自動控制理論二課程教學(xué)大綱

自動控制理論二課程教學(xué)大綱課程中文名稱：自動控制理論口課程英文名稱：ControlTheory!!課程編號：204T0332學(xué)分：3學(xué)時：48（其中：講課學(xué)時：48實驗學(xué)時：0實踐學(xué)時：0）先修課程：《電路原理（一）》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)（一）》、《電機學(xué)（一）》、《電力系統(tǒng)信號分析與處理》適用專業(yè)：電氣工程及其自動化課程類別：專業(yè)核心課、必修課、學(xué)位課使用教材：廖道爭.自動控制理論[M].科學(xué)出版社，2019.開課單位：電氣與新能源學(xué)院課程簡介：自動控制理論是研究自動控制系統(tǒng)普遍規(guī)律的科學(xué)，系統(tǒng)地闡述自動控制科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，介紹對自動控制系統(tǒng)從建模、分析、到設(shè)計應(yīng)用的各種原理.、思想和方法?！蹲詣涌刂评碚搉》主要講授經(jīng)典控制理論，其主要內(nèi)容包括：自動控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)術(shù)語、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、控制系統(tǒng)的時域分析法、控制系統(tǒng)的根軌跡分析法、控制系統(tǒng)的頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正、離散控制系統(tǒng)的分析與校正等。課程性質(zhì)《自動控制理論II》是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課與學(xué)位課。自動控制理論是研究關(guān)于自動控制系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計的一般性理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。本課程理論性和工程應(yīng)用性均較強，是數(shù)學(xué)思維在工程實踐中的應(yīng)用拓展。主要針對復(fù)雜工程系統(tǒng)的控制問題，建立數(shù)學(xué)模型，基于傳遞函數(shù)這一主要數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用時域、復(fù)數(shù)域、頻域以及離散控制等理論方法對控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和校正，最終達(dá)到滿意的控制效果。二、課程目標(biāo)：課程目標(biāo)1：能從控制科學(xué)的內(nèi)容、方法、思維多個層面進(jìn)行學(xué)習(xí)，樹立正確的人生觀、價值觀，培養(yǎng)家國情懷、創(chuàng)新能力、科學(xué)思維和探索習(xí)慣。課程目標(biāo)2：能夠應(yīng)用自動控制理論的專業(yè)知識對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行正確規(guī)范表述，理解自動控制系統(tǒng)的基本原理.、普遍方法和通用規(guī)律。課程目標(biāo)3：能運用拉普拉斯變換、傅里葉變換和z變換等數(shù)學(xué)知識對自動控制系統(tǒng)建立微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性等數(shù)學(xué)模型并求解。課程目標(biāo)4：能根據(jù)被測/控對象特征和控制性能要求，識別和判斷電氣工程應(yīng)用問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程目標(biāo)5：能運用該門課程的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法和離散控制系統(tǒng)分析法等控制科學(xué)原理，正確表達(dá)和分析控制工程應(yīng)用問題，體現(xiàn)出綜合分析能力。課程目標(biāo)6:能了解影響電氣控制系統(tǒng)控制目標(biāo)和方案的各種因素，掌握電氣控制系統(tǒng)校正的基本方法和技術(shù)，最終達(dá)到控制目標(biāo)，體現(xiàn)出綜合設(shè)計能力。三、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系1.工程知識指標(biāo)點1.1：能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的語言工具用于電力系統(tǒng)工程問題的表述。指標(biāo)點1.2：能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的知識對電力系統(tǒng)工程的具體對象問題建立數(shù)學(xué)模型并求解。支撐目標(biāo)：課程目標(biāo)1,課程目標(biāo)2,課程目標(biāo)32.問題分析指標(biāo)點2.1：能運用相關(guān)科學(xué)原理，識別和判斷電力系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。指標(biāo)點2.2：能基于科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型正確表達(dá)電力系統(tǒng)復(fù)雜工程問題支撐目標(biāo)：課程目標(biāo)1，課程目標(biāo)4,課程目標(biāo)53.設(shè)計/開發(fā)解決方案指標(biāo)點3.1：掌握電力系統(tǒng)工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。支撐目標(biāo)：課程目標(biāo)1,課程目標(biāo)6四、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章緒論（2學(xué)時）1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解自動控制理論的發(fā)展及應(yīng)用；理解自動控制基本概念。（2）了解自動控制系統(tǒng)的分類，掌握自動控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)術(shù)語。（3）理解對自動控制系統(tǒng)的性能要求.重點難點：控制系統(tǒng)的組成、控制系統(tǒng)的性能要求.課程思政融入點：（1）自動控制領(lǐng)域典型事跡與家國情懷、自動控制技術(shù)發(fā)展與科技報國的使命JL程師和科學(xué)家思路上的不同.考核要點：自動控制系統(tǒng)的組成及對控制系統(tǒng)的性能要求.教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（6學(xué)時）.教學(xué)內(nèi)容（1）理解動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的初步知識（2）掌握微分方程的建立及求解方法（3）掌握傳遞函數(shù)概念及性質(zhì)（4）掌握電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模（5）掌握方框圖建立與化簡了解信號流圖與梅遜（Mason）公式.重點難點：傳遞函數(shù)的概念與求取.課程思政融入點：（1）數(shù)學(xué)建模的多種形式與唯物辯證法（2）自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與由抽象到具體的科學(xué)思維.考核要點：用各種不同的方法求取傳遞函數(shù).教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第三章控制系統(tǒng)的時域分析法（10學(xué)時）.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)（2）掌握二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)及動態(tài)性能指標(biāo)的計算了解高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)（4）理解穩(wěn)定性的定義，掌握穩(wěn)定性的充要條件，掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用（5）理解穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)型別的概念，掌握靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差的計算.重點難點：二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)及動態(tài)性能指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)誤差的計算，穩(wěn)定性分析.課程思政融入點：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性與人的抗干擾性（2）阻尼系數(shù)的工程含義與工程應(yīng)用.考核要點：二階系統(tǒng)性能指標(biāo)的計算.教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第四章根軌跡法（6學(xué)時）.教學(xué)內(nèi)容（1）理解根軌跡的概念（2）掌握根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的基本規(guī)則了解參數(shù)根軌跡（4）掌握利用根軌跡圖分析控制系統(tǒng).重點難點：根軌跡的條件及繪制，用根軌跡圖分析控制系統(tǒng).課程思政融入點：（1）通過根軌跡繪制引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納事物的發(fā)展規(guī)律（2）從時域到復(fù)數(shù)域分析同一個系統(tǒng)性，引導(dǎo)學(xué)生多維度分析事物.考核要點：根軌跡的繪制及根據(jù)根軌跡圖分析控制系統(tǒng).教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第五章頻率特性法（10學(xué)時）.教學(xué)內(nèi)容（1）理解頻率特性的概念及其表示方法（2）掌握Bode圖的繪制（3）掌握Nyquist圖的繪制（4）掌握Nyquist判據(jù)及其應(yīng)用（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及計算方法了解閉環(huán)頻率特性及頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)之間的關(guān)系.重點難點：Bode圖，Nyquist判據(jù)及應(yīng)用，穩(wěn)定裕度.課程思政融入點：（1）通過極坐標(biāo)圖、Bode圖的介紹，帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識一些基本的工程哲學(xué)，掌握工程分析的常用方法（2）從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)兼顧的矛盾性引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識工程問題的復(fù)雜性，工程問題尋其中道?？己艘c：Bode圖的繪制，穩(wěn)定裕度的計算,Nyquist判據(jù)及應(yīng)用教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第六章控制系統(tǒng)的校正（6學(xué)時）教學(xué)內(nèi)容（1）理解控制系統(tǒng)綜合與校正的基本概念及方式（2）掌握超前、滯后校正裝置的特性（3）掌握頻域法超前校正、滯后校正（4）掌握PID控制算法及其參數(shù)整定方法重點難點：頻域法超前、滯后校正課程思政融入點：（1）系統(tǒng)校正與人自我反思校正（2）從微分環(huán)節(jié)D和積分環(huán)節(jié)I對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響看待事物的兩面性考核要點：頻域法超前、滯后校正教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題第七章離散控制系統(tǒng)的分析與校正（8學(xué)時）.教學(xué)內(nèi)容（1）離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（2）信號的采樣和保持（3）z變換與z反變換（4）脈沖傳遞函數(shù)（5）離散系統(tǒng)的性能分析（6）離散系統(tǒng)的數(shù)字校正.重點難點：離散系統(tǒng)的性能分析.課程思政融入點：（1）從連續(xù)系統(tǒng)的應(yīng)用到離散系統(tǒng)的應(yīng)用，介紹我國計算機控制技術(shù)的發(fā)展。（2）傅里葉變換背后的故事看開拓創(chuàng)新的精神；從時域到頻域分析問題到轉(zhuǎn)換角度看待問題的思維方式。.考核要點：z變換與z反變換、脈沖傳遞函數(shù)、離散系統(tǒng)的性能分析.教學(xué)方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討

.作業(yè)安排：課后習(xí)題、SPOC線上習(xí)題五、教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配支撐的課程目標(biāo)講課實驗實踐第1章緒論自動控制理論的發(fā)展及應(yīng)用；自動控制基本概念；自動控制系統(tǒng)的分類，自動控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)術(shù)語：對自動控制系統(tǒng)的性能要求。2課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的初步知識：微分方程的建立及求解方法；傳遞函數(shù)概念及性質(zhì)；電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模；方框圖建立與化簡；信號流圖與梅遜（Mason）公式。6課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4第3章控制系統(tǒng)的時域分析法一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)；二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)及動態(tài)性能指標(biāo)的計算；高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)；穩(wěn)定性的定義，穩(wěn)定性的充要條件，勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用；穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)型別的概念，靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差的計算。10課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程F1標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5第4章根軌跡法根軌跡的概念；根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的基本規(guī)則；參數(shù)根軌跡；利用根軌跡圖分析控制系統(tǒng)。6課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5第5章頻率特性法頻率特性的概念及其表示方法；Bode圖的繪制；Nyquist圖的繪制；Nyquist判據(jù)及其應(yīng)用；相角裕度、幅值裕度的概念及計算方法。10課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5第6章控制系統(tǒng)的校正控制系統(tǒng)綜合與校正的基本概念及方式；超前、滯后校正裝置的特性：頻域法超前校正、滯后校正；PID控制算法及其參數(shù)整定方法。6課程目標(biāo)1課程F1標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5課程目標(biāo)6第7章離散控制系統(tǒng)的分析與離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；信號的采樣和保持；Z變換與Z反變換；脈沖傳遞函數(shù)；離散系統(tǒng)的性能分析：離散系統(tǒng)的數(shù)字校正8課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5課程目標(biāo)6

校正六、考核方式及成績評定標(biāo)準(zhǔn)1.成績評定方式：課程考試占60%,平時成績占40%。平時成績包括線上成績（20%）和線下成績（80%）。支撐畢業(yè)要求課程目標(biāo)考核與評價方式合計平時成績（40%）期末考試（60%）線上成績（含線上SPOC作業(yè)及測試成績等）線下成績（含課堂考勤、課堂互動、課堂討論、課后作業(yè)等）課程考試指標(biāo)點1.1課程FI標(biāo)1課程目標(biāo)2281424指標(biāo)點1.2課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3281424指標(biāo)點2.1課程目標(biāo)1課程目標(biāo)4141217指標(biāo)點2.2課程目標(biāo)1課程目標(biāo)5281424指標(biāo)點3.1課程目標(biāo)1課程目標(biāo)614611總分占比％83260100說明：根據(jù)實際情況，每個課程目標(biāo)的成績比例可以在上卜.10%的范闈內(nèi)浮動，但必須保證總成績?yōu)?00分。2.課程考核評分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)考核要求評分標(biāo)準(zhǔn)高于預(yù)期達(dá)到預(yù)期低于預(yù)期優(yōu)秀良好合格不合格課程目標(biāo)1課堂考勤、課程總結(jié)拓展、平時表現(xiàn)（5）5430-2課程目標(biāo)2線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末考試（23）21-2318?2014?170?13課程目標(biāo)3線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末考試（23）21-2318?2014?170-13課程目標(biāo)4線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末