楊晉萍，董 欣

(1.山西大學(xué) 工程學(xué)院，山西 太原 030013;2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

0 引言

文獻(xiàn)[1]的作者撰文討論了成熟學(xué)科教材的改革和發(fā)展應(yīng)努力的途徑，其中提到:“加強(qiáng)不同學(xué)科間的聯(lián)系與相互滲透，調(diào)整傳統(tǒng)的課程體系，比如電路理論與系統(tǒng)理論相結(jié)合就是一個(gè)很好的例子”。我們十分同意這個(gè)論點(diǎn)，并用五年時(shí)間著手實(shí)踐，編著了《線性系統(tǒng)理論及電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用》一書(shū)[2]，作為普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材供大學(xué)本科及研究生使用。

為了編著此書(shū)，我們從2001年至2011年在《電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表有關(guān)論文10篇[3-12]，作為這本教材中“問(wèn)題討論”(有關(guān)電力拖動(dòng)和R-C有源網(wǎng)絡(luò)的例子)的主要組成部分。

1 教材編寫(xiě)的目的

現(xiàn)代控制理論作為一門(mén)理論是在二十世紀(jì)70年代初期形成和逐漸發(fā)展起來(lái)的。目前已經(jīng)成為國(guó)際學(xué)術(shù)界的重要研究領(lǐng)域之一。它是整個(gè)電氣和電子工程，其中包括電力、通信、控制、測(cè)量、計(jì)算機(jī)、生物工程和自動(dòng)化等技術(shù)領(lǐng)域的主要理論基礎(chǔ)。本學(xué)科的強(qiáng)大生命力在于它兼有理論和實(shí)際兩方面的淵源，還在于它兼有學(xué)術(shù)和工業(yè)兩方面的背景，而且是一門(mén)與社會(huì)進(jìn)步密切相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域。

電網(wǎng)絡(luò)理論是用來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)的普遍定律及其計(jì)算方法的理論。計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展給網(wǎng)絡(luò)分析與綜合帶來(lái)了巨大的變革，應(yīng)用最優(yōu)化方法改變了傳統(tǒng)的分析方法。在這種情況下，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論與現(xiàn)代控制理論這兩個(gè)重要領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始相互交叉和滲透，在網(wǎng)絡(luò)理論中引入了現(xiàn)代系統(tǒng)理論的基本成果，諸如狀態(tài)、狀態(tài)方程、等效性、脈沖與卷積、李雅普諾夫理論和矩陣代數(shù)描述等。

我們認(rèn)為，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論與現(xiàn)代控制理論這兩個(gè)重要領(lǐng)域互相交叉和滲透是發(fā)展趨勢(shì)。將網(wǎng)絡(luò)理論和現(xiàn)代系統(tǒng)理論溶為一體，這種體系的教材在國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn)。

2 教材主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處

本教材從電網(wǎng)絡(luò)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)的示例出發(fā)，以線性系統(tǒng)理論為主線，主要闡述狀態(tài)空間分析法和綜合法的基本原理與應(yīng)用。其內(nèi)容包括動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、定量分析(狀態(tài)方程的解)和定性分析(能控性、能觀性及李雅普諾夫穩(wěn)定性)。該教材重點(diǎn)討論動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的綜合，其中包括:線性反饋控制系統(tǒng)的極點(diǎn)配置與狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)，純?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器與魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)等。最后以“雙機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)”作為示例，貫穿了全書(shū)的內(nèi)容，相當(dāng)于一個(gè)課程設(shè)計(jì)。為了便于自學(xué)，大多數(shù)難題都給予了提示。

這本教材將線性系統(tǒng)理論與電網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，讓電力拖動(dòng)系統(tǒng)和R-C有源網(wǎng)絡(luò)等在概念和方法上進(jìn)行溝通。這種新的嘗試有可能形成一種新的具有一定創(chuàng)新性的基礎(chǔ)理論教材。

專(zhuān)家對(duì)于我們?cè)趯W(xué)報(bào)上發(fā)表的論文，都給與了較好的評(píng)價(jià)。如對(duì)于文獻(xiàn)[7]，專(zhuān)家的評(píng)審意見(jiàn)為:“該論文采用狀態(tài)變量分析法，討論了有源R-C網(wǎng)絡(luò)的綜合方法，證明了三個(gè)命題，并以含有三個(gè)狀態(tài)變量動(dòng)態(tài)方程的綜合作為例題，公式規(guī)范，推導(dǎo)論證無(wú)誤，具有一定的學(xué)術(shù)水平和創(chuàng)意，對(duì)電路集成化和微電子學(xué)的發(fā)展由一定的意義”。

這些已經(jīng)發(fā)表的論文都經(jīng)過(guò)《電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)》專(zhuān)家的指導(dǎo)與修改，從而構(gòu)成這本教材“問(wèn)題討論”的主要內(nèi)容，形成一定特色。中國(guó)電力出版社出版本書(shū)時(shí)認(rèn)為:此書(shū)具有一定的創(chuàng)新，應(yīng)為編著而非編寫(xiě)。

3 教材的特點(diǎn)

1)突出工程特點(diǎn)，注意聯(lián)系實(shí)際

對(duì)于“線性系統(tǒng)理論”中一些基本理論問(wèn)題，我們結(jié)合電網(wǎng)絡(luò)實(shí)例加以闡述，目的是把本學(xué)科知識(shí)的基本結(jié)構(gòu)教給學(xué)生。特別是對(duì)于基本概念的內(nèi)涵與外延，還用問(wèn)題討論的形式編寫(xiě)，以加深理解與通擴(kuò)，也可作為本課程“課堂討論”的參考。以上這些內(nèi)容大多數(shù)反映在文獻(xiàn)[3]～[12]之中。比如，利用Liapunov原理判斷選頻電路的穩(wěn)定性，研討坐標(biāo)變換對(duì)放大及濾波電路的網(wǎng)絡(luò)特性的影響及其物理意義，電網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)對(duì)消與電網(wǎng)絡(luò)能控能觀性的關(guān)系及其狀態(tài)空間分解及可控硅—電機(jī)系統(tǒng)的最低維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

2)理論嚴(yán)謹(jǐn)，循序漸進(jìn)

我們?cè)诮滩闹辛肀僖徽隆罢{(diào)節(jié)器與魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)”(在現(xiàn)行教材中多不涉及)，討論了線性系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與內(nèi)模原理，SCR-D電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，伺服補(bǔ)償器通過(guò)產(chǎn)生零極點(diǎn)對(duì)消達(dá)到輸出調(diào)節(jié)的作用，最后以雙機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)作為教材的小結(jié)。這樣可使讀者對(duì)于這門(mén)課程有一個(gè)清晰的系統(tǒng)概念，以達(dá)到初步的融會(huì)貫通。習(xí)題中難題的提示便于學(xué)生自學(xué)。讀者通過(guò)解題達(dá)到學(xué)有所用，用有所疑，疑有所解。

[1]劉朝陽(yáng)，郎文杰，關(guān)于電理論類(lèi)教材中幾個(gè)問(wèn)題的尚推[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2002(24)2

[2]董達(dá)生等編者.“線性系統(tǒng)理論及電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”[M].北京 中國(guó)電力出版社2011年6月第一版

[3]董欣.將現(xiàn)代控制論的觀念和方法滲入到電子技術(shù)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)2001(23)4

[4]董欣.用狀態(tài)空間方法分析電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2002(24)2

[5]董欣.電網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)方程的坐標(biāo)變換問(wèn)題[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2003(25)1。

[6]董欣.傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)相消與電網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2004(26)1

[7]韓肖寧，董欣.用有源R-C網(wǎng)絡(luò)綜合“最小實(shí)現(xiàn)”的動(dòng)態(tài)方程[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2008(30)1

[8]韓肖寧，董欣.極點(diǎn)互異的真有理傳遞函數(shù)陣的最小實(shí)現(xiàn)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2009(31)1

[9]楊晉萍，董欣.可控硅-電機(jī)系統(tǒng)的最低維觀測(cè)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2009(31)5

[10]楊晉萍.SCR-D電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2011(33)1

[11]楊晉萍.雙機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2011(33)4

[12]王路.線性系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與內(nèi)模原理[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2011(33)5