《自動(dòng)控制原理C》教學(xué)大綱

《自動(dòng)控制原理C》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05136051課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、模擬電子技術(shù)A、數(shù)字電子技術(shù)A等后續(xù)課程：智能電網(wǎng)技術(shù)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)B等適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化開(kāi)課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說(shuō)明《自動(dòng)控制原理C》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)必修課。本課程主要研究自動(dòng)控制的基本理論知識(shí)和線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的基本分析方法，學(xué)會(huì)用經(jīng)典控制理論分析簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。通過(guò)介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，建立并分析控制系統(tǒng)的時(shí)域和復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，使學(xué)生具備分析自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程及以后從事技術(shù)工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識(shí)，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時(shí)域分析方法和頻域分析方法等知識(shí)分析簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的性能。課程目標(biāo)3：跟蹤自動(dòng)控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國(guó)在自動(dòng)控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時(shí)代緊迫感。樹(shù)立正確的勞動(dòng)觀念，形成良好的勞動(dòng)習(xí)慣，具有勞動(dòng)精神和勞動(dòng)意識(shí)，善于將自動(dòng)控制原理的分析方法應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域，了解自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的流程，能夠就自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)嶋H工程問(wèn)題提出設(shè)計(jì)方案和撰寫(xiě)研究報(bào)告。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《自動(dòng)控制原理C》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.3能夠利用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算并提出解決方案。課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識(shí)，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。H2.問(wèn)題分析2.2能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，分析并表達(dá)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題的特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識(shí)，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時(shí)域分析方法和頻域分析方法等知識(shí)分析簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的性能。H4.研究4.1能夠?qū)﹄姎夤こ滔嚓P(guān)的物理現(xiàn)象、系統(tǒng)特性進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。課程目標(biāo)3：跟蹤自動(dòng)控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國(guó)在自動(dòng)控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢(shì)、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時(shí)代緊迫感。樹(shù)立正確的勞動(dòng)觀念，形成良好的勞動(dòng)習(xí)慣，具有勞動(dòng)精神和勞動(dòng)意識(shí)，善于將自動(dòng)控制原理的分析方法應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域，了解自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的流程，能夠就自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)嶋H工程問(wèn)題提出設(shè)計(jì)方案和撰寫(xiě)研究報(bào)告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1概述1.2控制系統(tǒng)的基本概念1.3控制系統(tǒng)的主要任務(wù)與知識(shí)體系教學(xué)要求：理解自動(dòng)控制的基本原理與方式；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖的繪制方法；了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類；理解對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求。重點(diǎn)：自動(dòng)控制的基本原理，自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求。難點(diǎn)：分析系統(tǒng)并繪制結(jié)構(gòu)圖的方法。232.控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1控制系統(tǒng)的微分方程及線性化方程2.2拉普拉斯變換及其反變換2.3傳遞函數(shù)及基本環(huán)節(jié)看到傳遞函數(shù)2.4框圖及其簡(jiǎn)化教學(xué)要求：控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的框圖；控制系統(tǒng)建模實(shí)例。重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的框圖等效變換與梅遜公式，控制系統(tǒng)建模實(shí)例。難點(diǎn)：從系統(tǒng)原理圖得到復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，框圖的等效變換。81、23.線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法3.1系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)及性能指標(biāo)3.2一階系統(tǒng)的時(shí)域分析3.3二階系統(tǒng)的時(shí)域分析3.4高階系統(tǒng)的時(shí)域分析3.5穩(wěn)定性及其勞斯穩(wěn)定判據(jù)3.6穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算教學(xué)要求：理解系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析方法；了解高階系統(tǒng)的時(shí)域分析方法；理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法；掌握線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算方法。重點(diǎn)：欠阻尼二階系統(tǒng)的時(shí)域分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。難點(diǎn)：欠阻尼二階系統(tǒng)的時(shí)域分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。1241、2、34.線性系統(tǒng)的頻域分析法4.1頻率特性的基本概念4.2頻率特性圖形表示法4.3幾何穩(wěn)定判據(jù)4.4相對(duì)穩(wěn)定性4.5閉環(huán)頻率特性教學(xué)要求：理解頻率特性的概念；掌握典型環(huán)節(jié)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的頻率特性；掌握頻率域穩(wěn)定判據(jù)和穩(wěn)定裕度的計(jì)算方法；了解閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)。重點(diǎn)：典型環(huán)節(jié)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的頻率特性，頻率域穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)定裕度。難點(diǎn)：頻率域穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)定裕度。1221、2、35.線性系統(tǒng)的校正方法5.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題5.2常用校正裝置及其特性5.3串聯(lián)校正5.4控制系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正所面臨的問(wèn)題；掌握常用校正裝置及其特性；掌握串聯(lián)校正的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)：常用校正裝置及其特性，串聯(lián)校正。難點(diǎn)：串聯(lián)校正的設(shè)計(jì)方法。621、2、3合計(jì)4082.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.二階系統(tǒng)的時(shí)域分析法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)曲線及系統(tǒng)分析的方法。22、32.線性系統(tǒng)的頻域分析法——典型環(huán)節(jié)特性曲線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)頻域典型環(huán)節(jié)特性曲線的方法，掌握典型環(huán)節(jié)表達(dá)的特性。22、33.線性系統(tǒng)的頻域分析法——伯德圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)頻域伯德圖的方法，掌握穩(wěn)定性判斷方法及穩(wěn)定裕量分析方法。22、34.線性系統(tǒng)的校正方法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)分析各種校正手段對(duì)于系統(tǒng)性能改善的方法。22、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享等教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；同時(shí)精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)；課程依托超星泛雅學(xué)習(xí)平臺(tái)，提供靈活的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生可通過(guò)學(xué)習(xí)通完成作業(yè)提交、課堂互動(dòng)、問(wèn)題答疑、階段測(cè)試、在線學(xué)習(xí)等活動(dòng)，通過(guò)這些方法和手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使得學(xué)生能夠比較全面地理解線性定常系統(tǒng)建模的基本方法，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)線性定常系統(tǒng)在時(shí)域、復(fù)數(shù)域、頻率域進(jìn)行性能分析。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來(lái)完成理論的驗(yàn)證；如何組織實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思路和方案設(shè)計(jì)等。采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：孔祥東,姚成玉.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.2.參考書(shū)：（1）胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2019.（2）楊秀萍.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.（3）丁紅.自動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2017.（4）盧京潮.自動(dòng)控制原理[M].北京:清華大學(xué)出版社.2018.3.期刊：（1）王麗芬,任元,陳琳琳.“自動(dòng)控制原理”立體化知識(shí)體系構(gòu)建[J].教育教學(xué)論壇,2021,(29):113-116.（2）李亞文,吳曉云.“以學(xué)生為中心”的項(xiàng)目式教學(xué)在自動(dòng)控制原理課程中的研究[J].高師理科學(xué)刊,2021,41(03):94-98.（3）薛鵬,郭會(huì)平,程輝.基于Matlab的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2020,19(16):176-177.（4）肖理慶.基于MATLAB軟件“PID校正控制”教學(xué)研究[J].德州學(xué)院學(xué)報(bào),2018,34(02):65-69.（5）HOUXihong.ResearchonBasicPrincipleandConstructionofAutomaticSprinklerSystem[J].外文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（文摘版）工程技術(shù),2022(2):126-129.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國(guó)大學(xué)慕課.王永驥.國(guó)家級(jí)精品課程《自動(dòng)控制原理》./course/HUST-1001531001?tid=1001614004（2）中國(guó)工控網(wǎng)./七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√53實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?6階段性測(cè)驗(yàn)10（1）根據(jù)階段性測(cè)驗(yàn)試卷的完成情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√55作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?5期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)時(shí)域性能分析、線性系統(tǒng)頻率域分析、線性系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、計(jì)算題、綜合分析題等?！獭?525合計(jì)：100分50446八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、階段測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為選擇題、填空題、計(jì)算題、綜合分析題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過(guò)50%，計(jì)算題、綜合分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、階段測(cè)驗(yàn)、作業(yè)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等總成績(jī)≥90分。90分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等總成績(jī)≥80分。80分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等總成績(jī)≥70分。70分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等總成績(jī)≥60分。課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動(dòng)、課堂出勤情況等總成績(jī)<60分。實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)原理清晰、繪圖規(guī)范，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程熟練、規(guī)范、正確，數(shù)據(jù)處理及討論正確。實(shí)驗(yàn)原理較清晰、繪圖較規(guī)范，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程較熟練、規(guī)范、正確，數(shù)據(jù)處理及討論較正確。實(shí)驗(yàn)原理基本清晰、繪圖基本規(guī)范，實(shí)