自动控制原理课程教学大纲

《自动控制原理》课程教学大纲《自动控制原理》课程教学大纲 （（Automatic ControlAutomatic Control PrinciplePrinciple）） 课程编号：021019 学分：4 学时： 76 （其中： 讲课学时： 64实验或实践学时： 12 上机学时： 0 ） 先修课程：复变函数与积分变换、电路、模拟电子技术 后续课程：过程控制系统、运动控制系统、计算机控制技术、现代控制理论 适用专业：电气工程及其自动化 开课部门：电子信息与电气工程学院 一、课程的性质与目标一、课程的性质与目标 本课程是电气工程及其自动化专业基础必修的主干课，理论性较强，主要 介绍经典控制理论的基本内容。通过本课程的学习，使学生能够掌握闭环控制系 统的基本概念及基本的系统分析和校正方法， 并具有对简单连续系统进行定性分 析、 定量计算和初步设计的能力，为后续专业课学习和参加控制工程实践打下必 要的基础。 二、课程的主要内容及基本要求二、课程的主要内容及基本要求 第一章概述（4 学时） [知 识 点] 1.自动控制、自动控制系统、反馈、控制器、被控对象等基本概念； 2.基本控制方式分类与控制系统的性能要求。 [重点] 反馈理论；控制系统的基本组成、控制方式及分类以及控制系统的性能要求。 [难点] 1.根据控制系统工作原理图建立原理方块图的方法； 2.反馈理论的理解。 [基本要求] 1.要求建立反馈、控制器、被控对象等必要的基本概念； 2.弄清楚对于自动控制系统的基本性能要求和系统的组成； 3.掌握自动控制系统的基本控制方式： 开环控制、 闭环控制以及理解反馈理论； 4.要求能根据控制系统工作原理图绘制方块图。 [实践与练习] 建议课后练习或作业 1-2 道。 第二章自动控制系统的数学模型（8 学时） [知 识 点] 1．常见的数学模型：微分方程、传递函数、动态结构图； 2．结构图的等效变换、梅森公式； 3. 反馈系统的传递函数。 [重点] 1.传递函数、结构图的等效变换、梅森公式； 2.反馈系统的传递函数列写。 [难点] 1.结构图等效变换； 2.梅森公式的应用。 [基本要求] 1.了解控制系统数学模型的定义及求取方法； 2.理解系统传递函数的定义及性质； 3.掌握梅森公式求传递函数的方法； 4.要求能列写反馈系统的传递函数。 [实践与练习] 1.针对知识点布置 2-4 道课后练习题、4-6 道作业题； 2.开设“典型环节的认识”实验。 第三章时域分析法（14 学时） [知 识 点] 1.时域性能指标及其定义； 2.一阶和二阶系统性能指标的计算、二阶系统性能改善的方法； 3.劳斯稳定判据及其应用； 4.稳态误差的分析与计算。 [重点] 1.典型响应（以阶跃响应为主） ，性能指标概念及计算指标的方法； 2.劳斯判据应用； 3.稳态误差的计算，减小或消除稳态误差的方法。 [难点] 1.劳斯判据及应用； 2.扰动作用下稳态误差的计算； 3.减小或消除稳态误差的措施。 [基本要求] 1.掌握时域性能指标的定义； 2.掌握一阶系统和二阶系统的典型响应，能够根据一阶系统的时间常数和二阶 系统的阻尼比、自然振荡角频率计算性能指标，掌握二阶系统性能改善的方法； 3.能够利用劳斯稳定判据分析系统的稳定性，掌握稳态误差的分析与计算方法， 以及减小或消除稳态误差的方法； 4.理解高阶系统时域分析方法和误差计算、主导极点的概念。 [实践与练习] 1.针对知识点布置 2-4 道课后练习题； 2.建议开设一、二阶系统的时域分析实验。 第四章根轨迹分析法（8 学时） [知 识 点] 1.根轨迹的概念与根轨迹方程，绘制根轨迹的基本法则； 2.用根轨迹法分析系统； 3.广义根轨迹及其绘制法则。 [重点] 1.根轨迹的概念； 2.根轨迹的绘制方法，用根轨迹法分析控制系统性能。 [难点] 1.根轨迹的概念； 2.根轨迹的绘制方法，用根轨迹法分析控制系统性能。 [基本要求] 1.理解根轨迹根和轨迹方程的基本概念，能够利用基本法则绘制根轨迹； 2.会用根轨迹法分析系统。 [实践与练习] 针对知识点布置 2-3 道课后练习题 第五章频率特性法（12 学时） [知 识 点] 1.频域特性的概念，开环幅相曲线、对数曲线（伯德图） ； 2.奈奎斯特稳定判据，稳定裕度； 3.用频域特性法分析系统稳定性以及系统性能。 [重点] 1.频率特性的基本概念，典型环节的频率特性； 2.系统开环频率特性的绘制，奈奎斯特稳定判据，系统的相对稳定性； 3.稳定裕度的计算 4.用频域特性法分析系统性能。 [难点] 1.系统开环频率特性曲线的绘制，奈奎斯特稳定判据； 2.用频域特性法分析系统性能。 [基本要求] 1.理解频域特性的物理意义及频域性能指标； 2.掌握开环幅相曲线、对数频率特性曲线（伯德图）的绘制方法； 3.能够利用奈奎斯特稳定判据判断系统的稳定性； 4.掌握稳定裕度的计算方法，会使用频率特性分析系统性能。 [实践与练习] 针对知识点布置 2-3 道课后练习题 第六章控制系统的校正与设计（12 学时） [知 识 点] 1.控制系统设计的基本思想； 2.串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后－超前校正、反馈校正； 3.PID 控制器； 4.控制系统工程设计。 [重点] 1.串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后－超前校正、反馈校正； 2.PID 控制器； 3.控制系统工程设计。 [难点] 1.PID 控制器； 2.控制系统工程设计。 [基本要求] 1.理解校正的含义； 2.熟练掌握串联超前校正、串联滞后校正的设计计算方法； 3.掌握串联滞后－超前校正，反馈校正、PID 校正的设计计算方法； 4.掌握控制系统工程设计方法。 [实践与练习] 1.针对知识点布置 2-3 道课后练习题； 2.针对 PID 校正开设一个实验项目。 第七章采样控制系统分析（ 2 学时） [知 识 点] 1.采样过程与采样定理； 2.Z 变换定理，闭环脉冲传递函数； 3.离散系统的稳定性与稳态误差。 [重点] 1.闭环脉冲传递函数的求取； 2.离散系统的稳定性分析与稳态误差求取。 [难点] 闭环脉冲传递函数的求法、稳定性分析。 [基本要求] 1.理解信号的离散化与信号保持器的物理意义，熟悉Z 变换定理； 2.掌握闭环脉冲传递函数的求法； 3.初步掌握离散系统的稳定性判断方法及稳态误差计算方法。 [实践与练习] 三、学时分配三、学时分配 章目 第一章概述 第二章自动控制系统的数学模型 第三章时域分析法 第四章根轨迹分析法 第五章频率特性法 第六章控制系统的校正与设计 第七章采样控制系统分析 机动 合计 讲课 4 8 14 8 12 12 2 4 64 实验 3 6 3 12 上机合计 4 11 20 8 12 15 2 4 76 四、考核模式与成绩评定办法四、考核模式与成绩评定办法 考核方式：考试。 成绩评定：百分制，成绩构成：笔试（60%）+实验（30%）+平时（10%） 。 五、推荐教材和主要参考资料五、推荐教材和主要参考资料 推荐教材： 《自动控制原理及其应用（第 2 版） 》 ，黄坚；高等教育出版社， 2009 年 主要参考资料： 1.《自动控制原理》 ，胡寿松；国防工业出版社，