哈工大教学设计

教学设计

一、基本描述

课程名称：自动控制原理

课程英文译名： Automatic Control Theory

课程学时： 70h

讲课： 60h，实验：10h

开课教研室：控制科学与工程系

课程类型：技术基础课

授课对象：通信工程系0105101~0105105班，共142人

授课时间： 2003年秋季（01级大学第五学期）

先修课程：积分变换、大学物理、电路、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统

教材及参考书：梅晓榕主编《自动控制原理》科学出版社2002年出版

鄢景华主编《自动控制原理》哈工大出版社2000年出版

李友善主编《自动控制原理》国防工业出版社1990年出版

王彤主编《自动控制原理试题精选与答题技巧》哈工大出版社2000年出版

二、课程的性质，研究对象及任务

“自动控制原理”是一门工科专业学生的技术基础课，主要介绍自动控制的基本理论、自动控制系统的分析和设计方法。目前，自动化技术在工业、农业、国防和科学技技各领域得到广泛应用，所以工科各专业的技术人员都应掌握这门技术基础课的基本理论。

课程主要研究：

1．自动控制系统的组成和要求

2．控制系统教学模型的建立

3．线性系统的时域分析方法

4．线性系统的频域分析方法

5．用根轨迹分析控制系统的方法

6．控制系统的综合与校正

7．现代控制理论基础

本课程的主要任务是培养学生

1．掌握自动控制系统的构成原理，各元部件的作用

2．掌握分析自动控制系统的基本方法和基本理论

3．对本学科本领域的自动控制系统能够进行维护、调整，提出改进的方案

4．掌握对自动控制系统进行测试和评价的方法

5．在“机电仪一体化”的设备开发研制过程中，能用总体的、系统的观念与其他专业技术人员进行交流与协作。

三、教材的选择与分析

目前各高等工科院校自动控制原理课程所使用的教材很多，主要可分为自动控制专业使用教材和非自动控制专业使用教材两大类。

自动控制专业所使用的教材中，胡寿松主编科学出版社出版的《自动控制原理》第四版和李友善主编国防工业出版社的《自动控制原理》第2版上、下册比较受欢迎。

胡寿松主编，科学出版社于2001年出版的《自动控制原理》第四版，是在前三版的基础上经过多年教学实践和多次修订而形成的，曾多次获奖。该书原是航空类院校自动控制专业的教材，现得到许多各类院的选用。该书内容丰富全面，有大量具有实际工程背景的例题，

其配套的习题集也由科学出版社出版。这是目前国内比较经典的教材。包括经典控制理论，现代控制理论，连续系统和离散系统，线性系统和非线性系统。

李友善老师主编，国防工业出版社出版的《自动控制原理》第2版分上、下两册，上册主要是经典控制理论部分，包括线性连续控制系统，线性离散控制系统，非线性控制系统等内容；下册主要是现代控制理论部分，包括状态空间分析与综合，李亚普诺夫稳定性分析，最优控制与系统辨识等内容。该书理论分析推导严谨、内容广泛，适于自学。与之配套的《自动控制原理200题》由工大出版社出版，今年又发展成《自动控制原理470题》，该书是我校自动控制专业的教材。该书于2005年重新修订，出版了第三版。

非控制类专业的自动控制原理课程教材很多，篇幅相对较少，现在提倡培养“机电一体化”人才，所以教材通常包括机械类专业和电类专业两方面的内容。

鄢景华主编，哈工大出版社出版的《自动控制原理》曾多年作为我校非控制专业使用的教材。该书内容较丰富，时域分析，频域分析，根轨迹分析，连续系统，离散系统，非线性系统，现代控制理论等内容都包括，字数较多。于2000年修订时删减了一部分内容，但作为40~60学时的教材内容仍显得多一些。该书被许多其它院校使用，台湾地区也购买了该书的版权。

梅晓榕主编，科学出版社2002年出版的《自动控制原理》现作为我校非控制专业的教材。内容包括控制系统的数学模型，时域分析，频域分析，根轨迹分析，计算机控制系统，非线性对系统的影响，现代控制理论等传统内容，例题和习题比较丰富。该书新增加了基于MATLAB的系统分析、设计与仿真，加强了用计算机分析设计控制系统的训练，对于以前教材中较繁琐和相对陈旧的内容进行了删改。该书字数较少，适合非控制专业课时较少的“自动控制原理”课使用。

该书不足之处是有些章节字数压缩了，但内容没减少，自学不太容易，讲课时需展开。

四、本次授课对象分析

授课前应了解授课对象的情况，包括所属院、系及专业，先行课程与后续课程等，作到“知彼知己”。

本学期授课对象是通信工程专业01级0105101~0105105班，共五个班，142名学生，属大学三年级第一学期，大学第五学期。

通信工程专业学生入学分数较高，通常数学、外语基础较好，理解力较强。通信工程属电类专业，学过与“控制原理”课有关的先行课“积分变换”，“代数与几何”，“电路”，“模拟电子技术”，“信号与系统”等。这个专业学生的力学和机械方面知识相对薄弱，但在“大学物理”课程中学过一些力学方面的知识。该专业没学过“电机学”和“控制电机”等课程。在讲课“控制系统数学模型”一章推导交直流电机教学模型时，需加强介绍一些相关的知识。他们在“大学物理”课程中学过电磁感应方面的内容，在高中也学过电磁感应及与电机有关的内容。他们每个人也都在使用电机，例如，收录机中的电机，应该对电机的基本原理和使用方法有所了解。

关于时域分析的内容，他们在“电路”“信号与系统”等课程中接触过，对典型输入信号，一、二阶系统的响应有所了解。因此在讲授时域分析时应把重点放在典型二阶系统，系统的动态和稳态性能指标，稳定性等关键问题上。

关于频率特性的概念，他们在“模拟电子技术”“信号与系统”课程中已经建立了，讲课时不要进行低水平的重复，可以进行深入一些的探讨和对比。比较一下在不同课程中概念提出的方法和工程应用的背景，对同一个问题、同一个概念在不同学科中的不同名称，不同的习惯表示方法。要注意联系学生学过的课程，熟悉的例子，这样有利于理解新的概念，有利于巩固学过的知识，有利于将不同课程中的知识融会贯通。