1、自動控制原理課程教學(xué)大綱（Principles of Automatic Control）一、基本信息課程編號：02302203課程類別：專業(yè)必修課 適用層次：本科適用專業(yè)：自動化、測控技術(shù)與儀器開課學(xué)期：第五學(xué)期總學(xué)分：4 總學(xué)時：64學(xué)時考核方式：考試二、課程教育目標自動控制原理課程是自動化、測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課（主干課程）。課程的主要任務(wù)是通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解自動控制系統(tǒng)的組成、特點及專業(yè)術(shù)語，學(xué)習(xí)并掌握古典控制理論的基本分析、設(shè)計方法，為后續(xù)的理論課程和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。通過課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，強化學(xué)生對基本概念、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，并掌握對各種控制系統(tǒng)的性能進行分析的基本方法。結(jié)合本課程特點，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的能力，既要善于從個性中概括出共性，又要從共性出發(fā)深刻了解個性，努力學(xué)習(xí)用廣義動力學(xué)的方法去抽象與解決實際問題；培養(yǎng)學(xué)生運用辯證唯物主義的方法論思考、分析與解決問題的基本能力，鍛煉在需要與可能之間進行折衷的能力；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：自動控制的一般概念、分類、發(fā)展概況及基本要求。 基本要求：了解基本概念：反饋、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、控制器、被控對象；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：掌握開環(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)的時域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖?；疽螅赫莆绽碚撏茖?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：常用元部件傳遞函數(shù)的求取；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。難點：結(jié)構(gòu)圖等效變換；梅森公式的應(yīng)用。（3）控制系統(tǒng)的時域分析法主要內(nèi)容：線性系統(tǒng)的性能指標；一階、二階及高階系統(tǒng)的時域分析；線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及穩(wěn)態(tài)誤差的計算。基本要求：掌握時域性能指標的定義，一階和二階系統(tǒng)性能指標的

4、求取及二階系統(tǒng)性能改善的方法，了解高階系統(tǒng)動態(tài)性能指標，掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用，穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算，減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法。重點：二階系統(tǒng)動態(tài)性能計算及勞斯判據(jù)。難點：擾動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：由根軌跡分析系統(tǒng)性能。難點：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，開環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開環(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。基本要求

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：奈氏判據(jù)，穩(wěn)定裕度的確定。難點：系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線、對數(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)計與校正問題；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：串聯(lián)超前、串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。難點：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)的概述及其對系統(tǒng)運動的影響；相平面法及描述函數(shù)法?；疽螅赫莆辗蔷€性特性對系統(tǒng)的影響，相平面法及描述函數(shù)法。重點：奇點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：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；信號采樣與保持；Z變換理論；離散系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型、動態(tài)性能分析及穩(wěn)定性分析；離散系統(tǒng)的數(shù)字PID校正?；疽螅赫莆招盘柕碾x散化與信號保持器，Z變換理論，離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立，系統(tǒng)的動態(tài)性能分析及穩(wěn)態(tài)誤差計算，對離散系統(tǒng)的數(shù)字PID校正。重點：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：離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求法及PID參數(shù)的設(shè)定。2.實驗課具體要求參見控制理論仿真與實驗課程教學(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）后布置若干道習(xí)題。習(xí)題形式有思考、推導(dǎo)、分析、計算以及一些初步設(shè)計應(yīng)用題。五、各部分內(nèi)容學(xué)時分配章節(jié)主 要 內(nèi) 容各個教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配備 注理論課實驗課習(xí)題課討論課小計1緒論442控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型883控制系統(tǒng)的時域分析法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)課程計算機控制技術(shù)、過程控制工程、現(xiàn)代控制理論、高級控制策略。七、教材與教學(xué)參考書1.建議教材自動控制原理（第二版），徐國凱主編，清華大學(xué)出版社。2.建議參考書目1 自動控制理論，鄒伯敏主編，機械工業(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 自動控制原理，胡壽松編著，科學(xué)出版社