自動控制原理課程教學大綱

1、PAGE PAGE - 5 -本科生課程大綱課程名稱自動控制原理Automatic Control Theory課程代碼082302101207課程屬性學科基礎課時/學分64/4課程性質必修實踐學時0責任教師 課外學時64課程屬性：公共基礎/通識教育/學科基礎/專業(yè)知識/工作技能，課程性質：必修、選修一、 課程介紹 1.課程描述：自動控制原理是自動化專業(yè)本科生必修的學科基礎課，也是一門重要的專業(yè)核心課程。該課程與本科生的許多專業(yè)課（電路原理、模擬電子技術基礎、信號與系統(tǒng)、現代控制理論基礎、控制系統(tǒng)仿真、計算機控制技術、最優(yōu)控制等）有著較強的前后銜接關系。將為自動化專業(yè)、電子信息專業(yè)、計算機科學

2、與技術專業(yè)、機械設計制造及自動化等專業(yè)的學生，提供較系統(tǒng)的控制理論基本原理及控制系統(tǒng)分析和設計的基本方法，也將為各相關專業(yè)學生后續(xù)課程的學習及設計實踐環(huán)節(jié)打下良好的理論基礎。課程主要內容包括自動控制原理的基本概念、控制系統(tǒng)的數學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、線性控制系統(tǒng)的校正及非線性系統(tǒng)分析等內容。2.設計思路： 依照教育部高等學校電子信息與電氣學科教學指導委員會與自動化專業(yè)教學指導分委員會在2010年12月頒布的普通高校自動化專業(yè)規(guī)范，自動控制原理是自動化專業(yè)基礎知識的核心部分。依照該規(guī)范，課程內容主要包括：自動控制原理的基本概念、控制系統(tǒng)的數學模型、時域分析法、根軌跡分析法、

3、頻域分析法、線性控制系統(tǒng)的校正、非線性系統(tǒng)分析等。以自動控制原理教材的章節(jié)順序為基礎，本課程的內容編排順序為：（1）自動控制原理概述；（2）系統(tǒng)的數學描述；（3）線性控制系統(tǒng)的運動；（4）根軌跡；（5）頻率響應法；（6）校正與綜合；（7）非線性控制系統(tǒng)分析。3. 課程與其他課程的關系修讀本課程的學生應具備理工科的數理基礎，對控制系統(tǒng)有初步的了解和認識。先修課程：高等數學，電路原理，模擬電子技術基礎，信號與系統(tǒng)后置課程：現代控制理論基礎，控制系統(tǒng)仿真，計算機控制技術，最優(yōu)控制二、課程目標學習自動控制的基本理論和基本知識，具備自動控制理論等工程技術基礎和一定的專業(yè)知識，培養(yǎng)應用工程分析和設計方法解

4、決實際應用問題的能力。了解反饋控制系統(tǒng)的基本概念、工作原理和分類。掌握數學模型建立的步驟和方法，掌握微分方程、傳遞函數、結構圖及信號流圖等數學模型的表示方法。熟練應用時域法、根軌跡法和頻域法分析線性控制系統(tǒng)的動態(tài)性能、靜態(tài)性能和穩(wěn)定性，并進行線性連續(xù)控制系統(tǒng)的校正與綜合。了解非線性控制系統(tǒng)的特點以及非線性系統(tǒng)在分析和研究方法上的特殊性，學會應用描述函數法和相平面法分析非線性系統(tǒng)。掌握基本的控制系統(tǒng)設計創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學生追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識。了解自動控制理論的前沿發(fā)展現狀和趨勢，具有適應自動化技術發(fā)展的能力和較強的自學能力。學習要求1最低學習要求：課前復習高等數學、電路原理，模擬電子技術基礎，信

5、號與系統(tǒng)等先修課程中的相關知識。學生應課前預習，課中認真聽講，課后及時復習并獨立、認真完成作業(yè)。授課過程中，分小組圍繞教師給定問題進行討論，積極回答教師提問。參與隨堂測驗。2. 進一步學習指導：深入學習MATLAB仿真程序，掌握仿真動畫、交互GUI在自控理論驗證中的應用。四、教學內容序號主題計劃課時主要內容課下作業(yè)1緒論1自動控制和自動控制系統(tǒng)，反饋控制的原理，按偏差控制與按擾動控制，控制系統(tǒng)的分類2系統(tǒng)的數學描述3系統(tǒng)數學模型的定義及形式,系統(tǒng)微分方程式的建立習題2-3線性微分方程的解傳遞函數習題2-9,4閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數 （結構圖及梅遜增益公式）習題2-18,2-22(c)(e)3線性控

6、制系統(tǒng)的運動2動態(tài)性能指標習題3-4一階系統(tǒng)的動態(tài)分析習題3-6,3-72二階系統(tǒng)的動態(tài)分析習題3-6,3-76線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（穩(wěn)定性的定義、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件、勞斯穩(wěn)定性判據、參數的穩(wěn)定域、穩(wěn)定裕量）習題3-144穩(wěn)態(tài)誤差習題3-184根軌跡4根軌跡法的基本概念根軌跡的基本特性和繪制規(guī)則習題4-5,4-84廣義根軌跡習題4-14,4-16增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響閉環(huán)零、極點的分布與系統(tǒng)性能之間的關系5頻率響應法2頻率特性函數的圖像基本單元頻率特性函數及其圖像3復雜頻率特性圖的繪制習題5-5,5-6,5-11,5-124Nyquist 穩(wěn)定判據習題5-143穩(wěn)定裕量習題5-2

7、12從開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能6校正與綜合6控制系統(tǒng)的性能指標及各類指標之間的關系串聯校正習題6-2,6-44二階模型的PID校正局部反饋校正復合校正7非線性控制系統(tǒng)分析3非線性控制系統(tǒng)概述常見非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響3相平面法習題8-2,2描述函數法習題8-16,8-178總復習2五、參考教材與主要參考書選用課本自動控制原理，胡壽松，科學出版社，2015年第六版主要參考書自動控制原理（上冊），吳麒，清華大學出版社，2006年第二版六、成績評定（一）考核方式 A.閉卷考試 ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績綜合評分體系： 成績綜合評分體系比例%1.作業(yè)、課堂討論及平常表現10%2.期末考試90%總計100%七、學術誠信學習成果不能造假，