线性系统
必修
3
春季
杨莹（副教授）
本专业
7
高等动力学
必修
3
秋季
刘才山（教授）
本专业
8
最优控制
主选
3
春季
杨莹（副教授）
本专业
9
现代鲁棒控制
必修
3
秋季
耿志勇（教授）
10
控制系统计算机辅助设计
选修
3
秋季
耿志勇（教授）
本专业
11
动力学与控制
选修
3
春季
耿志勇（教授）
刘才山（教授）
本专业
12
多体动力学与控制
选修
3
春季
刘才山（教授）
本专业
13
鲁棒与非线性专题
选修
3
春季
段志生（教授）
本专业
14
自适应滤波、预测与控制
选修
3
春季
王金枝（教授）
本专业
15
系统辨识
选修
2
春季
耿志勇（教授）
本专业
16
飞行器控制与导航
选修
3
秋季
杨剑影（特聘研究员）
本专业
17
主动控制与信号处理
选修
3
秋季
黄迅（特聘研究院）
本专业
18
飞行力学
选修
3
春季
杨剑影（特聘研究员）
本专业
19
控制原理和实时控制
选修
3
秋季
黄迅（特聘研究员）
本专业
ProgramofPh.DStudentCourses
Discipline（一级学科）：
Speciality（二级学科）
N0.
SerialNo.
TheTitleofCourses
TheTypeofcourses*
Credit
Semester**
Teacherandhis/herTitle
SpecialitySuitablefor
1
MarxismTheory
N
2
2
FirstForeignLanguage
N
4
3
SecondForeignLanguage
C
3
4
LinearAlgebrainSystemsandControlTheory
N
3
A
DuanZhisheng（Professor）
5
StabilityTheory
N
3
A
WangJinzhi（Professor）
6
LinearSystem
N
3
S
YangYing
（AssoProfessor）
7
AdvancedDynamics
N
3
A
LiuCaishan（Professor）
8
OptimalControl
C
3
S
YangYing
（AssoProfessor）
9
ModernRobustControl
N
3
S
GengZhiyong（Professor）
10
ComputerAidedDesignforControlSystems
C
3
A
GengZhiyong（Professor）
11
DynamicsandControl
C
3
S
GengZhiyong（Professor）
12
Multi-bodydynamicsandcontrol
C
3
S
LiuCaishan（Professor）
13
Specialtopicsinrobustandnonlinearcontrol
C
3
S
DuanZhisheng（Professor）
14
Adaptivefiltering,predictionandcontrol
C
3
S
WangJinzhi（Professor）
15
SystemIdentification
C
3
S
GengZhiyong（Professor）
16
FlightGNCSystem
C
3
A
YangJianying（Professor）
17
ActiveControlandSignalProcessing
C
3
A
HuangXun
（AssoProfessor）
18
FlightDynamics
C
3
S
YangJianying（Professor）
19
FundamentalsofControlandReal-timeControl
C
3
A
HuangXun
（AssoProfessor）
*.N—necessary;C—choosen.**.S—Springsemester;A—Autumnsemester
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
A周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
系统与控制理论中的线性代数
英文名称：
LinearAlgebrainSystemsandControlTheory
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
线性代数是控制理论的基础内容,理论与工程应用领域都涉及基本的代数问题.本课主要讲授系统与控制理论中的基本代数问题,具体讲课内容有：
第一章线性空间与线性映射
第二章多项式与多项式矩阵
第三章线性变换
第四章二次型、酉空间
第五章范数及其应用
第六章投影算子与广义逆
第七章矩阵函数
第八章奇异值分解
第九章最小化问题
教材：
黄琳，系统与控制理论中的线性代数，科学出版社，1984
参考书：
毛剑琴等译，周克敏等著,鲁棒与最优控制，国防工业出版社，2002
黄琳著,稳定性与鲁棒性的理论基础,科学出版社,2003
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制。
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
A周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
稳定性理论
英文名称：
Stabilitytheory
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
稳定性是动力系统研究的基本内容,理论与工程应用领域都涉及该课程内容.本课主要讲授Lyapunov稳定性的最基本内容,线性与非线性系统判定条件等,具体讲课内容有：
第一章稳定性的基本定义
第二章线性系统稳定性判定
第三章区间多项式的稳定性
第四章非线性系统稳定性
第五章严格正实性
第六章Lur’e系统绝对稳定性
第七章时变系统稳定性
教材：
黄琳,稳定性理论,北京大学出版社1992
参考书：
高为炳著,运动稳定性基础,高等教育出版社,1988.
黄琳著,稳定性与鲁棒性的理论基础,科学出版社,2003.
谢惠民著,绝对稳定性理论与应用,科学出版社,1986.
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制。
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
A周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
线性系统
英文名称：
LinearSystem
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
该课程以状态空间方法的线性系统的时间域理论为主，重点介绍线性系统的基本概念、方法和分析与设计理论，同时介绍线性系统理论的一些最新研究进展和成果。
第一章数学基础
第二章线性系统的数学描述
第三章线性系统的运动分析
第四章线性系统的能控性和能观性
第五章系统运动的稳定性
第六章极点配置与特征结构配置
第七章镇定问题与渐近跟踪问题
第八章二次型最优控制
第九章线性系统中的解耦问题
第一十章状态观测器设计
教材：
段广仁，《线性系统理论》，哈尔滨工业大学出版社，1996
参考书：
吴麒，《自动控制原理》（下），清华大学出版社
郑大钟，《线性系统》，清华大学出版社
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
A周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
高等动力学
英文名称：
AdvancedDynamics
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
本课主要讲授动力学中的分析方法，多体系统动力学以及在机器人和航空航天中的应用。
具体讲课内容有：
第一章约束及运动的基本描述
第二章变分原理
第三章流形上的Lagrangian力学
第四章Hamiltonian力学系统
第五章稳定性与摄动理论
第六章多体系统动力学理论与建模方法
第七章轨道与姿态动力学
第八章非线性动力学简介
教材：
陈滨著,分析动力学，北京大学出版社，1986年
参考书：
V.I.Arnold,Mathematicalmethodsofclassicalmechanics,Springer
FrancisC.Moon,AppliedDynamicswithapplicationstomultibodyandmechatronicsystems,JohnWiley&Sons,Inc.1998
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
S周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
最优控制
英文名称：
OptimalControl
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
最优控制主要研究内容为：
在被控对象数学模型已知且满足一定的约束条件下，寻求一个最优控制规律（或最优控制函数），使系统从某一个初始状态到达最终状态，并使性能指标（泛函）为极大或极小，即使控制系统的性能在某种意义下是最优的。
该课程以变分法、极大值原理、线性二次最优和动态规划的内容、方法、使用条件及相互关系为重点，同时适当介绍其他相关知识及最优控制的最新研究进展和成果。
具体讲课内容有：
第一章绪言
第二章变分法及其在最优控制中的应用
第三章最大值原理
第四章时间、燃料最优控制
第五章动态规划
第六章线性系统二次型性能指标的最优控制问题
实验
教材：
最优控制理论与应用，解学书，清华大学出版社，1986
参考书：
王朝珠，秦化淑，《最优控制理论》，科学出版社，2003
吴沧浦，《最优控制的理论和方法》，国防工业出版社，2000
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
A周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
现代鲁棒控制
英文名称：
RobustControl
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
主要向研究生介绍鲁棒控制理论的基本方法与基本内容，讲授系统的性能指标，反馈系统稳定性，不确定系统鲁棒性分析与控制，线性分式变换方法，结构奇异值理论，Riccati方程理论，优化输入输出范数指标的控制器设计方法等。
要求学生具备基本的现代控制理论与线性代数方面的知识。
通过该课程学校，掌握鲁棒控制领域的基本问题与方法，能熟练设计控制器，基本能阅读本领域的前沿文献。
第1章引言
鲁棒控制研究的对象，鲁棒性研究的问题，鲁棒性研究的方法，鲁棒控制系统的一般结构
第2章H2及H空间
2.1内积空间、Hilbert空间
2.2H2与H空间
2..3L2和H2范数计算
2.4L和H范数计算
第3章内稳定
3.1反馈结构
3.2反馈回路的适定性
3.3内稳定性
3.4RH上的互质分解
第4章性能与限制
4.1反馈的性质
4.2加权H2和H性能
4.3权函数的选择
4.4Bode增益和相位的关系
4.5Bode灵敏度积分
4.6解析性约束
第5章平衡模型化简
5.1Lyapunov方程
5.2平衡实现
5.3利用平衡截断化简模型
5.4频率加权平衡模型实现
第6章控制器的参数化
6.1镇定控制器的存在性
6.2控制器的Youla参数化
第7章代数黎卡提方程
7.1黎卡提算子的镇定解
7.2有界实引理
第8章H2最优控制
8.1调节器问题介绍
8.2标准LQR问题
8.3扩展的LQR问题
8.4保稳定裕度的LQG问题
8.5标准H2问题
8.6状态反馈H2综合的线性矩阵不等式方法
第9章H综合
9.1两个重要的矩阵不等式，KYP引理
9.2H综合
9.3控制器的构造
第10章不确定系统
10.1不确定性
10.2小增益定理
10.3不确定模型以及鲁棒稳定性
10.4任意分块结构不确定性，L2的S-过程
10.5结构奇异值
10.6时不变不确定性
教材：
KeminZhou,JohnC.Doyle,EssentialsofRobustControl,1998.
参考书：
1.KeminZhou,JohnC.DoyleandKeithGlover,RobustandOptimalcontrol,PrenticeHall,Inc.,1996
2．GeirE.Dullerud，ACourseinRobustControlTheory，Springer，2000
3．黄琳著,稳定性与鲁棒性的理论基础,科学出版社,2003
注：
每门课程都须填写此表，本表可复制。
课程内容提要
课程编号：
开课学期：
S周学时/总学时：
3/48学分：
3
课程名称：
控制系统计算机辅助设计
英文名称：
ComputerAidedDesignforControlSystems
教学方式：
课堂讲授考试方式：
笔试
内容提要：
《控制系统计算机辅助设计》是以MATLAB高级程序设计语言为辅助工具研究对控制系统进行分析、设计和仿真的一门课程。
主要内容包括：
第1章引言，课程介绍，MATLAB简介
第2章MATLAB数值运算基础。
2.1.输入简单矩阵，
2.2.矩阵元素的标识、赋值，
2.3.矩阵与数组的输入，
2.4.矩阵（数组）的运算。
2.5.数组的关系运算与逻辑运算及其数组函数，
2.6.矩阵函数，
2.7.多项式及其运算，
2.8.字符串。
第3章M文件与MATLAB函数。
3.1.脚本（Script）文件，
3.2.函数（Function）文件，
3.3MATLAB函数的分类，
3.4.函数应用举例。
第4章MATLAB程序设计基础
4.1.MATLAB程序设计基本规则，
4.2.表达式、表达式语句与赋值语句，
4.3.MATLAB程序流程控制，
4.4.MATLAB程序流程控制指令。
4.5.MATLAB程序的交互指令，
4.6.MATLAB下M文件编写举例
第5章系统仿真工具SIMULINK
5.1.SIMULINK仿真算法的数学基础，
5.2.SIMULINK仿真的数值分析，
5.3.SIMULINK的界面，
5.4用SIMULINK建立模型，
5.5菜单操作方式下仿真算法选择和参数设置，
5.6在MATLAB命令窗口中的指令工作方式，
5.7观察SIMULINK的仿真结果。
第6章控制系统MATLAB仿真基础
6.1.控制系统的数学模型，
6.2.控制系统稳定性分析的MATLAB实现方法举例。
6.3.控制系统稳态误差分析的MATLAB实现方法举例，
6.4.控制系统时域分析的MATLAB实现。
6.5.控制系统频域分析的MATLAB实现，
6.6.根轨迹分析的MATLAB实现。
6.7.SIMULINK的分析工具，
6.8.SIMULINK的自定义模块库与自定义子系统，
6.9SIMULINK的Mask功能，
6.10.SIMULINK在系统仿真中的应用举例
第7章编写M语言S-函数
7.1S-函数，
7.2在模型中利用S-函数，
7.3S-函数的工作方式，
7.4S-函数回调方法，
7.5M文件S-函数的实现。
7.6静态系统S-函数，
7.7连续系统S-函数，
7.8仿真及封装，
7.9离散系统S-函数，
7.10混杂系统S-函数。
第8章控制系统设计
8.1.概述，
8.2.Bode图超前校正设计，
8.3.Bode图滞后校正设计。
8.4.Bode图滞后-超前校正设计，
8.5.根轨迹超前校正设计，
8.6.根轨迹滞后校正设计。
8.7.PID校正器设计方法，
第9章状态空间分析的MATLAB实现
9.1系统实现的基本概念，
9.2.状态空间实现函数，
9.3.状态空间表达式及状态方程的解。
9.4.系统状态反馈与状态观测器，
9.5.稳定性分析及MATLAB仿真，
第10章线性二次型最优控制的MATLAB实现
10.1.最优控制的基本概念，
10.2.连续系统LQ最优控制的MATLAB实现。
10.3.离散系统稳态线性二次型最优控制的MATLAB实现，
10.4.最优观测器的MA
升级会员 