自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

一、實(shí)驗(yàn)基本信息

課程編號(hào)：201404程5

中文名稱：自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

英文名稱：Experimentso:AutomaticControlTheory

面向?qū)I(yè)：自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動(dòng)化、探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)

開設(shè)學(xué)期：5

課程總學(xué)時(shí)：24

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：24

是否獨(dú)立設(shè)課：是

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)

目標(biāo)1：掌握控制系統(tǒng)時(shí)域分析、頻域分析、非線性系統(tǒng)分析的方法，能夠利用控制理論的分

析方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋，并得到有效結(jié)論。（對(duì)應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)4-3）

目標(biāo)2：掌握控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基本思路及方法，在涉及多門技術(shù)的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)

任務(wù)中，能夠協(xié)同工作，并且獨(dú)立完成系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)任務(wù)。（對(duì)應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)9-1）

通過(guò)自動(dòng)控制理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析，以及對(duì)含有典

型非線性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)進(jìn)行分析的能力，能夠?qū)?fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案。通本實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備

利用自動(dòng)控制理論的分析方法，分析實(shí)際控制系統(tǒng)的能力，能夠參照理論模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

和解釋，并得到有效結(jié)論。掌握建立實(shí)際系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)性能分析，校正環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)

調(diào)試的思路及方法，并運(yùn)用該思路和方法、能夠?qū)?fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)解決方案，從而

具備對(duì)一般控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力，能夠解決自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、電氣工程、探測(cè)制導(dǎo)等領(lǐng)域

的復(fù)雜工程問(wèn)題，在涉及多門技術(shù)的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)任務(wù)中，協(xié)同工作，并且獨(dú)立完成分析和

設(shè)計(jì)任務(wù)，適應(yīng)多領(lǐng)域發(fā)展的需求。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求

1.具備實(shí)際控制系統(tǒng)時(shí)域分析，頻域分析?，以及非線性系統(tǒng)分析的能力。掌握一?階系統(tǒng)、二階

系統(tǒng)以及高階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的測(cè)量方法，掌握控制系統(tǒng)和典型環(huán)節(jié)的頻率特性曲線的測(cè)量方法,

掌握含有典型非線性環(huán)節(jié)系統(tǒng)相軌跡的測(cè)量方法，能夠參照理論模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋,

分別利用時(shí)域、頻域、非線性系統(tǒng)分析方法，分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和穩(wěn)定性，并得到正確

結(jié)論；

2.具備對(duì)一般控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力，即實(shí)際系統(tǒng)的建模，性能分析，校正環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，以

及系統(tǒng)調(diào)試的能力。掌握角隨動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，系統(tǒng)性能分析，校正環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，以及系統(tǒng)調(diào)

試的思路與方法，從而具備對(duì)一般控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力，在涉及多門技術(shù)的控制系統(tǒng)分析和

設(shè)計(jì)任務(wù)中，協(xié)同工作并且獨(dú)立完成分析和設(shè)計(jì)任務(wù)的能力。

四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本情況

實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)教學(xué)

序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)基本要求實(shí)驗(yàn)類型

學(xué)時(shí)要求

基于自動(dòng)控制理論模擬實(shí)驗(yàn)裝置，搭建典型

環(huán)節(jié)，測(cè)量其階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對(duì)環(huán)

節(jié)時(shí)域特性的影響；利用典型環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)二階

控制系統(tǒng)時(shí)域綜合設(shè)計(jì)型

14系統(tǒng)，分析二階系統(tǒng)的阻尼比和無(wú)阻尼自然1

分析（必做實(shí)驗(yàn)）

振蕩頻率對(duì)其時(shí)域特性的影響；利用典型環(huán)

節(jié)搭建控制系統(tǒng)，分析開環(huán)增益等參數(shù)對(duì)閉

環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

基卜自動(dòng)控制理論模擬實(shí)驗(yàn)裝置，搭建控制

系統(tǒng)并測(cè)量其波特圖，得出系統(tǒng)固有的頻域

控制系統(tǒng)頻域綜合設(shè)計(jì)型

24性能指標(biāo)；加入校正環(huán)節(jié)，測(cè)量校正后系統(tǒng)1

分析（必做實(shí)驗(yàn)）

的波特圖，分析加入校正環(huán)節(jié)前后系統(tǒng)頻域

指標(biāo)的變化。

基于自動(dòng)控制理論模擬實(shí)驗(yàn)裝置，構(gòu)建含有

非線性控制系典型非線性環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)的相綜合設(shè)計(jì)型

3441

統(tǒng)分析軌跡，利用相平面法分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和（必做實(shí)驗(yàn)）

性能，分析非線性特性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

以角隨動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析系統(tǒng)的組成

和工作原理，利用機(jī)理法分析得到系統(tǒng)各個(gè)

環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，利用實(shí)驗(yàn)法測(cè)量傳遞函數(shù)中

的未知參數(shù)，建立系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；分

角隨動(dòng)系統(tǒng)分析固有系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能，根據(jù)期望性綜合設(shè)計(jì)型

4121,2

析與設(shè)計(jì)能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，并利用有（必做實(shí)驗(yàn)）

源阻容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)校正環(huán)節(jié)，將校正網(wǎng)絡(luò)接入

到系統(tǒng)中進(jìn)行校驗(yàn)及調(diào)試，使系統(tǒng)滿足期望

性能要求，分析校正環(huán)節(jié)的作用，總結(jié)控制

系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的思路。

五、實(shí)驗(yàn)教材（指導(dǎo)書）或?qū)W習(xí)資源

⑴王顯峰等.自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.12.

⑵彭秀艷，王顯峰.運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，2008.8.

六、考核方式

實(shí)驗(yàn)考核包括預(yù)習(xí)考核、操作考核、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分別占總成績(jī)的20%、40%、40%o

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求考核形式占總成績(jī)的比例

具備實(shí)際控制系統(tǒng)時(shí)域分析，頻域分析，以及非線性系統(tǒng)分預(yù)習(xí)考核20%

析的能力。