《自動(dòng)控制原理》教學(xué)大綱

1、自動(dòng)控制原理課程教學(xué)大綱（Principles of Automatic Control）一、基本信息課程編號(hào)：02302203課程類(lèi)別：專(zhuān)業(yè)必修課 適用層次：本科適用專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器開(kāi)課學(xué)期：第五學(xué)期總學(xué)分：4 總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)考核方式：考試二、課程教育目標(biāo)自動(dòng)控制原理課程是自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課（主干課程）。課程的主要任務(wù)是通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，學(xué)習(xí)并掌握古典控制理論的基本分析、設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)的理論課程和專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論、基本

2、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(duì)各種控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析的基本方法。結(jié)合本課程特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力，既要善于從個(gè)性中概括出共性，又要從共性出發(fā)深刻了解個(gè)性，努力學(xué)習(xí)用廣義動(dòng)力學(xué)的方法去抽象與解決實(shí)際問(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用辯證唯物主義的方法論思考、分析與解決問(wèn)題的基本能力，鍛煉在需要與可能之間進(jìn)行折衷的能力；培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造能力。三、教學(xué)內(nèi)容與要求1.理論課（1）緒論主要內(nèi)容：自動(dòng)控制的一般概念、分類(lèi)、發(fā)展概況及基本要求。 基本要求：了解基本概念：反饋、開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、控制器、被控對(duì)象；要求學(xué)生能根據(jù)控制系統(tǒng)工作原理圖

3、繪制方塊圖。重點(diǎn)：掌握開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制的基本概念及根據(jù)工作原理圖繪制方塊圖。（2）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要內(nèi)容：控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖。基本要求：掌握理論推導(dǎo)的方法建立電路系統(tǒng)及力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型微分方程，典型元部件的傳遞函數(shù)的求取，結(jié)構(gòu)圖的繪制，由結(jié)構(gòu)圖等效變換求傳遞函數(shù)，理解由梅森公式求傳遞函數(shù)。重點(diǎn)：常用元部件傳遞函數(shù)的求??；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)圖等效變換；梅森公式的應(yīng)用。（3）控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法主要內(nèi)容：線性系統(tǒng)的性能指標(biāo)；一階、二階及高階系統(tǒng)的時(shí)域分析；線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算?；疽螅赫莆諘r(shí)域性能指標(biāo)的定義，一階和二階系統(tǒng)性能指標(biāo)的

4、求取及二階系統(tǒng)性能改善的方法，了解高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用，穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計(jì)算，減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法。重點(diǎn)：二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能計(jì)算及勞斯判據(jù)。難點(diǎn)：擾動(dòng)作用下減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施。（4）控制系統(tǒng)的根軌跡法主要內(nèi)容：根軌跡的基本概念；根軌跡繪制的基本法則；系統(tǒng)的性能分析?；疽螅豪斫飧壽E的概念，根軌跡方程，掌握繪制根軌跡的基本法則，并用根軌跡法分析系統(tǒng)。 重點(diǎn)：由根軌跡分析系統(tǒng)性能。難點(diǎn)：廣義根軌跡的分析與應(yīng)用。（5）控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法主要內(nèi)容：頻率特性，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開(kāi)環(huán)頻率特性曲線的繪制；頻率域穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定裕度及閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)?；疽?/p>

5、：掌握頻域特性的物理意義，圖形表示方法，奈氏判據(jù)，穩(wěn)定裕度，用頻率特性建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)：奈氏判據(jù)，穩(wěn)定裕度的確定。難點(diǎn)：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅相曲線、對(duì)數(shù)曲線的概略繪制及相應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的確定。 （6）控制系統(tǒng)的校正主要內(nèi)容：系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正問(wèn)題；常用校正裝置及其特性；各種校正方式?；疽螅赫莆沾?lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后超前校正，局部反饋校正。重點(diǎn)：串聯(lián)超前、串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：反饋校正方法及應(yīng)用。（7）非線性控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：非線性系統(tǒng)的概述及其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的影響；相平面法及描述函數(shù)法?；疽螅赫莆辗蔷€性特性對(duì)系統(tǒng)的影響，相平面法及描述函數(shù)法。重點(diǎn)：奇點(diǎn)及奇線的分析與確定，

6、自激振蕩存在性及自振參數(shù)的確定。難點(diǎn)：相軌跡繪制與分析。（8）離散控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：離散系統(tǒng)的基本概念；信號(hào)采樣與保持；Z變換理論；離散系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型、動(dòng)態(tài)性能分析及穩(wěn)定性分析；離散系統(tǒng)的數(shù)字PID校正。基本要求：掌握信號(hào)的離散化與信號(hào)保持器，Z變換理論，離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析及穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算，對(duì)離散系統(tǒng)的數(shù)字PID校正。重點(diǎn)：離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取，穩(wěn)定性分析及PID校正方法。難點(diǎn)：離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求法及PID參數(shù)的設(shè)定。2.實(shí)驗(yàn)課具體要求參見(jiàn)控制理論仿真與實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱四、作業(yè)、練習(xí)的安排與要求本課程課內(nèi)外時(shí)間比為1：1.5。課外練習(xí)主要為做習(xí)題和閱讀、理解教材相

7、應(yīng)的內(nèi)容。作業(yè)量為每次課（2學(xué)時(shí)）后布置若干道習(xí)題。習(xí)題形式有思考、推導(dǎo)、分析、計(jì)算以及一些初步設(shè)計(jì)應(yīng)用題。五、各部分內(nèi)容學(xué)時(shí)分配章節(jié)主 要 內(nèi) 容各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配備 注理論課實(shí)驗(yàn)課習(xí)題課討論課小計(jì)1緒論442控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型883控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法82104控制系統(tǒng)的根軌跡法885控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法122146控制系統(tǒng)的校正667非線性控制系統(tǒng)668離散控制系統(tǒng)88合計(jì)60464六、相關(guān)聯(lián)的課程1.預(yù)修課程復(fù)變函數(shù)與積分變換、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯。2.后續(xù)課程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、過(guò)程控制工程、現(xiàn)代控制理論、高級(jí)控制策略。七、教材與教學(xué)參考書(shū)1.建議教材自動(dòng)控制原理（第二版），徐國(guó)凱主編，清華大學(xué)出版社。2.建議參考書(shū)目1 自動(dòng)控制理論，鄒伯敏主編，機(jī)械工業(yè)出版社2 現(xiàn)代控制工程，Modern Control Eengineering（第三版）美Katsuhiko Ogata著，盧伯英、于海勛等譯，電子工業(yè)出版社3 自動(dòng)控制原理，胡壽松編著，科學(xué)出版社