自動控制原理專業(yè)級課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE 3自動控制原理專業(yè)級課程教學(xué)大綱Automatic Control Principles 適用本科四年制自動化、測控技術(shù)與儀器專業(yè)（64學(xué)時 4學(xué)分）2009版課程的目的和任務(wù)在生產(chǎn)過程和科學(xué)技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展過程中，自動控制技術(shù)起著十分重要的作用，各行各業(yè)都離不開自動化技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握生產(chǎn)過程自動控制的基本原理和方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。課程的基本要求和特點本課程是大學(xué)本科電氣信息類專業(yè)的主要學(xué)科基礎(chǔ)課。內(nèi)容包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間分析方法。本課程要求的數(shù)學(xué)知識較多，因此要求學(xué)生已有較好的高等數(shù)學(xué)和工程數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。本課程與其它課

2、程的聯(lián)系本課程的先修課為高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、積分變換和電路等。后續(xù)課程有過程控制系統(tǒng)，計算機測控技術(shù)與系統(tǒng)，控制系統(tǒng)計算機仿真，自動化儀表系統(tǒng)，自適應(yīng)控制和模糊控制等。課程的主要內(nèi)容及教學(xué)要求教學(xué)內(nèi)容：第一章 緒論 1.1 引言1.2 反饋控制系統(tǒng)的基本概念1.3 自動控制系統(tǒng)的組成和方框圖1.4 自動控制系統(tǒng)的分類1.5 自動控制系統(tǒng)的性能分析1.6 自動控制系統(tǒng)的性能要求 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2.1 引言2.2 微分方程、傳遞函數(shù)和階躍響應(yīng)2.3 機理分析建模方法 2.4 典型環(huán)節(jié)的動態(tài)特性2.5 方框圖的等效轉(zhuǎn)換和信號流圖2.6 狀態(tài)空間模型及求解2.7 狀態(tài)空間模型的

3、標(biāo)準(zhǔn)形2.8 狀態(tài)空間模型的標(biāo)準(zhǔn)形變換2.9 實驗建模方法第三章 控制系統(tǒng)的時域分析 3.1 引言3.2 時域性能指標(biāo)3.3 一階系統(tǒng)的時域分析3.4 二階系統(tǒng)的時域分析3.5 高階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)及簡化分析3.6 零極點分布對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響3.7 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與代數(shù)判據(jù)3.8控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析及誤差系數(shù)3.9李亞譜諾夫穩(wěn)定性分析第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論4.1 引言4.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3 控制規(guī)律選擇4.4 控制參數(shù)整定4.5 串級控制系統(tǒng)4.6 多環(huán)控制系統(tǒng)4.7 比值控制系統(tǒng)4.8 前饋控制系統(tǒng)4.9 解耦控制系統(tǒng)4.10 遲延補償控制系統(tǒng)4.11 其他控制系統(tǒng)第五章 控

4、制系統(tǒng)的根軌跡分析與設(shè)計5.1 引言5.2 根軌跡的基本概念5.3 繪制根軌跡圖的規(guī)則和方法5.4 開環(huán)零極點對根軌跡的影響5.5 控制系統(tǒng)的根軌跡設(shè)計5.6 參變量根軌跡族5.7 零度根軌跡第六章 控制系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計 6.1 引言6.2 頻率特性的基本概念6.3 頻率特性的極坐標(biāo)圖6.4 頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖6.5 控制系統(tǒng)的奈氏圖分析 6.6 控制系統(tǒng)的伯德圖分析6.7 閉環(huán)系統(tǒng)頻率特性分析6.8 控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計離散控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計 7.1 引言7.2 連續(xù)信號的采樣與復(fù)現(xiàn)7.3 離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7.4 離散控制系統(tǒng)的性能分析7.5 離散控制系統(tǒng)的設(shè)計 第八章 控制系統(tǒng)

5、的狀態(tài)空間分析與設(shè)計 8.1 引言8.2 離散狀態(tài)方程及時域解8.3 連續(xù)與離散狀態(tài)方程的變換8.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算8.5 穩(wěn)定性、能控性和能觀測性分析8.6 線性定常系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解8.7 閉環(huán)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析8.8 狀態(tài)控制器的極點配置設(shè)計8.9 狀態(tài)觀測器的極點配置設(shè)計8.10 最優(yōu)控制概論第九章 非線性控制系統(tǒng)的分析 9.1 引言9.2 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析9.3 非線性系統(tǒng)的相平面分析9.4 非線性控制系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)目標(biāo)： 1。掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念：組成、分類、性能、要求。 2。掌握控制系統(tǒng)的模型化技術(shù)：方框圖表示與簡化、信號流圖及Mason公式、機理建模和典型環(huán)節(jié)動

6、態(tài)特性、傳遞函數(shù)與狀態(tài)方程、實驗建模、PID控制器特性。 3。掌握控制系統(tǒng)的時域分析法：零極點分析、穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差計算、二階系統(tǒng)性能指標(biāo)計算。 4。掌握控制系統(tǒng)設(shè)計的基本概念：結(jié)構(gòu)設(shè)計、規(guī)律選擇、參數(shù)整定、典型控制系統(tǒng)設(shè)計。 5。掌握控制系統(tǒng)的根軌跡分析和設(shè)計技術(shù)。 6。掌握控制系統(tǒng)的頻域分析和設(shè)計技術(shù)。 7。掌握離散控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計技術(shù)。 8。掌握狀態(tài)空間控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計技術(shù)。 9。理解非線性控制系統(tǒng)的常用分析方法。學(xué)習(xí)建議：1）本課程重在掌握模型化技術(shù)和系統(tǒng)分析技術(shù)，只有通過多做習(xí)題才能做到應(yīng)用自如，建議學(xué)生在做題上狠下功夫。2）本課程的內(nèi)容比較抽象有比較多，教師上課進度較快，最

7、好采取課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)措施，否則容易掉隊。3）建議利用計算機輔助分析工具MATLAB去做題和自學(xué)。4）建議利用精品課程網(wǎng)站上的信息。5）建議課內(nèi)外學(xué)時數(shù)安排的比例為1：2。6）建議自發(fā)組織小組學(xué)習(xí)，互幫互學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。7）建議加強與教師的交流，主動求助，抓住要點。學(xué)時分配與進度安排章次課 程 內(nèi) 容講授學(xué)時實驗學(xué)時學(xué)時小計1概論222自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型10103控制系統(tǒng)的時域分析884控制系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)論445根軌跡分析與設(shè)計886頻域分析與設(shè)計88期中考試227離散控制系統(tǒng)888控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計889非線性控制系統(tǒng)66課時合計64考核方式考核方法：考勤、作業(yè)、分散與集中測驗、考試。成績評定算法：考勤10%、作業(yè)和分散測驗30%、期中考試（限定性開卷）25%、期末考試（限定性開卷）35%七、教材及參考書教科書：1. 楊平，翁思義，郭平，自動控制原理，北京，中國電力出版社.，2009.2。2. 楊平，翁思義，王志萍，自動控