自動(dòng)控制原理教學(xué)大綱

第第1頁(yè)/共8頁(yè)自動(dòng)掌握原理一、課程說明課程編號(hào)：090110Z10程名稱：自動(dòng)掌握原理/AutomaticControlTheory課程類別：專業(yè)課學(xué)時(shí)/學(xué)分：64/4〔其中試驗(yàn)學(xué)時(shí)：12〕論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程等教材、教學(xué)參考書：1.胡壽松主編.自動(dòng)掌握原理〔第六版〕.北京：科學(xué)出版社.2023年；RobertH.Bishop著.現(xiàn)代掌握系統(tǒng)(第十版，英文影印版).北京：科學(xué)出版社.2023年；3.(美)RichardC.Dorf和RobertH.Bishop著,謝紅衛(wèi)等譯.現(xiàn)代掌握系統(tǒng)(第十二版).北京：電子工業(yè)出版社.2023年；4.〔日〕緒方勝?gòu)┲?現(xiàn)代掌握工程〔第四版，英文影印版〕.北京：清華大學(xué)出版社.2023年；5.王建輝,顧樹生主編.自動(dòng)掌握原理(2版).北京：清華大學(xué)出版社，2023年二、課程設(shè)置的目的意義整的專業(yè)學(xué)問體系具有重要意義。三、課程的根本要求線性離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，把握非線性掌握系統(tǒng)的分析方法。高分析、覺察、爭(zhēng)論和解決問題的力量。力量和習(xí)慣，增加與外國(guó)科技專家樂觀溝通的意識(shí)與素養(yǎng)；通過課外導(dǎo)學(xué)模式，四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)總章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)

學(xué)時(shí)安排講課 (含研 討)

教學(xué)重點(diǎn) 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)〔含教學(xué)方法、教學(xué)手段〕1章自動(dòng)掌握的一般概念

自動(dòng)掌握的根本原理與方式；反響掌握原理和反饋掌握系統(tǒng)的構(gòu)成；4 4自動(dòng)掌握系統(tǒng)的分掌握系統(tǒng)的根本要求。

0輸入信號(hào)。

統(tǒng)的構(gòu)成；要求。

教學(xué)思路：從人類物質(zhì)文明的進(jìn)展歷程介紹自動(dòng)掌握發(fā)揮的作用及其進(jìn)展簡(jiǎn)史；通過假設(shè)干典型掌握系統(tǒng)實(shí)例解釋什么是自動(dòng)掌握、有哪些根本的掌握方式、什么是反響掌握、反響掌握系統(tǒng)如何構(gòu)成、如何將掌握系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)換為方框圖、如何對(duì)掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出要求。教學(xué)模式：課堂多媒體講授，分析掌握系統(tǒng)實(shí)例時(shí)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生提問，課后答疑輔導(dǎo)。掌握系統(tǒng)教學(xué)思路：通過掌握系的時(shí)域數(shù)統(tǒng)實(shí)例講解如何建立系其重要性；統(tǒng)內(nèi)部各元〔部〕件的制系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)學(xué)模型–微復(fù)數(shù)域數(shù)分方程、傳遞函數(shù)，再2章–微過渡到如何建立整個(gè)系掌握制系統(tǒng)的統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型–微分方系統(tǒng)方框圖及880程、傳遞函數(shù)；介紹開的數(shù)其等效變學(xué)模–傳講授方框圖繪制方法、型制系統(tǒng)的對(duì)方框圖等效變換的目信號(hào)流圖的、等效變換規(guī)章，通及梅森增過實(shí)例講解如何應(yīng)用規(guī)則對(duì)系統(tǒng)的方框圖進(jìn)展學(xué)模型的簡(jiǎn)化；介紹什么是系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)定的信號(hào)流圖，它與方框總章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)

學(xué)時(shí)安排講課 討)法。討)法。遞函數(shù)。法。系統(tǒng)典型輸入信號(hào)；系統(tǒng)時(shí)間程，動(dòng)態(tài)性響應(yīng)的性階系統(tǒng)的時(shí)域分析；二階系統(tǒng)的時(shí)域分時(shí)域分析；析；改進(jìn)二階系統(tǒng)性能的根本析；改進(jìn)二3章系統(tǒng)的時(shí)線性系統(tǒng)階系統(tǒng)閉1284的時(shí)環(huán)主導(dǎo)極域分點(diǎn)的作用；析法線性系統(tǒng)據(jù)及應(yīng)用；穩(wěn)定性的系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必義，系統(tǒng)穩(wěn)數(shù)的定義；要條件以及穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)態(tài)誤差定義及分析；減小或算，減小或的方法。消退穩(wěn)態(tài)誤差的措施。施。

教學(xué)重點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)

教學(xué)方案設(shè)計(jì)〔含教學(xué)方法、教學(xué)手段〕圖的區(qū)分，如何利用梅森增益公式計(jì)算掌握系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；通過實(shí)例講授如何通過試驗(yàn)方法獵取掌握系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?！睬靶拚n學(xué)問歸納媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。教學(xué)思路：通過分析典型系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)曲線，引出動(dòng)態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程定義，隨之介紹動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能及其性能指標(biāo)的定義與計(jì)算方法；通過實(shí)例講解一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)、高階系統(tǒng)的時(shí)域分析方法；重點(diǎn)講授二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系以及改進(jìn)二階系統(tǒng)性能的〔比例-微分掌握系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)與系統(tǒng)響應(yīng)的模態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，引出閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念，并介紹其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用；從線性系統(tǒng)穩(wěn)定性定義動(dòng)身，引出系統(tǒng)穩(wěn)定的充-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)和勞斯穩(wěn)定判據(jù)以及它們的應(yīng)用方法；講授靜態(tài)誤差系數(shù)和動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)的定義、典型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計(jì)算方法、減小或消退系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)；課堂多媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。完成兩次試驗(yàn)。4章線性系統(tǒng)的根

根軌跡法的根本概 8 6念；根軌跡的根本特

2

教學(xué)思路：通過一個(gè)二階系統(tǒng)實(shí)例，利用數(shù)學(xué)方法求解其特征方程，然后令其開環(huán)增益K從總章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)軌跡 性及繪制法 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。

學(xué)時(shí)安排講課 (含研 討)

教學(xué)重點(diǎn)法則；參數(shù)繪制方法；能；引入開的影響。

教學(xué)難點(diǎn)穩(wěn)態(tài)性能。頻率特性根本概念；根本概念；典型環(huán)節(jié)的定義方法及其頻法；典型環(huán)環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方頻率特性根本概念；根本概念；典型環(huán)節(jié)的定義方法及其頻法；典型環(huán)環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方5章法；傳遞函線性數(shù)頻域?qū)嵎?；最小相系統(tǒng)驗(yàn)測(cè)定法；1082的頻頻域穩(wěn)定域分判據(jù)〔奈奎析法斯特穩(wěn)定點(diǎn)；奈奎斯判據(jù)和對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)及系統(tǒng)的穩(wěn)環(huán)系統(tǒng)頻域性能指標(biāo)；從開環(huán)

教學(xué)方案設(shè)計(jì)〔含教學(xué)方法、教學(xué)手段〕零變到無窮大，繪制其特征根的軌跡，以此引出根軌跡概念，并爭(zhēng)論根軌跡與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系；通過爭(zhēng)論閉環(huán)零、極點(diǎn)與開環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系，建立根軌跡方程；介紹根軌跡繪制的根本法則，并舉例說明其應(yīng)用方法；爭(zhēng)論附加開環(huán)零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)根軌跡走勢(shì)的影響，以及如何利用這種方法改善掌握系統(tǒng)的性能；通過實(shí)例分析閉環(huán)零、極點(diǎn)與時(shí)間響應(yīng)之間的關(guān)系，引出主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子的概念，并介紹它們?cè)谡莆障到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用；講授利用根軌跡法對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)展定性分析的方法。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)；課堂多媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。完成一次試驗(yàn)。教學(xué)思路：通過給RC濾波電路輸入一個(gè)正弦波信號(hào)，觀看其輸出響應(yīng)，引出頻率特性的概念，并介紹頻率特性的三種典型表示方法–幅相頻率特性曲線，對(duì)數(shù)頻率特性曲線和對(duì)數(shù)幅相曲線；介紹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；介紹典型環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)特性曲線的繪制方法；介紹開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線的繪制方法；爭(zhēng)論如何利用試驗(yàn)方法確定掌握系統(tǒng)的頻率特性；以復(fù)變函數(shù)中的幅角原理作為數(shù)學(xué)根底，通過分析推導(dǎo)出兩種常用的頻率域穩(wěn)定判據(jù)–奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)，并通過實(shí)例介紹總章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)爭(zhēng)論閉環(huán)的爭(zhēng)論閉環(huán)的性能。對(duì)穩(wěn)定性的角度引出相系統(tǒng)的性角裕度和幅值裕度的概能。念，并介紹它們的計(jì)算分析帶寬對(duì)系統(tǒng)性能的影響；講授閉環(huán)系統(tǒng)頻域指標(biāo)和時(shí)域指標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系；介紹如何依據(jù)開環(huán)頻率特性爭(zhēng)論閉環(huán)系統(tǒng)的性能。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)；課堂多媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。完成一次試驗(yàn)。教學(xué)思路：首先爭(zhēng)論為

學(xué)時(shí)安排講課 (含研 討)

教學(xué)重點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)〔含教學(xué)方法、教學(xué)手段〕它們的應(yīng)用方法；從相6章線性系統(tǒng)的校正方法7章線性離散系統(tǒng)的分析方法

什么要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展校從掌握系統(tǒng)應(yīng)具備良好的性能引出系統(tǒng)的帶寬選取原則；介紹目前常用的幾種校正方式及其適應(yīng)場(chǎng)合；介紹假設(shè)干種常用的校正裝置及其特性；介紹廣泛承受的PID掌握器設(shè)計(jì)方法；通過實(shí)例重點(diǎn)講授串聯(lián)校正系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方〔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、反響校正系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方法以及復(fù)合校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，尤其要傳授工程設(shè)計(jì)閱歷；介紹綜合法串聯(lián)校正和反響校正的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間制系統(tǒng)經(jīng)典的校正〔串聯(lián)校正裝置及其特性；862超前校正，開環(huán)系統(tǒng)期望頻率滯后–超前特性的設(shè)則；串聯(lián)校聯(lián)校正方法；反響校法；復(fù)合校校正方法；合校正方校正律和PID掌握方法。掌握器設(shè)方法。計(jì)方法。線性離散系統(tǒng)的基樣與保持，樣與保持，號(hào)的采樣1082定理；z變定理；z變農(nóng)采樣定農(nóng)采樣定統(tǒng)，它是當(dāng)今最主流的掌握器；通過實(shí)例引出理；z變換信號(hào)采樣與信號(hào)保持的〔求取方法；概念及其實(shí)現(xiàn)裝置A/D討)討)系統(tǒng)的數(shù)承受z反變轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器；分方程和脈沖傳遞函數(shù)z傳遞函數(shù)Z介紹香農(nóng)采樣定理以及依據(jù)該定理選取采樣周z變換理論；介紹離散系統(tǒng)的變換法求程；開環(huán)系差分方程和解差分方脈沖傳遞函數(shù)，以及利程；開環(huán)系用這兩種模型求解系統(tǒng)統(tǒng)與閉環(huán)響應(yīng)的方法；講授離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 分系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念以及s域和z域的映射關(guān)系，數(shù)；離散系析。由此引出離散系統(tǒng)穩(wěn)定統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及的充分必要條件；介紹w變換并基于勞斯穩(wěn)定穩(wěn)定性判判據(jù)，給出離散系統(tǒng)的據(jù)；離散系穩(wěn)定性判據(jù)，通過實(shí)例統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)介紹其應(yīng)用方法；講授離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概系統(tǒng)的動(dòng)析。念及計(jì)算方法；介紹采態(tài)性能分樣器和保持器對(duì)系統(tǒng)動(dòng)析態(tài)性能的影響，分析討論系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)與其動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系，讓學(xué)生正確把握離散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)；課堂多媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。完成一次試驗(yàn)。8章非線性掌握系統(tǒng)分析非線性控制系統(tǒng)概述；常見非線性特性及其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響；非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)述函數(shù)的根本概念，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。440述函數(shù)法。和自激振蕩。教學(xué)思路：通過實(shí)例闡述爭(zhēng)論非線性掌握理論的意義；介紹各種常見的非線性特性及其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響；介紹非線性系統(tǒng)常用的分析與設(shè)計(jì)方法，主要介紹描述函數(shù)法；通過實(shí)例推導(dǎo)各種典型非線性特性的描述函數(shù)；重點(diǎn)講授非線性掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法，包〔周期運(yùn)動(dòng)〕振幅和周期的計(jì)算方法。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)；課堂多媒體講授，分析系統(tǒng)實(shí)例時(shí)引導(dǎo)學(xué)生提問，一般歸納與重點(diǎn)分析相結(jié)合；課后答疑輔導(dǎo)。合計(jì)645212總章節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)時(shí)

學(xué)時(shí)安排講課 (含研

教學(xué)重點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)

教學(xué)方案設(shè)計(jì)〔含教學(xué)方法、教學(xué)手段〕注：實(shí)踐包括試驗(yàn)、上機(jī)等五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和根本要求2學(xué)時(shí)。試驗(yàn)名稱 試驗(yàn)內(nèi)容 學(xué)時(shí) 根本要求1．爭(zhēng)論二階系統(tǒng)的特征參數(shù)(，典型系統(tǒng)的時(shí)n)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的過渡過程的影響；域響應(yīng)和穩(wěn)定2性分析的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性；1．爭(zhēng)論二階系統(tǒng)的特征參數(shù)(，典型系統(tǒng)的時(shí)n)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的過渡過程的影響；域響應(yīng)和穩(wěn)定2性分析的響應(yīng)曲線及系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3．用Routh判據(jù)對(duì)三階系統(tǒng)進(jìn)展2．把握二階系統(tǒng)特征參數(shù)對(duì)系臨界阻尼、過阻尼三種狀況下線性系統(tǒng)的校正線性系統(tǒng)的根軌跡分析線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析

穩(wěn)定性分析。依據(jù)待校正二階系統(tǒng)〔原系統(tǒng)〕方框圖，在試驗(yàn)系統(tǒng)上構(gòu)建其模擬電路，測(cè)試其性能指標(biāo)；校正法對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)展校正設(shè)計(jì)，構(gòu) 2建校正系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)試其性能；對(duì)校正后的系統(tǒng)與原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)展比較分析。函數(shù)畫出系統(tǒng)的根軌跡圖，對(duì)其穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能做出理論上的分析推斷；依據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的方框圖正確構(gòu) 2建其對(duì)應(yīng)的模擬電路；統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)曲線，分析參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。針對(duì)給定的閉環(huán)掌握系統(tǒng)方框圖，正確構(gòu)建其模擬電路；域曲線窗口將信號(hào)源和被測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線顯示出來，直接測(cè)量對(duì)象輸出與信號(hào)源的相位差及幅值衰減情況，獵取掌握系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性 2〔閉環(huán)伯德圖和閉環(huán)極坐標(biāo)圖；3統(tǒng)的反響信號(hào)與誤差信號(hào)的相位差及幅值衰減狀況，獵取對(duì)象的開環(huán)頻率特性〔開環(huán)伯德圖和開環(huán)極坐標(biāo)圖。1．生疏LF398采樣保持器芯片的

系統(tǒng)響應(yīng)曲線的差異；3Routh判據(jù)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)展推斷的方法。1．把握系統(tǒng)校正的各種經(jīng)典方法，重點(diǎn)了解串聯(lián)校正方法的設(shè)計(jì)思路。2．依據(jù)期望的時(shí)域性能指標(biāo)，推導(dǎo)出二階系統(tǒng)的串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；3．能夠依據(jù)系統(tǒng)的方框圖，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模擬電路；4．把握試驗(yàn)系統(tǒng)的操作方法?！舱莆障到y(tǒng)〕的方框圖，正確構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的模擬電路；能夠依據(jù)掌握系統(tǒng)的開環(huán)傳3．能夠利用根軌跡法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能；4．通過實(shí)際試驗(yàn)，驗(yàn)證根軌跡方法。把握承受頻率特性理論對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)展分析與綜合的根本方法；把握伯德圖的繪制方法及依據(jù)伯德圖確定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；3．能夠依據(jù)掌握系統(tǒng)的方框圖，正確構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的模擬電路；4．生疏試驗(yàn)系統(tǒng)頻率特性測(cè)試虛擬儀器的使用方法，能夠利用集成軟件中的頻率特性測(cè)量界面正確繪制出被測(cè)對(duì)象的伯德圖和極坐標(biāo)圖。把握離散〔采樣〕系統(tǒng)分析離散〔采樣〕功能〔零階保持器；

與綜合的根本理論；系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

針對(duì)給定的閉環(huán)采樣掌握系統(tǒng)，正確構(gòu)建其模擬電路； 2取系統(tǒng)的輸入為1V的單位階躍信號(hào)，通過轉(zhuǎn)變LF398正弦輸入信

把握香農(nóng)采樣定理，了解信號(hào)的采樣保持與采樣周期的關(guān)系；試驗(yàn)名稱 試驗(yàn)內(nèi)容號(hào)的頻率轉(zhuǎn)變采樣周期，從小到大取假設(shè)干個(gè)采樣周期，觀看系統(tǒng)的輸出波形，驗(yàn)證香農(nóng)采樣定理，同時(shí)計(jì)算各采樣周期對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能〔超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間期對(duì)