《自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)》課程編號(hào)：100063248課程名稱：自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)英文名稱：AutomaticControlTheoryProject課程性質(zhì)：必修課程總學(xué)分：1總學(xué)時(shí)：32；開(kāi)課學(xué)年及學(xué)期：第4學(xué)期先修課程：自動(dòng)控制理論Ⅰ，Matlab在自動(dòng)化工程中的應(yīng)用，模擬電子技術(shù)一、課程內(nèi)容簡(jiǎn)介自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)包括基于MATLAB/SIMULINK的控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)和基于典型被控對(duì)象直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)倒立擺的半實(shí)物仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分。針對(duì)控制系統(tǒng)的組成、控制理論的概念設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，以項(xiàng)目為牽引，引導(dǎo)學(xué)生完成直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)倒立擺兩個(gè)典型被控對(duì)象的時(shí)域法、頻域法和狀態(tài)空間方法的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)建模-仿真-實(shí)驗(yàn)，達(dá)到對(duì)直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)倒立擺不同狀態(tài)控制的任務(wù)書(shū)要求。通過(guò)自動(dòng)控制理論課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠熟練掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)復(fù)雜被控對(duì)象進(jìn)行控制系統(tǒng)和控制算法設(shè)計(jì)的能力。課程中穿插對(duì)維納、韓京清等控制理論科學(xué)家故事的講解，培養(yǎng)學(xué)生追本溯源的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。二、課程目標(biāo)1.知悉和理解經(jīng)典自動(dòng)控制理論和相關(guān)方法，并能夠應(yīng)用于典型被控對(duì)象的分析和設(shè)計(jì)。2.能夠掌握完成應(yīng)用SIMULINK控制系統(tǒng)工具箱搭建控制系統(tǒng)，解決線性系統(tǒng)時(shí)域、頻域及狀態(tài)空間仿真和實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，掌握使用MATLAB軟件提取相關(guān)數(shù)據(jù)并應(yīng)用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)技術(shù)解決不熟悉的新問(wèn)題的能力。3.擁有根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定需要數(shù)據(jù)的能力，掌握實(shí)際系統(tǒng)與理論數(shù)學(xué)模型的聯(lián)系，具有解決問(wèn)題的方法和思路，形成運(yùn)用建模-仿真-實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意識(shí)。4.能夠駕馭針對(duì)典型被控對(duì)象直流電機(jī)、倒立擺基于MATLAB/SIMULINK的控制器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試方法。掌握系統(tǒng)集成、傳感器標(biāo)定、物理系統(tǒng)建模和參數(shù)辨識(shí)等方法，掌握系統(tǒng)調(diào)試和系統(tǒng)穩(wěn)定性等分析方法。具備對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的正確性加以評(píng)判，并能夠合理地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基本素養(yǎng)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求4:能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.2能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定需要的數(shù)據(jù)，并能夠通過(guò)合適的手段收集數(shù)據(jù)。課程目標(biāo)34.3能夠?qū)?shí)驗(yàn)過(guò)程正確性加以評(píng)判，并能夠合理地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。課程目標(biāo)4畢業(yè)要求5:能夠針對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠針對(duì)電氣傳動(dòng)及控制、電力系統(tǒng)、電力電子、工業(yè)自動(dòng)化、電子信息技術(shù)等電氣工程及相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇和使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和模擬，并判斷其在特定條件下的局限性課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)410.3能夠使用多媒體技術(shù)或其他工具軟件，當(dāng)眾展示或匯報(bào)自己的想法和成果。課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3四、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)支撐課程目標(biāo)教學(xué)方法與策略第1部分MATLAB在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用1.MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)2.MATLAB傳遞函數(shù)的建立與框圖化簡(jiǎn)3.MATLAB繪圖方法4.控制系統(tǒng)MATLAB時(shí)域分析方法5.控制系統(tǒng)MATLAB頻域分析方法6.控制系統(tǒng)MATLAB根軌跡分析方法4學(xué)時(shí)講授和輔導(dǎo)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2講授和輔導(dǎo)第2部分SIMULINK在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用1.基于SIMULINK典型環(huán)節(jié)的仿真2.基于SIMULINK二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真3.基于SIMULINK串聯(lián)系統(tǒng)校正仿真4.基于SIMULINK的PID控制器參數(shù)仿真4學(xué)時(shí)講授和輔導(dǎo)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2講授和輔導(dǎo)第2章SIMULINK在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用1.典型環(huán)節(jié)的仿真2.二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真3.串聯(lián)系統(tǒng)校正仿真4.PID控制器Simulink仿真4課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4課程目標(biāo)5講授和輔導(dǎo)第3部分自動(dòng)控制理論原理課程設(shè)計(jì)1.任務(wù)書(shū)下達(dá)與任務(wù)分解2.實(shí)驗(yàn)硬件/軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)介紹3.系統(tǒng)傳感器標(biāo)定和系統(tǒng)參數(shù)測(cè)式4.課程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分組與項(xiàng)目管理2學(xué)時(shí)講授、討論和實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)3項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作第4部分自動(dòng)控制理論原理課程設(shè)計(jì)（1）完成任務(wù)書(shū)一內(nèi)容：分析直流電機(jī)電壓-轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和電壓-位置控制系統(tǒng)特性，設(shè)計(jì)PID（或改進(jìn)的PID）位置控制器和速度控制，調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，使系統(tǒng)性能達(dá)到：調(diào)節(jié)時(shí)間<0.1s，超調(diào)量<5%，并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。學(xué)生課下建議投入學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)：進(jìn)行直流電機(jī)電壓-速度和電壓-位置傳函推導(dǎo)，搭建SIMULINK模型進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)。6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和輔導(dǎo)課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作研究型實(shí)驗(yàn)第4部分自動(dòng)控制理論原理課程設(shè)計(jì)（2）完成任務(wù)書(shū)二內(nèi)容：對(duì)直流電機(jī)電壓-位置控制系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析，設(shè)計(jì)超前矯正器對(duì)二階系統(tǒng)進(jìn)行超前校正，使系統(tǒng)性能達(dá)到：相位裕度60-75度。給出超前校正器設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。學(xué)生課下建議投入學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)：進(jìn)行直流電機(jī)電壓-位置超前校正器設(shè)計(jì)計(jì)算，搭建SIMULINK模型進(jìn)行仿真分析。6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和輔導(dǎo)課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作研究型實(shí)驗(yàn)第4部分自動(dòng)控制理論原理課程設(shè)計(jì)（3）完成任務(wù)書(shū)三內(nèi)容：利用工程整定法對(duì)電機(jī)進(jìn)行PID控制器設(shè)計(jì)，進(jìn)一步進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，完成基于電機(jī)控制的平衡控制實(shí)驗(yàn)。學(xué)生課下建議投入學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)：掌握PID控制原理和工程整定方法，認(rèn)識(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性。6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和輔導(dǎo)課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作研究型實(shí)驗(yàn)第5部分課程驗(yàn)收以小組形式進(jìn)項(xiàng)項(xiàng)目成果展示和答辯，小組之間相互打分提問(wèn)。學(xué)生課下建議投入學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)：整理項(xiàng)目成果，制作展示PPT或視頻文件。4學(xué)時(shí)展示和互評(píng)課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作研究型實(shí)驗(yàn)五、課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式權(quán)重%課程目標(biāo)1234課程設(shè)計(jì)報(bào)告50√√√√MOOC成績(jī)10√√√√實(shí)驗(yàn)記錄單10√√√√實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)10√√√√課程設(shè)計(jì)答辯20√√√√總評(píng)100六、大綱說(shuō)明本教學(xué)大綱適用于學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論課程的本科生，重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中。在教