自动控制原理课程简介

《自动控制原理》课程简介
课程编号：A1620025
课程名称：自动控制原理
学分/学时：4/64
开课学期：第5学期
课程类型：专业必修课程
课程性质：必修
先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》
适用专业：自动化
考核方式：考试
考核形式：大作业、期中测试、实验评估、期末考试等组合形式
建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导
书，校内讲义，2015年
内容简介：
《自动控制原理》课程是一门研究自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，本课程主要内容包括自动控制系统建模、自动控制系统分析和自动控制系统设计（校正）三个方面。

通过本课程的教学，让学生掌握分析与综合SISO自动控制系统的经典控制理论与方法，并能初步结合实际，分析和设计控制系统，以及在MATLAB与Simulink支持下对控制系统进行计算机辅助分析和设计。

为今后进一步深入学习和研究其他控制理论与控制系统设计打下坚实的基础。

自动控制原理
Automatic Control Theory
课程编号：A1620025
学分：4
学时：64学时（讲课：56学时实验：8 学时实践：0学时）
学时：周
开课学期：第5学期
课程类型：专业必修课程
课程性质：必修
先修课程：《高等数学A(1)》、《高等数学A(2)》、《线性代数》、《电路》、《复变函数与积分变换》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统分析》
适用专业：自动化
建议教材：（1）谢克明编著.自动控制原理（第3版）.电子工业出版社,2010年（2）常熟理工学院电气及自动化工程学院自编讲义.自动控制原理实验指导
书，校内讲义，2015年
主要参考书：
（1）胡寿松主编.自动控制原理（第5版）.科学出版社.2007年
（2）李友善主编.自动控制原理（第3版）.国防工业出版社.2005年
（3）富兰克林,鲍威尔主编; 李中华，张雨浓译著.自动控制原理与设计.人
民邮电出版社.2007年
开课学院：电气与自动化工程学院
修订日期：2018年9月
一、课程说明
《自动控制原理》课程是自动化专业学生学习和掌握自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法的基础工程课程，它是自动化专业的一门专业必修课程，在第五学期开设。

《自动控制原理》课程是自动化专业的一门重要的技术基础课，其特点是知识覆盖面广、内容多、理论性和抽象性都很强，具有一定深度和复杂性，对后续课程影响较大。

通过该课程的学习，使学生清晰地建立反馈控制系统的基本概念，初步学会利用自动控制理论的方法来分析、设计自动控制系统，以及在MATLAB与SIMULINK支持下对控制系统进行计算机辅助分析和设计，为后续课程（如现代控制理论，过程控制工程等）的学习提供自动控制系统分析、设计的基本理论和基本方法，掌握必要的基本技能。

二、课程学习成果
1.了解自动控制技术的发展现状和趋势；掌握与自动控制技术相关的文献检索、资
料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法。

2.能够对实际的控制系统用系统方框图描述,分析或设计控制系统各个构成环节的硬件电路，并采用电子元器件来搭建、模拟控制系统。

（对应毕业要求1.3：能够应用专业知识对自动化工程问题进行软硬件分析与设计。

）
3.能够针对控制系统分析或设计（校正）的实际需求，通过运用自动控制原理的相关理论知识，选择恰当的数学模型来描述控制系统，并采用解析法或实验法，建立和简化控制系统的数学模型。

（对应毕业要求1.4：能够选择恰当的数学模型，用于描述自动化系统或者过程，对模型进行推理和求解。

）
4.能够运用时域分析方法和频域分析方法对自动控制系统的稳态性能及动态性能进行分析。

（对应毕业要求2.1：能识别和判断自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成复杂工程问题中的关键环节和参数。

）
5.掌握线性控制系统的校正方法，能够根据线性控制系统性能指标要求分析、设计或改进系统校正方案。

（对应毕业要求1.5：理解系统的概念及其在控制领域的体现，能对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题的解决方案进行分析，并尝试改进。

）
三、教学内容及基本要求
（一）绪论
1．课程教学内容
（1）本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务；
（2）开环控制和闭环控制；
（3）自动控制系统的组成及术语；
（4）自动控制系统的类型；
（5）自动控制系统性能的基本要求。

2．课程重点、难点
重点：自动控制系统的基本控制方式及特点；对自动控制系统性能的基本要求。

难点：根据不同自动控制系统的工作示意图，正确分析其工作原理，并画出系统的方框图；建立元件方框图的方法；自动控制系统实例分析。

3．课程教学要求
了解本课程的性质、研究对象与方法、任务，掌握自动控制、反馈等基本概念，正确理解和掌握负反馈控制原理，了解控制系统的组成与分类、初步了解如何由系统工作示意图形成系统的方框图及判别控制方式的方法。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

（二）线性系统的数学模型
1．课程教学内容
（1）线性系统的微分方程；
（2）微分方程的线性化；
（3）传递函数；
（4）方框图；
（5）信号流图。

2．课程重点、难点
重点：控制系统数学模型的基本概念、方框图的等效变换、运用Mason公式求传递函数、从不同途径求传递函数的方法。

难点：建立控制系统数学模型、利用方框图的等效变换求取传递函数、运用Mason 公式求传递函数。

3．课程教学要求
了解建立系统微分方程的一般方法，牢固掌握传递函数的概念、定义和性质，明确传递函数与微分方程间的关系，能熟练地进行方框图的等效变换，明确方框图与信号流图间的关系，能熟练应用梅森公式求传递函数。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

（三）控制系统的时域分析
1．课程教学内容
（1）线性定常系统的时域响应；
（2）控制系统的时域响应的性能指标；
（3）线性定常系统的稳定性；
（4）系统的稳态误差；
（5）一阶系统的时域响应；
（6）二阶系统的时域响应；
（7）高阶系统的瞬态响应。

2．课程重点、难点
重点：时域分析的基本概念、系统动态性能分析、系统的稳定性分析、系统稳态误差计算；
难点：时域法分析二阶系统、系统的稳定性分析、系统稳态误差计算。

3．课程教学要求
能熟练应用代数稳定判据判定系统的稳定性，并进行有关的分析计算；牢固掌握计算稳态误差的一般方法；能熟练确定一阶系统、二阶系统的特征参数及动态性能计算方法。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

（四）控制系统的频域分析
1．课程教学内容
（1）频率特性；
（2）典型环节的频率特性；
（3）系统的开环频率特性；
（4）奈奎斯特稳定判据；
（5）控制系统的相对稳定性；
（6）闭环系统的频率特性；
（7）用频率特性分析系统品质。

2．课程重点、难点
重点：频域法的基本概念、绘制Nyquist曲线图及Bode图、稳定判据与稳定裕度、对数频率特性与系统性能的关系。

难点：如何绘制Nyquist曲线图及Bode图、运用Nyquist稳定判据与对数稳定判据判断系统的稳定性、稳定裕度的计算。

3．课程教学要求
理解频率特性的概念和表达方法，掌握典型环节的频率特性，掌握Nyquist曲线图及Bode图的绘制，掌握奈奎斯特稳定判据，掌握各种频域指标的意义并会计算，掌握控制系统频率特性分析方法，了解闭环频率特性。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

（五）控制系统的设计与校正
1．课程教学内容
（1）校正的基本概念；
（2）线性系统的基本控制规律；
（3）校正装置及其特性；
（4）采用频率设计法进行串联校正；
（5）反馈校正；
（6）复合校正。

2．课程重点、难点
重点：校正的基本概念、串联校正装置的设计步骤、控制系统的性能指标；
难点：校正网络的选择与参数的确定。

3．课程教学要求
掌握校正装置的频率特性及其作用，掌握串联(超前、滞后、PID)、反馈及复合校正的特性及其作用。

重点掌握串联校正的频率设计法，了解反馈校正、复合校正的设计方法，掌握指标验证方法。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

(六)采样控制系统
1．课程教学内容
（1）采样系统的基本概念；
（2）采样过程与采样定理；
（3）采样信号保持器；
（4）Z变换；
（5）采样系统的数学模型；
（6）采样系统的稳定性分析；
（7）采样系统的稳态误差；
（8）采样系统的暂态响应与脉冲传递函数零、极点分布的关系；
（9）采样系统的校正。

2．课程重点、难点
重点：采样系统的基本概念、采样控制系统分析；
难点：分析采样系统的稳定性、计算采样系统的稳态误差。

3．课程教学要求
了解采样系统与连续系统的区别与联系，理解信号采样过程和采样定理，掌握Z变换、脉冲传递函数、采样系统的稳定性分析、误差分析、理解瞬态响应与极点分布的关系，了解采样系统的频率法校正。

4.课程教学方式
整合思维研究、探究式学习、融合学习、基于问题的教学等。

四、课程学时分配
《自动控制原理》根据教学计划规定的学时数，理论课56学时，实验8学时，具体学时分配如下表。

课程学时分配表
五、其他教学环节
1. 实验项目与内容
2.说明
本课程实验是理论教学的辅助内容，本课程实验具有较强的实践性，是加强课程教学的必要环节。

本课程实验的目的是提高学生分析和解决问题简单控制问题的能力，培养实事求是、严谨的科学作风和良好的实验习惯，为从事控制系统的分析设计奠定基础。

实验基本要求为：
（1）通过实验加深对自动控制的基本概念、基本理论的理解，提高综合运用所学知识解决问题的能力。

（2）熟悉控制系统的基本组成的分析方法，掌握自动控制理论的基本概念。

（3）正确使用仪器设备，掌握控制系统实验原理。

（4）正确分析实验结果。

六、教学管理
1. 鉴于课时量的限制，没有开设专项的讨论课，关于学法和教法改进与适应性问题的讨论放在课间或课余。

习题是本课程的重要教学环节，通过习题巩固讲授过的基本理论知识，培养学生自学能力和分析问题解决问题的能力。

每次课后布置一定的作业，可另行布置一些思考题供学生理解教学内容。

加强学生对作业的训练，并做到详细批改每个学生所作的每道作业题，适时发现并及时纠正学生的错误以加强学生对所学知识的理解。

2. 教学方法采用传统教学与多媒体教学相结合的方式。

在学习过程中，应适当加入MATLAB仿真，把其作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统分析、计算、设计和仿真。

有利于加深理解和灵活运用所学理论知识，为后续专业课程的学习奠定基础。

任课教师在课堂上对学生简单介绍MA TLAB仿真软件及其在自动控制技术领域的应用，适当布置课外大作业，要求学生用MATLAB仿真软件来完成任课教师布置的课外作业，相应成绩纳入课程成绩中。

3.建议使用电子工业出版社出版的《自动控制原理》（2010年出版，第3版）作为教材，该教材由谢克明等主编，并由电子工业出版社出版。

该教材是普通高等教育“十二五”国家级规划教材、新编电气与电子信息类本科规划教材。

该教材结构合理，突出了
基础性、先进性和易读性。

内容叙述力求深入浅出、层次分明。

以工业应用为背景，全面阐释自动控制的基本理论、基本概念和基本方法，并有实例分析贯穿始终，选例结合生产过程实例，注意理论的完整性与工程实用性相结合，培养学生的工程意识，该教材内容特别适应培养应用型人才的要求。

七、考核方法
课程名称：自动控制原理课程号：A1620025
考核方式：考试
考核形式：平时成绩40%、实验成绩20%、期中闭卷测试10%、期末闭卷考试30% 本课程的学生成绩由平时成绩、实验成绩、期中考试成绩和期末考试成绩四部分组成，其中平时成绩占总成绩的40%，实验成绩占总成绩的20%、期中考试成绩占总成绩的10%，期末考试成绩占总成绩的30%。

平时成绩由平时作业（占25%）、大作业（占50%）、上课考勤（占10%）、课堂表现（占15%）综合评定。

实验考核方式：按照实验操作（60%）、实验报告（40％），以百分制计算每个实验项目成绩，单项实验成绩考核标准如下表所示，四个实验项目成绩的平均值作为本课程的实验成绩。

考核说明：《课程学习成果考核方案一览表》表达的对应关系，能够证明学生通过本课程考核成绩合格，即可达到课程学习成果的要求。

课程学习成果考核方案一览表
制定人：俞倩兰审定人：陈景波批准人：刘叔军。