《自动控制原理》实验教案
自动控制原理电子教案
自动控制原理电子教案第一章：绪论1.1 自动控制的概念解释自动控制的定义强调自动控制在现代工业和日常生活中的重要性1.2 自动控制系统的分类介绍开环控制系统和闭环控制系统解释数字控制系统和模拟控制系统的区别1.3 自动控制系统的性能指标介绍稳定性、线性、收敛性和鲁棒性等性能指标解释这些指标对系统性能的影响第二章：反馈控制系统2.1 反馈控制系统的组成介绍控制器、执行器和传感器的功能和作用2.2 反馈控制系统的类型解释正反馈和负反馈的区别和应用场景2.3 控制器的设计方法介绍PID控制器和模糊控制器的原理和方法第三章：线性系统的状态空间分析3.1 状态空间表示法介绍状态空间的概念和数学表示方法3.2 状态方程和输出方程推导状态方程和输出方程的求解方法3.3 线性系统的可控性和可观测性解释可控性和可观测性的概念和判断方法第四章：非线性控制系统分析4.1 非线性系统的分类介绍线性与非线性的区别和常见的非线性特性4.2 非线性方程的求解方法解释求解非线性方程的数值方法和解析方法4.3 非线性控制系统的稳定性分析介绍李雅普诺夫理论和Lyapunov 函数的应用第五章：现代控制理论5.1 现代控制理论的概念解释现代控制理论的背景和发展5.2 鲁棒控制理论介绍鲁棒控制的概念和设计方法5.3 自适应控制理论解释自适应控制的概念和应用场景第六章：控制系统的设计方法6.1 系统设计的基本原则介绍控制系统设计中的稳定性、准确性和快速性原则6.2 控制器设计方法详细讲解PID控制器、模糊控制器、自适应控制器的设计步骤和注意事项6.3 系统仿真与实验介绍使用MATLAB等工具进行控制系统仿真的方法强调实验在控制系统教学和工程应用中的重要性第七章：线性调节器的设计7.1 调节器的作用与分类解释调节器的作用以及比例、积分、微分调节器的特点7.2 调节器的设计方法介绍Ziegler-Nichols方法等经典调节器设计方法7.3 调节器的参数整定讲解如何通过观察系统响应来整定调节器参数第八章：系统辩识8.1 系统辩识的基本概念解释系统辩识的目的和方法8.2 输入输出数据采集介绍如何采集系统的输入输出数据8.3 系统模型的建立与参数估计讲解如何根据采集到的数据建立数学模型并进行参数估计第九章：数字控制系统9.1 数字控制系统的组成介绍数字控制系统的硬件和软件组成部分9.2 数字控制算法详细讲解离散PID控制、模糊控制等数字控制算法9.3 数字控制器的实现介绍如何实现数字控制器，包括硬件实现和软件实现第十章：自动控制系统的应用10.1 工业自动化讲解自动控制系统在工业生产中的应用案例10.2 家居自动化介绍自动控制系统在智能家居中的应用案例10.3 汽车自动化探讨自动控制系统在现代汽车工业中的应用案例重点和难点解析重点环节：1. 自动控制的概念和分类2. 反馈控制系统的组成和类型3. 状态空间分析方法4. 非线性控制系统分析5. 现代控制理论6. 控制系统的设计方法和步骤7. 调节器的设计和参数整定8. 系统辩识的方法和模型建立9. 数字控制系统的组成和算法实现10. 自动控制系统的应用案例难点解析：1. 自动控制的概念和分类：理解自动控制的基本原理和不同类型控制系统的特点。
自动控制原理实验教案2
实验一、控制系统典型环节的模拟
教学目标：
1、掌握传递函数的涵义；熟悉常见环节传递函数及单位阶跃响应特性。
2、验证常见环节的单位阶跃响应特性。
教学重点：
1、分析实验结果。
教学难点：
1、正确接线
2、示波器的调试。
教具、教学素材准备：
1、 实验仪器。
2、 教案
教学方法：
采用传统的教学方法与实验演示相结合的方法。
教学时数：
2学时
教学过程：（教师授课思路、设问及讲解要点）
一、典型环节的介绍。
1．比例环节
微分方程： C(t) = Kr(t)
其中：K ——比例环节系数
拉氏变换：C(s)=KR(s)
比例环节的传递函数：
C (s )
G(s) K
R (s ) 比例环节的方框图如下：
特点：输出不失真，不延迟，成比例地复现输入信号的变化。
比例环节实例：
K R(s) C(s)
（a ） 由运算放大器构成的比例环节 R
R 1
2. 惯性环节
惯性环节的微分方程：
dc (t )
T c (t ) K r (t )
d (t )
K
——比例系数其中：
T ——时间常数
拉氏变换： TsC(s) C(s) K R (s ) 惯性环节的传递函数：
C (s ) K G(s) R (s ) Ts
1
惯性环节方框图
单位阶跃信号作用下的响应： 1
R(s)
s
K 1
C (s )
11 Ts 2 K。
自动控制原理电子教案
一、教案基本信息自动控制原理电子教案课时安排：45分钟教学目标：1. 理解自动控制的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的分类和特点。
3. 了解常用自动控制器的原理和应用。
教学方法：1. 讲授：讲解自动控制的基本概念、原理和特点。
2. 互动：提问和回答，让学生积极参与课堂讨论。
3. 案例分析：分析实际应用中的自动控制系统，加深学生对知识的理解。
教学工具：1. 投影仪：用于展示PPT和视频资料。
2. 计算机：用于播放教学视频和演示软件。
二、教学内容和步骤1. 自动控制的基本概念（5分钟）讲解自动控制系统的定义、作用和基本组成。
通过举例说明自动控制系统在实际中的应用，如温度控制、速度控制等。
2. 自动控制系统的分类和特点（10分钟）讲解自动控制系统的分类，包括线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、开环系统和闭环系统等。
介绍各种系统的特点和应用场景。
3. 常用自动控制器原理和应用（15分钟）介绍常用的自动控制器，如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
讲解其原理和结构，并通过实际案例分析其应用。
4. 课堂互动（5分钟）提问和回答环节，让学生积极参与课堂讨论，巩固所学知识。
可以设置一些选择题或简答题，检查学生对自动控制原理的理解。
三、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等。
2. 作业完成情况：检查学生作业的完成质量，包括答案的正确性、解题思路的清晰性等。
3. 课程测试：在课程结束后进行一次测试，检验学生对自动控制原理的掌握程度。
四、教学资源1.PPT：制作精美的PPT，用于展示教学内容和实例。
2. 视频资料：收集相关自动控制原理的教学视频，用于辅助讲解和演示。
3. 案例分析：挑选一些实际应用中的自动控制系统案例，用于分析和学习。
五、教学拓展1. 开展课后讨论：鼓励学生在课后组成学习小组，针对课堂所学内容进行讨论和交流。
2. 参观实验室：组织学生参观自动控制实验室，实地了解自动控制系统的原理和应用。
自动控制原理实验实验指导书
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。
2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
自动控制原理教案
自动控制原理教案一、教案概述本教案旨在介绍自动控制原理的基本概念、原理和应用。
通过本教案的学习，学生将能够理解自动控制的基本原理，掌握自动控制系统的设计和分析方法，并能够应用所学知识解决实际问题。
二、教学目标1. 理解自动控制原理的基本概念和术语；2. 掌握自动控制系统的基本原理和组成部分；3. 熟悉自动控制系统的数学模型和传递函数表示方法；4. 能够应用PID控制器进行系统设计和调节；5. 能够利用MATLAB等工具进行自动控制系统的仿真和分析。
三、教学内容和进度安排本教案按照以下内容进行教学，共分为10个单元。
单元一：自动控制原理概述- 自动控制的定义和分类- 自动控制系统的基本组成部分单元二：数学模型与传递函数- 控制系统的数学建模方法- 传递函数的定义和性质单元三：时域分析方法- 系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应- 系统的稳态误差和稳定性分析单元四：频域分析方法- 系统的频率响应和频率特性- Bode图和Nyquist图的绘制和分析单元五：闭环控制系统- 闭环控制系统的基本概念和特性- 闭环控制系统的稳定性分析单元六：PID控制器- PID控制器的原理和调节方法- Ziegler-Nichols调参法和Chien-Hrones-Reswick调参法单元七：校正与补偿- 系统的校正和补偿方法- 前馈控制和后馈控制的比较单元八：系统的稳定性分析- 系统的稳定性判据和稳定裕度- 极点配置法和根轨迹法的应用单元九：多变量控制系统- 多变量控制系统的基本概念和结构- 多变量控制系统的设计方法单元十：自动控制系统的仿真与实验- 利用MATLAB进行自动控制系统的仿真- 实际系统的控制实验设计和实施四、教学方法和手段1. 理论讲授：通过讲解和示意图的展示，向学生介绍自动控制原理的基本概念和原理。
2. 实例分析：通过具体的案例分析，帮助学生理解自动控制原理的应用和实际意义。
3. 计算机仿真：利用MATLAB等工具进行自动控制系统的仿真，加深学生对理论知识的理解和应用能力。
自动控制原理教案
自动控制原理教案一、教材分析《自动控制原理》是自动化专业的一门基础课程，主要介绍自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法。
通过学习本课程，学生能够掌握自动控制系统的基本知识，了解自动控制原理在工程实践中的应用，并具备设计和分析自动控制系统的能力。
本教材主要包括以下内容：一、自动控制系统的基本概念和基本原理；二、控制系统的数学模型；三、时域分析方法；四、频域分析方法；五、稳定性分析与设计；六、校正与补偿。
二、教学目标1. 理论目标：（1）了解自动控制系统的基本概念和基本原理；（2）掌握控制系统的数学模型表示方法；（3）掌握时域分析方法和频域分析方法；（4）掌握自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（5）了解校正与补偿的基本方法。
2. 实践目标：（1）培养学生分析和设计自动控制系统的能力；（2）培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力；（3）培养学生团队协作和沟通能力。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）自动控制系统的基本概念和基本原理；（2）控制系统的数学模型表示方法；（3）时域分析方法和频域分析方法。
2. 教学难点：（1）自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（2）校正与补偿的基本方法。
四、教学内容与教学方法1. 教学内容：第一章自动控制系统基本概念1.1 自动控制系统的定义和分类1.2 自动控制系统的基本组成1.3 自动控制系统的特点第二章自动控制系统数学模型2.1 自动控制系统的数学模型表示2.2 控制系统的状态方程表示2.3 控制系统的传递函数表示第三章时域分析方法3.1 系统的时域响应3.2 时域性能指标3.3 时域分析的基本方法第四章频域分析方法4.1 复频域的基本概念4.2 频域性能指标4.3 常用频域分析方法第五章稳定性分析与设计5.1 稳定性的基本概念5.2 稳定性的判据5.3 稳定性的设计方法第六章校正与补偿6.1 校正与补偿的基本概念6.2 控制系统的传感器6.3 控制系统的执行器6.4 控制系统的校正与补偿方法2. 教学方法：（1）理论教学：讲授自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法；（2）案例分析：通过实例分析和讨论，加深学生对自动控制原理的理解；（3）实验设计：设计实际的控制系统，通过实验验证和巩固所学的知识；（4）讨论与互动：鼓励学生积极参与课堂讨论和互动，提高学生的思维能力和团队合作能力。
《自动控制原理》实验教案
《自动控制原理》武汉工程大学电气信息学院2012年11月25日《自动控制原理》实验说明一、实验条件要求硬件：个人计算机；软件：MATLAB仿真软件(版本6.5或以上)。
带上课用教材和纸笔二、实验内容实验1 认识MATLAB实验2 基于MATLAB的控制系统建模实验3 基于MATLAB的控制系统时域及稳定性分析实验4 基于MATLAB的控制系统频域及根轨迹分析三、实验报告要求说明认真阅读教材，深刻理解和掌握自动控制原理的基本概念和原理，掌握利用MATLAB对控制系统进行仿真分析和设计。
针对每个命令，查看帮助文件，加强练习，认真完成实验报告。
实验1 认识MATLAB一、实验目的1.了解MA TLAB的发展过程及MATLAB在自动控制中的用途。
2.掌握MA TLAB的基本指令。
二、实验要求实验前复习教材中的相关内容，做好实验预习报告。
三、实验内容及步骤1.MA TLAB的基本操作(1) MATLAB命令窗口计算机安装好MATLAB之后，双击MA TLAB图标，即进入命令窗口，此时意味着系统处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口中直接输入命令语句。
MATLAB语句形式为：》变量= 表达式但键入回车时，该语句被执行。
该语句执行之后，窗口自动显示出执行语句的结果。
如果不希望结果显示在命令窗口，只需要在该语句之后加一个分号“；”即可。
此时尽管没有显示结果，但它依然被赋值并在MATLAB的工作空间中分配了内存。
注意：a.用方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令。
b.用命令窗口的分页输出“more off”表示不允许分页；“more on”表示允许分页；“more(n)”指定每页输出的页数。
c.多行命令为“…”。
(2)变量变量的名字必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或下划线；变量名称区分字母的大小写；变量中不能包含标点符号。
MATLAB规定了一些特殊的变量，如果没有特别定义，将其表示为默认值。
(3)数值显示格式任何MATLAB语句执行的结果都可以显示在屏幕上，同时赋值给指定的变量；没有指定变量时，赋值给一个特殊的变量“ans”。
《自动控制原理》实验指导书
《自动控制原理》实验指导书31000字实验一、开关量控制与监测实验目的：掌握开关量控制与监测的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、继电器、开关。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用直流电源作为控制电源，将继电器与开关连接，利用PLC实现开关量控制和监测。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将直流电源的正极与继电器的常闭端相连，继电器的常开端与开关相连。
3. 将开关的另一端与PLC的输入端相连，PLC的输出端与继电器的控制端相连。
4. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
5. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
6. 按下开关，观察继电器的输出，检查程序的正确性。
实验结果：1. 开关按下，PLC输出信号，继电器吸合。
2. 开关松开，PLC输出信号，继电器断开。
实验二、模拟量采集和控制实验目的：掌握模拟量采集和控制的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、电位器、LED灯。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用电位器作为模拟量输入信号源，利用PLC采集电位器的模拟量信号，并控制LED灯的亮度。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将电位器的信号通过模拟量转换模块输入到PLC的模拟量输入端。
3. 利用PLC的模拟量比较指令，将电位器的模拟量信号转换成数字量信号。
4. 根据数字量输出信号的状态，控制LED灯的亮度。
5. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
6. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
7. 调节电位器，观察LED灯的亮度变化。
实验结果：1. 电位器调整时，模拟量输入信号发生变化。
2. 根据模拟量输入信号的大小，PLC输出数字量信号，控制LED灯的亮度。
《自动控制原理》实验指导书(正文全)
实验一基于MATLAB实验平台的系统被控对象的建立与转换[说明]一个控制系统主要由被控对象、检测测量装置、控制器和执行器四大部分构成。
用于自控原理实验方面的被控对象可以有①用于实际生产的实际系统的真实被控对象，如进行温度控制的锅炉、进行转速控制的电机等；②用于实验研究的真实被控对象，如进行温度控制的实验用锅炉、进行转速控制的电机等；③用运算放大器等电子器件搭建的电模拟被控对象（电路板形式），它们的数学模型与真实被控对象的数学模型基本一致，而且比真实被控对象更典型，更精准。
它们是实物型原理仿真被控对象。
④计算机仿真的被控对象，它们是非实物型原理仿真被控对象，是以各种形式展现的被控对象的数学模型。
它们通过计算机屏幕展示，或是公式形式的数学算式，或是数字形式的数表、矩阵，或是图形形式的结构框图，或是动画形式的真实被控对象实物的动态图形。
在自控原理实验中，①极少用；②用的不多；③用的较多；④在MATLAB软件广泛使用后，用的较多。
③、④各有其优缺点。
MATLAB软件的应用对提高控制系统的分析、设计和应用水平起着十分重要的作用。
我们的实验采用的是④：采用MATLAB软件平台的计算机仿真的被控对象。
这里“被控对象的建立”，指在MATLAB软件平台上怎样正确表示被控对象的数学模型。
[实验目的]1．了解MATLAB软件的基本特点和功能；2．掌握线性系统被控对象传递函数数学模型在MATLAB环境下的表示方法及转换；3．掌握多环节串联、并联、反馈连接时整体传递函数的求取方法；4．掌握在SIMULINK环境下系统结构图的形成及整体传递函数的求取方法。
[实验指导]一、被控对象模型的建立在线性系统理论中，一般常用的描述系统的数学模型形式有：（1）传递函数模型——有理多项式分式表达式（2）传递函数模型——零极点增益表达式（3）状态空间模型（系统的内部模型）这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转换。
1、传递函数模型——有理多项式分式表达式设系统的传递函数模型为1110111......)()()(a s a s a s a b s b s b s b s R s C s G n n n n m m m m ++++++++==---- 对线性定常系统，式中s 的系数均为常数，且a n 不等于零。
自动控制原理实验教程及实验报告
实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量一、实验目的1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。
2．学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。
二、实验内容1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
2．用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。
3．根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。
4．用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。
三、实验步骤1．利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。
仍以一阶惯性环节为例，此时将Ui 连到实验箱 U3单元的O1（D/A 通道的输出端），将Uo 连到实验箱 U3单元的I1（A/D 通道的输入端），并连好U3单元至上位机的并口通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X ”选择“通道I1＃”，“采样通道Y ”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“Bode”。
④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“频域”，然后点击“实验参数设置”，在弹出的“频率特性测试频率点设置”框内，确定实验要测试的频率点。
注意设置必须满足ω<30Rad/sec 。
⑤以上设置完成后，按“实验启动”启动实验。
界面中下方的动态提示框将显示实验测试的进展情况，从开始测试直至结束的过程大约需要2分钟。
自动控制原理教案
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
自动控制原理教学设计
自动控制原理教学设计背景自动控制原理是现代控制理论中的核心课程之一，是控制理论与实践紧密结合的重要教学环节。
本文对自动控制原理的教学设计进行探讨，旨在提高教学效果、加强学生对自动控制原理的理解，培养学生的实际操作技能。
目标本教学设计的目标是：1.使学生理解自动控制系统的基本原理、结构和工作过程；2.培养学生对自动控制系统的分析、设计和应用能力；3.提高学生的实际操作技能。
教学内容理论教学1.自动控制系统的基本概念和分类；2.自动控制系统中的传感器、执行器、控制器等组成部分及其特点；3.自动控制系统的建模方法及仿真；4.自动控制系统的控制算法及实现。
实验教学1.实验一：PID控制器的设计–实验目的：了解PID控制器的原理、设计方法和调节过程；–实验内容：使用MATLAB软件设计PID控制器，并将其搭建在实验台上进行调节。
2.实验二：模糊控制器的设计–实验目的：了解模糊控制的基本原理和设计方法；–实验内容：使用模糊控制器设计实验，实现小车的自动避障。
教学方法理论教学1.课堂讲授–通过课件、板书等方式进行讲授；–引导学生积极思考、互动交流。
2.小组讨论–组织学生进行小组讨论，讨论课堂上的问题和实践应用；–促进学生互相交流、学习，加深对控制理论的理解。
实验教学1.实验指导–实验前进行详细的实验指导，介绍实验流程和注意事项；–在实验过程中进行指导，帮助学生解决实验中出现的问题。
2.实验报告–要求学生在实验结束后撰写实验报告；–重点关注实验设计、实验结果分析、实验结论等方面。
教学评价1.理论考试–主要考察学生对控制理论的理解和掌握情况；–要求学生在规定时间内回答一定数量的理论问题。
2.实验评价–对学生的实验设计、实验完成情况、实验报告等进行评价；–给出具体的评价标准，提高学生的自我评价意识。
总结自动控制原理教学是提升控制工程专业学生实践能力和理论素养的重要教学环节。
通过理论课堂教学和实验教学的相结合，可以提高学生对自动控制原理的理解和应用能力。
《自动控制原理》实验课程教学大纲
《自动控制原理》实验课程教学大纲《自动控制原理》实验课程教学大纲课程代码： TELE2004 课程学分：3课程名称（中/英）：自动控制原理Principles of Automatic Control课程学时： 54 实验学时：9适用专业：信息、电子及通信实验室名称：开放实验室一、课程简介：本课程主要学习自动控制系统分析与设计的基本原理与基本方法，包括系统数学模型的建立，控制系统的分析的时域分析法、根轨迹法以及频域分析法，控制系统设计的根轨迹法及频率响应法。
通过课程的学习，同学们能理解并掌握系统传递函数的概念，各项动态性能指标的定义与求法，稳定性的概念与判别，稳态误差及稳态误差系数的求解。
本课程的教学目标是让用学们能够掌握反馈控制系统的经典理论与方法，并能运用这些知识建立系统的数据模型，分析系统的动态性能指标，确定系统的稳定性与控制精度，并可以进行小型控制系统的设计与改进。
本课程包含47学时的课程教学，讲授系统建模、时域分析、根轨迹、频率响应与系统设计等内容。
本课程还包含一个9学时的实验项目，同学们将自行设计并实现一个小型控制系统，该实验将完全按照工程项目的执行方式进行的。
二、实验项目及学时分配序号项目名称实验类型学时分配每组人数必修/选修设计性 9 1 必修1 小型控制系统（角位移、位移、温度可选）设计与实现三、实验内容及教学要求实验项目1：小型控制系统（角位移、位移、温度可选）设计与实现1.教学内容与传统意义下的课程实验不同，这是一个项目型实验，意味着你必须执行一个小型的项目。
有若干个项目题目可供选择，该项目需要在上课学期内完成。
项目在学期中间发布，你必须在学期未进入考试周之前完成全部工作。
This is a project oriented lab, which means that you are required to carry out a small-scale project rather than a conventional lab. You will be supplied with several candidate projects to choose one as your objective project to carry out in the same semester when the course is given. You will have the project issued in the mid-semester and are required to complete it before entering examination weeks of the semester.与普通的实验不同，项目的执行通常需要经历若干阶段，也会需要更长的实现周期。
自动控制原理 教案
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理；2. 掌握自动控制系统的基本组成和工作原理；3. 能够分析和设计简单的自动控制系统；4. 培养学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
教学内容：1. 自动控制原理的基本概念和分类；2. 自动控制系统的基本组成和功能；3. 传感器和执行器的原理和应用；4. 控制器的类型和工作原理；5. 反馈控制和前馈控制的概念和应用；6. 自动控制系统的稳定性分析和校正方法；7. 自动控制系统的性能指标和优化方法。
教学步骤：1. 导入：通过引入一个实际生活中的自动控制系统例子，激发学生对自动控制原理的兴趣。
2. 知识讲解：讲解自动控制原理的基本概念和分类，介绍自动控制系统的基本组成和功能。
3. 实例分析：通过一个简单的自动控制系统实例，让学生了解传感器和执行器的原理和应用。
4. 知识拓展：介绍不同类型的控制器和其工作原理，以及反馈控制和前馈控制的概念和应用。
5. 稳定性分析：讲解自动控制系统的稳定性分析方法，引导学生进行稳定性分析的实践操作。
6. 性能优化：介绍自动控制系统的性能指标和优化方法，引导学生进行性能优化的实践操作。
7. 总结归纳：对所学内容进行总结归纳，强化学生对自动控制原理的理解和掌握。
8. 实践应用：通过实际案例或小组项目，让学生应用所学知识解决实际问题，培养他们的动手实践能力和解决问题的能力。
9. 课堂讨论：组织学生进行课堂讨论，分享彼此的学习心得和体会。
10. 作业布置：布置相关的作业，巩固和拓展学生对自动控制原理的理解。
教学资源：1. 教科书和课件：提供基本概念和原理的讲解材料。
2. 实验设备和器材：用于实践操作和案例分析。
3. 实际案例和项目：用于学生的实践应用和问题解决。
教学评估：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的积极参与程度和提问情况。
2. 实践操作：评估学生在实践操作中的操作技能和实验结果分析能力。
自动控制原理教案
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的组成和分类。
3. 理解自动控制系统的基本特性和性能指标。
4. 能够分析和设计简单的自动控制系统。
教案内容：课时一：自动控制原理概述1. 自动控制的定义和意义2. 自动控制原理的基本概念和基本原理3. 自动控制系统的组成和分类课时二：自动控制系统的数学模型1. 自动控制系统的数学描述2. 传递函数和状态空间表示法3. 控制系统的输入输出关系课时三：自动控制系统的特性和性能指标1. 稳定性分析与判据2. 阶跃响应和频率响应3. 控制系统的性能指标：超调量、调节时间、稳态误差等课时四：经典控制方法1. 比例控制2. 比例-积分控制3. 比例-微分控制4. PID控制器设计课时五：现代控制方法1. 状态空间控制2. 标准回路配置法3. 频域设计法教学方法：1. 讲授：通过讲解理论知识，介绍自动控制原理的基本概念和原理。
2. 实例分析：通过实际案例，分析自动控制系统的应用和设计过程。
3. 讨论互动：组织学生进行小组讨论和互动，加深对自动控制原理的理解和应用能力。
4. 实践操作：设置实验环节，让学生亲自操控和调试自动控制系统，加强实际操作技能。
教学评估：1. 课堂练习：通过课堂练习，检验学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 实验报告：要求学生完成一次自动控制实验，并撰写实验报告，评估其实际操作和分析能力。
3. 期末考试：设置期末考试，全面考察学生对自动控制原理的掌握程度。
教学资源：1. 教材：选择一本权威的自动控制原理教材作为主要教学资源。
2. 多媒体资料：准备相关的多媒体资料，如PPT、视频等，辅助教学讲解。
3. 实验设备：准备相应的自动控制实验设备，供学生进行实践操作。
教学建议：1. 强调理论与实践的结合，通过实际案例和实验操作，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 鼓励学生积极参与讨论和互动，培养其分析和解决问题的能力。
自动控制原理实验教程
自动控制理论实验指导书徐 焜 主编杜佳璐 审阅实 验 守则1.实验前必须充分做好预习，包括实验内容、方法以及实验线路，完成有关的理论计算以及实验设备的使用方法。
2.连接线路或改变接线时，必须在关断电源的情况下进行。
3.实验结果经指导老师检查，同意后才可拆除线路并整理放好离开。
4.认真写实验报告。
报告内容必须按每次实验具体要求书写，切不可相互抄袭。
5.预习不符合要求者不准参加实验。
目录第一部分实验系统概述………………...…………………………..… ………………………. . . .1一. 实验系统硬件资源 (1)二. 实验系统软件 (2)第二部分自动控理论实验 (6)实验一典型环节的模拟及其阶跃响应 (6)实验二二阶系统阶跃响应 (11)实验三系统频率特性测量 (14)实验四连续系统串联校正 (18)实验五典型非线性环节实验 (21)实验六非线性系统相平面法研究 (24)实验七采样定理实验 (26)实验八状态反馈的设计与实现 (29)第一部分 实验系统概述一. 实验系统硬件资源自控理论EL-A T -II 型实验系统主要由计算机、AD/DA 采集卡、自动控制理论实验箱组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，AD/DA 采集卡负责数据采集和计算机USB 口通信，实验箱主要构造被控模拟对象。
实验箱、面板实验面板主要由以下几部分构成，如图2：电源模块模拟仿真模块1 运算放大器×1电阻：1K ×2、50K ×2 100K ×4、200K ×4 电容：0.1μf ×3、1μf ×2模拟仿真模块2 运算放大器×1电阻：1K ×2、50K ×2 100K ×3、200K ×2 电容：0.1μf ×2、1μf ×2AD/DA 卡 输入输出模块二极管区 模拟开关 模拟开关×3组EL-CAT -II电阻、电容、二极管、稳压管区模拟仿真模块3 运算放大器×1电阻:1K ×3、10K ×2 100K ×2、200K ×2电容:0.1μf ×3、1μf ×2模拟仿真模块4 运算放大器×1电阻:1K ×3、10K ×2 100K ×2、200K ×2 电容:0.1μf ×3、1μf ×2 变阻箱、变容箱模块 0k Ω~999 k Ω×2 0μf ~9μf ×1模拟仿真模块5 运算放大器×1电阻:1K ×3、10K ×2 100K ×2、200K ×2电容:0.01μf ×2、 0.1μf ×3、1μf ×1模拟仿真模块6 运算放大器×1电阻:1K ×2、10K ×250K ×2、100K ×2200K ×2、300K ×2电容:0.01μf ×20.1μf ×2、1μf1模拟仿真模块7 运算放大器×1电阻:1K ×2、10K ×250K ×2、100K ×2200K ×2、300K ×2电容:0.01μf ×2 0.1μf ×2、1μf ×1模拟仿真模块8 运算放大器×1电阻:1K ×3、10K ×2 100K ×2、200K ×2 电容:0.01μf ×2、 0.1μf ×3、1μf ×1图2 实验箱面板布局(1) 模拟仿真模块本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。
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（3）振荡环节（二阶系统）：当r(t)=1V时，分别设置ξ=0.1,0.5,0.707,1观察输出波形，读出并记录各ξ值时的超调量σp%和过渡过程时间ts(取Δ=0.05)，并绘制ξ=0.1、0.5、0.707、1四种情况时的输出波形。
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教学重点与难点
重点：验证一阶系统的比例环节、积分环节、惯性环节的响应特性和二阶系统的振荡环节响应特性；对比各每种响应曲线与理论内容的相同点与不同点。
难点：二阶系统振荡环节，在四种不同阻尼比情况下的输出响应。
教学手段
回顾课堂理论讲授内容+实际电路模拟验证
参考资料
《自动控制原理》实验指导书
报告要求
（1）写明实验内容及一切原始数据，测试数据及波形图；
要求：通过该实验，写出被测系统传递函数；整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性；参考相频特性，对对数幅频特性采取折线近似，从而确定出被测系统的参数（转折频率、阻尼比、开环放大倍数）与实验时所设置的原始数据进行比较。
实验教学设计
课时分配（分）
示波器 一台
数字万用表 一块
所需的消耗性器材：电线，电池，插针，探头
10
3.简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；
5
3.讲述实验：
（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理
（2）实验内容及操作步骤
（3）实验注意事项
（4）实验报告要求
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4.学生操作，教师巡回检查辅导：
（1）比例环节：当r(t)=1V时，观测不同的比例系数K时的输出波形，并作记录（以下记录波形时均这样处理。绘制曲线时，应将输入输出信号绘制于同一坐标系中，标示出相应参数）；
（2）要有准确的实验记录，包括测试数据和测试曲线图；
（3）准确描述实验中出现的现象并作出分析；
（4）根据实验内容要求，将测试得到的阶跃响应曲线的各种参数与理论计算值进行比较；将实际参数K、T与实验时所设置的原始数据进行比较；
（5）对二阶系统的振荡环节测试曲线，求取在ξ=0.1,0.5、0.707,1四种情况下的超调量σp%和过渡过程时间ts(取Δ=0.05)的理论值，并差距，原因有哪些？
《自动控制原理》实验教案
实验名称
频率特性的测试与分析
实验类型
验证型
教学时数
2小时
授课日期
教学对象
自动化专业2014级1,2班
每组人数
3人
教学目的及要求
目的：在KJ82—3型自动控制系统学习机上掌握频率特性的测试原理及方法；根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。进一步掌握电模拟方法；
参考资料
《自动控制原理》实验指导书
报告要求
（1）写明实验线路及参数，必须测试实验时所用各电位器参数；
（2）画出校正前后控制系统的阶跃响应过渡过程曲线；
（3）画出校正前后的波德图，分析其稳定性与品质并与实验结果相比较；
（4）阐明各种校正的作用。
思考题
（1）主通道为什么采用奇数个运算放大器？
（2）为什么把积分环节放在第一级，如果前两级都做成增益很大的比例环节，系统模拟时会出现什么现象？
《自动控制原理》实验教案
实验名称
典型环节与典型系统的模拟及分析
实验类型
验证型
教学时数
2小时
授课日期
2
教学对象
自动化专业2014级1,2班
每组人数
3人
教学目的及要求
目的：在KJ82-3型自动控制系统模拟机上，观察各典型环节的动态性能，阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。学习超低频长余辉示波器以及数字万用表的使用方法；
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6.学生操作，教师巡回检查辅导：
（1）按给定的或自己设计的模拟线路接线，观察未加校正系统（模拟线路中K打开时）的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。并将实验结果记录在相应的实验记录表中；
（2）按实验线路加入对应的校正后（模拟线路中K闭合时），观察加校正后系统的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。并将实验结果记录在相应的实验记录表中。
《自动控制原理》实验指导书
报告要求
（1）写出被测系统传递函数；
（2）整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性；
注意：表中所测数据为被测系统的输出数据。系统的幅频特性应为：
系统的对数幅频特性应为：
（3）参考相频特性，对对数幅频特性采取折线近似，从而确定出被测系统的参数（转折频率、阻尼比、开环放大倍数）与实验时所设置的原始数据进行比较。
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教学重点与难点
重点：（1）串联超前校正（PD）装置和串联滞后校正（PI）装置的特点与设计方法；（2）滞后-超前校正装置的主要特点；
难点：（1）根据已知性能指标要求，确定采用哪一种校正方法；（2）能够运用各种校正方法设计校正装置。
教学手段
（1）根据实验指导书中给定的模拟电路搭建校正环节电路；
（2）根据系统性能要求，自主设计校正环节电路。
要求：（1）通过该实验，在KJ82—3型自动控制系统学习机上研究校正装置对系统性能的影响，学习校正装置的设计和实现方法，掌握校正参数的调试方法；（2）按给定的或自己设计的模拟线路接线，观察未加校正系统（模拟线路中K打开时）的阶跃响应过渡过程，并与理论计算相比较。
实验教学设计
课时分配（分）
4.上交预习报告；
要求：通过该实验，使学生学习超低频长余辉示波器以及数字万用表的使用方法，熟悉一阶系统和二阶系统在几种典型环节输入信号作用下的输出响应曲线，能够熟练分析其动态特性，牢固掌握线性系统的时域分析法。
实验教学设计
课时分配（分）
1.上交预习报告；
2.讲解本次实验课所需用到的实验设备：
自动控制系统教学模拟机 一台
1.上交预习报告；
2.讲解本次实验课所需用到的实验设备：
自动控制系统教学模拟机 一台
TD4010型频率响应分析仪 一台
数字万用表 一块
所需的消耗性器材：电线，电池，插针，探头
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3.简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；
5
4.讲述实验：
（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理
（2）实验内容及操作步骤
（3）实验注意事项
（4）实验报告要求
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5.学生操作，教师巡回检查辅导：
（1）通过实验的方法来确定频率特性，即改变正弦输入信号的角频率，测出与此相应的输出信号稳态分量的振幅及其相对于正弦输入信号的相移Φ，然后计算出输出/输入对于频率ω的函数曲线得到幅频特性；
（2）求取相移Φ对于信号频率ω的函数曲线，得到相频特性。
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教学重点与难点
重点：（1）频率响应分析仪的使用方法；
（2）通过实验测试得到的实际数据，利用描点法得到频率特性的两种图形表示：极坐标图和伯德图；
难点：整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性。
教学手段
讲授基本原理+实际电路模拟验证
参考资料
思考题
如果绘制出来的图形有某些地方出现凹凸现象，原因是什么？
《自动控制原理》实验教案
实验名称
控制系统的串联校正
实验类型
综合设计型
教学时数
2小时
授课日期
教学对象
自动化专业2014级1,2班
每组人数
3人
教学目的及要求
目的：（1）了解比例微分（PD）和比例积分（PI）及比例积分微分（PID）校正在控制系统中的作用；（2）观察比较校正前后控制系统的时域动态品质；
5.讲解本次实验课所需用到的实验设备：
自动控制系统教学模拟机 一台
示波器 一台
数字万用表 一块
所需的消耗性器材：电线，电池，插针，探头
10
6.简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；
5
5.讲述实验：
（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理
（2）实验内容及操作步骤
（3）实验注意事项
（4）实验报告要求