《自動控制原理》課程教學(xué)大綱

第頁《自動控制原理》課程教學(xué)大綱課程名稱：自動控制原理

課程類別：專業(yè)必修課適用專業(yè)：電子信息工程

考核方式：考試

總學(xué)時、學(xué)分：64學(xué)時3.5學(xué)分

其中講授48學(xué)時，實驗10學(xué)時，其它6學(xué)時一、

課程性質(zhì)、教學(xué)目標《自動控制原理》課程是自動化、測控技術(shù)與儀器、電子信息工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解自動控制系統(tǒng)的組成、特點及專業(yè)術(shù)語，學(xué)習(xí)并掌握古典控制理論的基本分析、設(shè)計方法，為后續(xù)的理論課程和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。通過課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，強化學(xué)生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握：要求學(xué)生掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法，了解控制系統(tǒng)的基本校正方案，并掌握對各種控制系統(tǒng)的性能進行分析的基本方法。該課程主要包括線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的分析、線性系統(tǒng)的校正、線性離散系統(tǒng)的分析和設(shè)計、非線性系統(tǒng)分析和控制系統(tǒng)設(shè)計實例分析。是學(xué)生學(xué)習(xí)《現(xiàn)代控制理論》的必備基礎(chǔ)，同時為后續(xù)深造的課程《線性系統(tǒng)理論及應(yīng)用》、《智能控制系統(tǒng)及應(yīng)用》的學(xué)習(xí)打下必要的理論知識和實踐基礎(chǔ)。其具體的課程教學(xué)目標為：課程教學(xué)目標1：掌握線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型含義，線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的類型及相互關(guān)系，并能夠建立常用線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。課程教學(xué)目標2：掌握線性系統(tǒng)時域分析法，根軌跡法，頻率相應(yīng)法，深刻理解各種方法的特點和關(guān)系。課程教學(xué)目標3：熟悉線性系統(tǒng)的校正方法，掌握串聯(lián)相位超前校正、串聯(lián)相位遲后校正和串聯(lián)相位遲后超前校正的方法。課程教學(xué)目標4：熟悉線性離散系統(tǒng)的分析和設(shè)計，并了解線性離散系統(tǒng)的分析和設(shè)計與線性連續(xù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計的不同之處。課程教學(xué)目標5：了解非線性系統(tǒng)含義，熟悉非線性系統(tǒng)的分析方法：相平面分析法和描述函數(shù)法。課程教學(xué)目標6：熟悉火炮穩(wěn)定器、船舶自動駕駛儀、磁盤讀寫頭的控制和倒立擺控制系統(tǒng)這幾種控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求對應(yīng)的矩陣關(guān)系教學(xué)目標畢業(yè)要求12345678教學(xué)目標1

LHLLLLL教學(xué)目標2

LHLLLLL教學(xué)目標3

MHMMLLM教學(xué)目標4MMHMMLLM教學(xué)目標5MMMLMLLM教學(xué)目標6MMHHMLLM二、

課程教學(xué)要求注意講清本課程中的基本概念、基本理論和基本方法，在保持課程的科學(xué)性及系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，應(yīng)突出重點和難點，詳略得當(dāng)，并努力反映本學(xué)科的新成就，新動向，以體現(xiàn)自動控制原理的特色。教學(xué)過程中要充分利用直觀教具如計算機輔助教學(xué)軟件、圖表、多媒體等。對重點章節(jié)，可在講授的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，并進行課后小組討論，寫出讀書報告，以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。三、

先修課程

高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、信號與系統(tǒng)。四、

課程教學(xué)重、難點教學(xué)重點：線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、系統(tǒng)的分析、線性系統(tǒng)的校正、線性離散系統(tǒng)的分析和設(shè)計；教學(xué)難點：線性系統(tǒng)的校正。五、

課程教學(xué)方法與教學(xué)手段1、本課程應(yīng)以課堂講授為主，講授的順序是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用不同的方法對系統(tǒng)的進行分析，對系統(tǒng)進行校正，離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。講授過程中，可按“提出問題，突出主干，啟發(fā)引導(dǎo)，總結(jié)規(guī)律，舉一反三”的思路安排內(nèi)容；2、除課堂講授外，應(yīng)配合多媒體及必要課堂演示與討論。由淺入深、由簡到繁，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能主動思考，主動學(xué)習(xí)。六、

課程教學(xué)內(nèi)容第一章

緒論（2學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

自動控制系統(tǒng)簡介；(2)

自動控制系統(tǒng)分類；(3)

自動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史；(4)

工程控制問題的基本要求。2．重、難點提示(1)

重點是自動控制系統(tǒng)的基本概念與分類；(2)

難點是理解自動控制系統(tǒng)的方框圖。第二章

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（6學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

線性系統(tǒng)的時域模型；(2)

傳遞函數(shù)；(3)

結(jié)構(gòu)圖；(4)

信號流圖；(5)

線性定常系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)。2．重、難點提示(1)

重點是傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪制與簡化；(2)

難點是梅森公式、線性定常系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)。第三章

線性系統(tǒng)的時域分析（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標；(2)

一階系統(tǒng)的時域分析；(3)

二階系統(tǒng)的的時域分析；(4)

高階系統(tǒng)的時域分析；(5)

線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；(6)

控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；(7)基于MATLAB的線性系統(tǒng)時域分析。2．重、難點提示(1)

重點是一階的時域分析、二階系統(tǒng)的時域分析、線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；(2)

難點是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。第四章

根軌跡法（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

根軌跡的基本概念；(2)

根軌跡的繪制；(3)

廣義根軌跡；(4)附加開環(huán)零點和極點對根軌跡的影響；(5)系統(tǒng)性能的分析。2．重、難點提示(1)

重點是根軌跡的繪制；(2)

難點是系統(tǒng)性能的分析。第五章

頻域響應(yīng)法（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

頻率特性；(2)

典型環(huán)節(jié)的頻率特性；(3)

控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制；(4)

奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；(5)

穩(wěn)定裕度；(6)

閉環(huán)特性系統(tǒng)的頻域性能指標；(7)頻率特性的試驗確定方法。2．重、難點提示(1)

重點是典型環(huán)節(jié)的頻率特性、控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制；(2)

難點是奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)、穩(wěn)定裕度。第六章

線性系統(tǒng)的校正方法（6學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

控制系統(tǒng)校正的基本概念；(2)

線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律；(3)

常用校正裝置及其特性；(4)

串聯(lián)校正；(5)

反饋校正；(6)

復(fù)合校正。2．重、難點提示(1)

重點是線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律、常用校正裝置及其特性；

(2)

難點是串聯(lián)校正、反饋校正、復(fù)合校正。第七章

線性離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計（6學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

引言；(2)

信號的采樣與保持；(3)Z變換理論；(4)

脈沖傳遞函數(shù)；(5)

離散控制系統(tǒng)的性能與分析。2．重、難點提示(1)

重點是Z變換理論、脈沖傳遞函數(shù)及離散控制系統(tǒng)的性能與分析；

(2)

難點是Z變換理論。第八章

非線性控制系統(tǒng)分析（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

非線性控制系統(tǒng)校正概述；(2)

相平面分析法；(3)

描述函數(shù)法。2．重、難點提示(1)

重點是相平面分析法、描述函數(shù)法；

(2)

難點是相平面分析法、描述函數(shù)法。第十二章

控制系統(tǒng)設(shè)計實例分析（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)

火炮穩(wěn)定器的設(shè)計；(2)

船舶自動駕駛儀的設(shè)計；(3)

磁盤讀寫頭的控制；(4)

倒立擺控制系統(tǒng)的設(shè)計。2．重、難點提示(1)

重點是系統(tǒng)設(shè)計方法；

(2)

難點是系統(tǒng)的設(shè)計過程。七、實驗教學(xué)內(nèi)容實驗項目(一)（2.5學(xué)時）：典型環(huán)節(jié)的搭建及其階躍響應(yīng)分析（1）項目類別：必做

選做R（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性R

綜合性□（3）項目主要目的要求：控制模擬實驗的基本原理和一般方法；掌握控制系統(tǒng)時域性能指標的測量方法。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(二)（2.5學(xué)時）：二階系統(tǒng)的搭建及階躍響應(yīng)分析（1）項目類別：必做

選做R（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性R

綜合性□（3）項目主要目的要求：研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無阻尼自然頻率對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響;作定量分析；學(xué)會根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(三)（2.5學(xué)時）：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（1）項目類別：必做√

選做□（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定性現(xiàn)象；研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時間常數(shù)對穩(wěn)定性的影響。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(四)（2.5學(xué)時）：系統(tǒng)頻率特性測量與分析（1）項目類別：必做√

選做??（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念；掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(五)（2.5學(xué)時）：連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正（1）項目類別：必做√

選做□（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：加深理解串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用；對給定系統(tǒng)進行串聯(lián)校正設(shè)計，并通過模擬實驗檢驗設(shè)計的正確性。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(六)（2.5學(xué)時）：數(shù)字PID控制（1）項目類別：必做√

選做??（2）項目性質(zhì)：演示性□驗證性

設(shè)計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：研究PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的及過度過程的影響；研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響；研究I型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。八、學(xué)時分配章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)理論教學(xué)學(xué)時實驗教學(xué)學(xué)時其它一自動控制系統(tǒng)的基本概念200二控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型600三線性系統(tǒng)的時域分析82.51.5四根軌跡法400五頻域響應(yīng)法82.51.5六線性系統(tǒng)的校正方法653七線性離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計600八非線性控制系統(tǒng)分析400十二控制系統(tǒng)設(shè)計實例分析400總計

48106九、

課程考核方式1.考核方式：筆試；閉卷2.成績構(gòu)成期末成績+平時成績十、

選用教材和參考書目［1］《自動控制原理》（第三版），薛安克編，西安電子科技大學(xué)出版社，2014年；［2］《自動控制原理》（第五版），胡壽松編，科學(xué)出版社有限責(zé)任公司，2002年；［3］《自動化設(shè)備和工程的設(shè)計、安裝、調(diào)試、故障診斷》（第一版），

姚福來編，

機械工業(yè)出版社，出版時間:

2013年；［4］