自动控制原理(经典部分)课程教案

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《自动控制原理》(经典部分)课程教案

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m n s z s p --221)

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21)

(1)

i j s s T s T s ζττζ++++++ 极点形成系统的模态,

授课学时:2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图(1)备注

教学目的和要求1、会绘制结构图。

2、会由结构图等效变换求传递函数。

重点难点重点:结构图的绘制;由结构图等效变换求传递函数。难点:复杂结构图的等效变换。

教学方法教学手段1、教学方法:课堂讲授法为主;用精讲多练的方法突出重点,用分析举例的

方法突破难点。

2、教学手段:以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

教学进程设计(含教学内容、教学设计、时间分配等)一、引入(约3min)从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。

二、教学进程设计

(一)结构图的组成(约7min)

1、信号线:表示信号的传递方向。

2、方框:表示输入和输出的运算关系,即C(S)=R(S)*G(S)。

3、比较点:表示两个以上信号进行代数运算。

4、引出点:一个信号引出两个或以上分支。

(二)结构图的绘制(约40min)绘制:列写微分方程组,并列写拉氏变换后的子方程;绘制各子方程的结构图,然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来,得到系统的结构图。

例题讲解。

(二)结构图的简化(约46min)任何复杂的系统结构图,各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点,进行方框运算后,将串联、并联和反馈连接的方框合并,求出系统传递函数。

1、串联的简化:

12

()()()

G s G s G s

=

2、并联的简化:

12

()()()

G s G s G s

3、反馈连接方框的简化:

1

1

()

()

1()()

G s

s

G s H s

Φ=

4、比较点的移动:移动前后保持信号的等效性。

比较点前移

比较点后移

5、引出点的移动:移动前后保持信号的等效性。

引出点前移

引出点后移

例题讲解。

三、小结:(约3min)

1、结构图的绘制

2、结构图的简化

四、作业:(约1min)P74习题2-17(c)(d)

,称为特征式;条前向通路相接触的部分。

授课学时:2学时

章节名称

第三章线性系统时域分析法

第三章第一节系统时间响应的性能指标

第三章第二节一阶系统的时域分析

备注

教学目的和要求1、掌握系统时间响应的性能指标;

2、掌握一阶系统的数学模型和典型响应;

3、熟练计算一阶系统性能指标。

重点难点重点:一阶系统的数学模型和典型响应;一阶系统性能指标的计算。难点:一阶系统的典型响应。

教学方法教学手段1、教学方法:课堂讲授法为主;用精讲的方法突出重点,用分析举例的

方法突破难点。

2、教学手段:以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。

教学进程设计(含教学内容、教学设计、时间分配等)一、引入(约3min)从“时域分析法的特点”引入新课。

二、教学进程设计

(一)典型输入信号(约15min)名称时域表达式复域表达式单位阶跃函数1()t

1

s

单位斜坡函数t

2

1

s 单位加速度函数2

1

2

t

3

1

s

单位脉冲函数()t

δ 1

正弦函数sin

A tω

22

A

s

ω

ω

+

(二)动态过程与稳态过程(约5min)5、动态过程:系统在典型信号作用下,系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。

6、稳态过程:系统在典型信号作用下,当时间t趋于无穷时,系统输出量的表现方式。

(三)动态性能与稳态性能(约20min)1、动态性能:

(1)延迟时间t d

(2)上升时间t r

调上升过程。 (三)欠阻尼二阶系统动态过程分析 (约50min ) 1、 延迟时间:10.7d n

t ξ

ω+=

2、 上升时间: r d t πβ

ω-=

3、 峰值时间:p d

t πω=

4、 超调量:2

-/1%=e 100%πξξσ-⨯

5、 调节时间: 3.5

s n

t ξω=

例题讲解 (四)过阻尼二阶系统动态过程分析 (约20min ) 例题讲解

(五)二阶系统性能的改善 (约30min ) 1、比例-微分控制:超前作用,详细分析

2、测速反馈控制:增加阻尼,详细分析。

举例分析比例-微分控制和测速反馈控制控制性能。

(六)高阶系统的单位阶跃响应 (约30min ) 1、闭环主导极点

距离虚轴最近且其附近无零点的极点,利用主导极点概念可以把高阶系统近似为一阶或二阶系统。 例题讲解

2、高阶系统单位阶跃响应的近似分析 例题讲解

三、小结: (约5min ) 1、二阶系统的数学模型 2、二阶系统的单位阶跃响应

3、 欠阻尼二阶系统动态过程分析

4、 二阶系统性能的改善

5、 高阶系统的单位阶跃响应

四、作业: (约2min ) P134习题3-5,3-7

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