专业创新课程-自动化控制系统设计实例教学大纲

《自动化控制系统设计实例》课程教学大纲

课程代码：060242119

课程英文名称：

课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0

适用专业：测控技术与仪器

大纲编写（修订）时间：2017年10月

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

本课程是测控技术与仪器专业的专业课，教学目标为：

1．培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。

2．能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，通过仿真调试，观察设计效果。

3．锻炼独立思考和动手解决简单控制系统实际问题的能力。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能够使用MATLAB软件及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。

（三）实施说明

教师引导学生，建立被控对象数学模型；启发学生，分析被控对象特性，以及系统的性能要求（包括稳定性、动态性能、稳态精度和频域性能指标等）；提示学生，结合所学理论知识，分析仿真结果的正确性。

（四）对先修课的要求

本课程应在《高等数学》、《大学物理》、《复变函数》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统》、《自动控制原理（基础）》、《自动控制原理（提高）》、《MATLAB应用》等课程之后进行。

（五）对习题课、实践环节的要求

不设习题课，建议学生自带笔记本电脑，在教师讲解、引导的基础上，随堂做上机编程，系统仿真，分析运行结果。

（六）课程考核方式

1.考核方式：

课上检查程序运行情况，课后提交报告。

2.考核目标：

考查学生对经典控制理论掌握的熟练程度，对系统进行正确分析和合理设计的能力，独立思考和动手解决简单控制系统实际问题的能力。

3.成绩构成：

现场运行程序和仿真结果占50%，课后提交报告占50%。

（七）参考书目

1.《自动控制理论》，邹伯敏编，机械工业出版社，2007

2.《自动控制原理》，程鹏编，高等教育出版社，2010

3.《MATLAB控制系统设计与仿真》，张德丰等编，电子工业出版社，2007

4.《自动控制原理的MATLAB实现》，黄忠霖编，国防教育出版社，2007

二、中文摘要

本课程是测控技术与仪器专业的专业选修课，其主要内容是，将自动控制的基础理论，应用于几个典型的设计实例中，利用MATLAB软件，对建模、分析和设计的整个过程，进行仿真与调试，以巩固相关理论的学习，同时使学生具有分析和解决有关自动控制实际问题的能力，为毕业设计和从事相关工作奠定重要的基础。

三、课程学时分配表

四、教学内容及基本要求

1. 雷达天线伺服控制系统分析及校正

总学时(单位：学时):4 讲课4 实验:0 上机:0

分析雷达天线伺服控制系统组成和工作原理，建立数学模型，选择系统的开环增益，计算系统的动静态性能指标，设计简单的校正环节，在Simulink中建立系统的仿真模型。

2. 室温控制系统校正装置设计

总学时(单位：学时):4 讲课4 实验:0 上机:0

针对给定的室温控制系统数学模型，分析设计要求，说明校正思路，要求画出系统结构图，校正前后系统的Bode图，用MATLAB编程，绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，分析校正效果。

3.恒温箱控制系统的PID设计

总学时(单位：学时):4 讲课4 实验:0 上机:0

针对给定的恒温箱控制系统数学模型，要求画出系统结构图，校正前系统的Bode图或奈氏图，分析其稳定性，在Simulink仿真中调节PID环节的参数，通过校正后系统的Bode图，观察各个参数对系统性能的影响，保证控制温度在要求的范围内稳定。

4.直流电机调速系统及其离散、非线性的分析

总学时(单位：学时):4 讲课4 实验:0 上机:0

利用根轨迹图分析直流电机调速系统的静态特性，利用Bode图分析其动态特性，分别设计超前校正和滞后校正环节，观察校正后系统的根轨迹和Bode图的变化，比较超前和滞后校正的效果差异。

在Simulink中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。

在控制器前后分别加入采样开关和零阶保持器，分析离散控制系统的单位阶跃和单位斜坡响应曲线，并与相应连续控制系统的输出进行比较。