《自動控制原理》2020版教學大綱

--PAGE9---PAGE8-《自動控制原理》課程教學大綱執(zhí)筆人：xxx 審核人：xxx一、基本信息中文名稱：自動控制原理英文名稱：AutomaticControlTheory課程代碼：課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學 分：4 總學時：64（其中理論：58實踐：6適用專業(yè)：交先修課程：開課單位：開課學期：二、課程地位與作用本課程是本科生必修的重要學科基礎課，它是自動控制技術的基礎理論，具有很強的理論性。三、課程教學目標知識目標：了解自動控制理論的發(fā)展歷史，掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念。掌握自動控制系統(tǒng)的數(shù)學建模方法。掌握線性系統(tǒng)經(jīng)典的時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法。掌握線性系統(tǒng)各種常用的校正方法和校正裝置的設計原則。掌握線性離散系統(tǒng)的分析與設計方法。能力目標：培養(yǎng)學生的辯證思維能力、抽象化能力、實操能力和自學能力。培養(yǎng)嚴謹細致、認真負責的工作態(tài)度。素質(zhì)目標：培養(yǎng)學生學習的興趣和熱情、良好的思維習慣、自主學習的積極性。培養(yǎng)學生勇于表達自己的觀點。培養(yǎng)學生勤于思考的好習慣和嚴謹、務實、細致的學習態(tài)度。激勵學生汲取中華民族不懈努力的精髓，刻苦鉆研，腳踏實地，勇于擔當，開拓進取。鐵路站場課程思政教學內(nèi)容教學內(nèi)容課程思政元素教學方法素質(zhì)目標第一章愛國主義介紹建設成就激發(fā)愛國主義情感自動控制的一般概念第二章創(chuàng)新精神典型工程案例激發(fā)創(chuàng)新意識控制系統(tǒng)的數(shù)學模型第三章工匠精神典型工程案例培養(yǎng)精益求精精神線性系統(tǒng)的時域分析法第四章敬業(yè)奉獻典型工程案例培養(yǎng)職業(yè)責任、奉獻精神線性系統(tǒng)的根軌跡法四、教學方式及學時分配序號主要內(nèi)容主要教學方式學時數(shù)1第一章自動控制的一般概念理論授課42第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型理論授課83第三章線性系統(tǒng)的時域分析法理論授課84第三章線性系統(tǒng)的時域分析法實踐授課45第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法理論授課66第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法實踐授課27第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法理論授課88第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法實踐授課29第六章線性系統(tǒng)的校正方法理論授課610第六章線性系統(tǒng)的校正方法實踐授課211第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法理論授課81212第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法實踐授課213第八章非線性控制系統(tǒng)分析理論授課4五、主要教學內(nèi)容第一章自動控制的一般概念（4學時）教學目標了解：基本的自動控制方式。理解：反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成。掌握：如何將控制系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)換為方框圖、如何對控制系統(tǒng)的設計提出要求。教學內(nèi)容自動控制的基本原理與方式。反饋控制原理和反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成。自動控制系統(tǒng)的分類。對自動控制系統(tǒng)的基本要求。教學重點自動控制系統(tǒng)示例；對自動控制系統(tǒng)的基本要求；典型輸入信號。教學難點反饋控制原理和反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成；控制系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)方框圖；對控制系統(tǒng)的基本要求。第二章識圖控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（8學時）教學目標了解：開環(huán)、閉環(huán)傳遞函數(shù)概念。理解：方框圖繪制方法、對方框圖等效變換的目的、等效變換規(guī)則。掌握：如何應用規(guī)則對系統(tǒng)的方框圖進行簡化、系統(tǒng)的信號流圖，它與方框圖的區(qū)別，如何利用梅森增益公式計算控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)、如何通過實驗方法獲取控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。教學內(nèi)容控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型。控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型?？刂葡到y(tǒng)的方框圖及其等效變換規(guī)則?？刂葡到y(tǒng)的信號流圖及梅森增益公式。數(shù)學模型的實驗測定法。教學重點模型的實驗測定法。教學難點控制系統(tǒng)方框圖的繪制及其等效變換規(guī)則；利用信號流圖和梅森增益公式計算控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。第三章線性系統(tǒng)的時域分析法（12學時）教學目標了解：動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程定義與計算方法。理解：一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)、高階系統(tǒng)的時域分析方法、二階系統(tǒng)單位階躍響應的性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系以及改進二階系統(tǒng)性能的基本方法（比例-微分控制，測速反饋控制）。掌握：閉環(huán)主導極點的概念；系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件，勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)和勞斯穩(wěn)定方法、減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。教學內(nèi)容系統(tǒng)典型輸入信號；系統(tǒng)時間響應的性能指標。改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高階系統(tǒng)的時域分析；高階系統(tǒng)閉環(huán)主導極點的作用。線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義；線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件以及穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)。穩(wěn)態(tài)誤差定義及分析；減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施?；蛳€(wěn)態(tài)誤差的措施?；蛳€(wěn)態(tài)誤差的措施。教學難點二階系統(tǒng)的單位階躍響應以及性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系；改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高二階系統(tǒng)的單位階躍響應以及性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系；改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法（8學時）教學目標了解：根軌跡概念。理解：閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點之間的關系。法對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能進行定性分析的方法。教學內(nèi)容根軌跡法的基本概念。根軌跡的基本特性及繪制法則。參數(shù)根軌跡的繪制方法。利用根軌跡法分析系統(tǒng)的性能。教學重點根軌跡法的基本概念；根軌跡的基本特性及繪制法則；參數(shù)根軌跡的繪制方法；利用根軌跡法分析系統(tǒng)的性能；引入開環(huán)零點對根軌跡及系統(tǒng)性能的影響。和穩(wěn)態(tài)性能。4和穩(wěn)態(tài)性能。第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法（6學時）教學目標了解：頻率特性的概念，頻率特性的三種典型表示方法–幅相頻率特性曲線，對數(shù)頻率特性曲線和對數(shù)幅相曲線。理解：最小相位和非最小相位典型環(huán)節(jié)的定義方法以及它們的頻率特性。標的轉(zhuǎn)換關系；如何根據(jù)開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。教學內(nèi)容頻率特性基本概念。典型環(huán)節(jié)的定義方法及其頻率特性。開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法。傳遞函數(shù)頻域?qū)嶒灉y定法。頻域穩(wěn)定判據(jù)（奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)）及應用?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定裕度。閉環(huán)系統(tǒng)頻域性能指標。從開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。頻率特性基本概念；頻率特性幾何表示法；典型環(huán)節(jié)及其頻率特性；開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法；最小相位環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）頻率特性基本概念；頻率特性幾何表示法；典型環(huán)節(jié)及其頻率特性；開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法；最小相位環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）用；控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；從開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。統(tǒng)性能的影響。統(tǒng)性能的影響。第六章線性系統(tǒng)的校正方法（8學時）教學目標了解：校正的目的和意義，系統(tǒng)的帶寬選取原則，常用的幾種校正方式及其適應場合。理解：常用的校正裝置及其特性。掌握：PID控制器設計方法；串聯(lián)校正系統(tǒng)的頻域設計方法（包括串聯(lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后–超前校正）串聯(lián)校正和反饋校正的設計方法。教學內(nèi)容系統(tǒng)的設計與校正問題。頻域性能指標與時域性能指標之間的關系。控制系統(tǒng)經(jīng)典的校正方法。常用校正裝置及其特性。開環(huán)系統(tǒng)期望頻率特性的設計原則。串聯(lián)校正方法；反饋校正方法；復合校正方法（含前饋校正）。PID教學重點本控制規(guī)律和PID教學難點開環(huán)系統(tǒng)期望頻率特性的設計原則；用頻率法對系統(tǒng)進行各種串聯(lián)校正（串聯(lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后–超前校正），校正裝置參數(shù)的計算方法；反饋校正方法；復合校正方法。第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法（10學時）教學目標理解：離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念以及s域和z變換理論；離散系統(tǒng)的數(shù)學模型–差分方程和脈沖傳遞函數(shù)，以及利用這兩種模型求解系統(tǒng)響應的方法。掌握：A/D轉(zhuǎn)換器和D/Aw教學內(nèi)容線性離散系統(tǒng)的基本概念。信號的采樣與保持。香農(nóng)采樣定理。（4）z變換理論，用z變換法求解差分方程。離散系統(tǒng)的數(shù)學模型（差分方程和脈沖傳遞函數(shù)）。開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據(jù)；離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。變換理論；離散系統(tǒng)的數(shù)學模型（差分方程和脈沖傳遞函數(shù)）；用Z變換法求解差分方程；開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)；離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據(jù)；離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。4.教學難點信號的采樣與保持，香農(nóng)采樣定理；z變換理論；系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的求取方法；采用z反變換法求取離散系統(tǒng)的時域響應；離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據(jù)；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。第八章法非線性控制系統(tǒng)分析（4學時）教學目標了解：非線性控制理論的意義。理解：各種常見的非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響、非線性系統(tǒng)常用的分析與設計方法，描述函數(shù)法。掌握：電各種典型非線性特性的描述函數(shù)；非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法，包括自激振蕩（周期運動）振幅和周期的計算方法。教學內(nèi)容非線性控制系統(tǒng)概述。常見非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響。非線性系統(tǒng)的分析與設計方法。描述函數(shù)的基本概念。典型非線性特性的描述函數(shù)。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。4.教學難點運用描述函數(shù)法分析非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自激振蕩。六、教學方法教學手段方面，擴大小班化教學覆蓋面，如多媒體、CAI（1）充分利用已學過的知識，適當提高起點。教師應在課程實施過程中，以形象思維與抽象思維相互補充，以發(fā)散思維與收斂思維相互促進，增強學生對高速鐵路線路及車站一般性理論和方法的理解，進而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。教師應在課程實施過程中，以形象思維與抽象思維相互補充，以發(fā)散思維與收斂思維相互促進，增強學生對高速鐵路線路及車站一般性理論和方法的理解，進而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。課程授課采用PPT關鍵點要講準確、講清楚，課堂作業(yè)要按時按量完成，有錯誤要隨時指正。七、課程考核和成績評定方式本課程采用形成性考核及終結(jié)性考核相結(jié)合的考核方式