自动控制原理(中英文)

《自动控制原理》课程教学大纲

课程编号：２020161

课程类别：必修

授课对象:本科三年级

先修课程:复变函数，积分变换,信号与系统。

学分:4

总学时:５6 课内学时:４８实验学时: ８

一、课程性质、教学目得与任务

课程性质:专业基础课，专业知识链条中得关键环节之一，自动控制原理就是仪器仪表类、测控类专业得重要基础课之一,这些专业主要学习信号传感(获取）、信号处理、控制及光机电系统等知识，而控制就是知识链条中得重要一环，随着科技发展，自动化、智能化已成为仪器、产品、系统等得重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面得知识。

教学目得与任务：培养学生自动控制原理得基础知识,学习掌握经典控制得基本理论、基本方法与控制系统得基本设计方法,重点学习分析与设计线性控制系统得基本理论、基本方法及控制系统设计方法.主要内容包括:控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。

二、教学基本要求

学习经典控制得基本理论与基本方法,重点学习分析与设计线性控制系统得基本理

论与基本方法。主要内容包括：控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。

三、教学内容

第一章控制系统得一般要概念 (4课时）

自动控制得基本原理与方式,自动控制系统示例，自动控制系统得分类，对自动控制系统得基本要求

1、基本概念;

2、反馈系统基本组成；

3、基本控制方式；

4、控制系统分类:开环、闭环、复合控制;

第二章控制系统得数学模型 (8课时）

控制系统得时域数学模型,拉普拉斯变换，控制系统得复域数学模型，控制系统得状态空间模型,控制系统得结构图与信号流图

２－１时域模型、微分方程表示方法;

2－2 复域模型

1、传递函数得定义与性质;

2、传递函数得零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等;

3、典型环节得传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；

2－3 控制系统得结构图与信号流图

1、结构图得等效变换与化简

2、信号流图组成与性质

A．性质、术语（理解）

B。由结构图转化为信号流图方法

C.梅逊公式

第三章线性系统得时域分析法（1０课时）

线性系统时间响应得性能指标,一阶系统得时域分析，二阶系统得时域分析,高阶系统得时域分析，线性系统得稳定性分析，线性系统得稳态误差计算。

3-1线性系统时间响应得性能标

，，，

3-2一阶系统得单位阶跃响应，

3-3二阶系统得时域响应

1、二阶系统得标准数学模型闭环传递函数形式,表示为单位反馈系统形式

２、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形)

，，，

3、二阶系统性能改善

A、比例一微分控制掌握原理、特点

Ｂ、测速反馈控制掌握原理、特点及性能参数计算

3-4高阶系统时域分析，主导闭环极点概念

3-5线性系统稳定性分析

劳斯判据及其应用

3-6线性系统得稳态误差

1、误差传递函数计算

２、利用终值定理求稳态误差

3、系统类型（型别)

４、典型参考信号输入下得稳态误差；误差系数

5、减小稳态误差方法:提高型别、提高开环增益、采用复合控制

6、扰动误差得传函、减小扰动误差方法

A、增加扰动作用点之前积分环节数目

B、增加扰动作用点之前环节得增益

C、采用复合控制技术

第四章根轨迹（6课时）

根轨迹方程,根轨迹绘制得基本法则，广义根轨迹，系统性能得分析与估算，基于根轨迹得控制系统校正方法，ＭATLＡB语言根轨迹分析法。

4—1 根轨迹方程( 相角、幅值条件）

4－2 根轨迹绘制得基本法则,绘制根轨迹

第五章线性系统得频域分析（10课时)

频率特性，典型环节与开环系统频率特性,奈奎斯特稳定判据，稳定裕度，闭环频率特性，系统时域指标估算，传递函数得实验确定法，ＭAＴLAB语言频域分析法。

５-2 频率特性

１、基本概念系统频率特性与传函间关系

２、频率特性表示方法幅相曲线；幅频特性;对数幅频特性曲线；相频特性曲线；

对数相频特性曲线

5—3 典型环节与开环系统频率特性

1、典型环节得幅频、相频特性

2、开环对数幅频、幅相曲线绘制对数幅频特性采用渐近线法

3、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数得方法

5—４奈奎斯特稳定性判据

1、奈代判据，实际使用判据,幅相曲线对称性

2、对数频率特性稳定性判据Ｉ型以上辅助线作法

5-5稳定裕度概念:截止频率；相角交界频率;相角裕度;幅值裕度

5-6闭环频率特性（了解）

5-7系统时域指标与频域指标关系

了解它们之间得联系；

第六章线性系统得校正方法（1０课时）

系统得设计与校正问题,常用校正装置及其特性,串联校正,反馈校正,复合校正，PID 调节器，基于MAＴＬAB语言得校正分析法。

6-1 校正方法串联，反馈，前馈，复合,原理，特性

6-2常用校正装置及其特性(传函,特性，重要公式)

1、无源超前

2、无源迟后

3、无源迟后—超前

6-3串联校正

1、串联超前方法,实用范围

2、串联迟后方法，实用范围

3、串联迟后—超前方法,实用范围

6-4反馈校正（原理，优点)

6-5复合校正

A.按扰动补偿（原理,扰动误差传函推导，误差全补偿条件）

B．按输入补偿（原理,误差传函推导，误差全补偿条件)

6—6 PID控制原理（P,PD，I，PI,PＩD得特点）

实验安排:

实验二直流电机速度控制实验(8课时)

1、开环控制、闭环控制系统设计

2、控制系统得校正设计

3、PID调节器

开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作(实验目得、原理分析,实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。

四、学时分配

总学时 56学时讲课48学时实验8学时课外学时 6４学时

五、教材与参考资料