《自动控制理论》课程简介

《自动控制理论》课程简介

（Automatic Control Theory）

一、课程简介

本课程是电气学科大类平台的必修课程，适用于电气学科大类的电气工程及其自动化、水利水电工程两个专业，为学科大类的主要技术基础课程。

理论课程教学为56学时/3.5学分；课程编码为0800319。采用英文原版教材、双语授课。课程的实践环节有实验（包含在综合性实验课程“信号与控制综合实验”中），以及课程设计等。其先修课程有：微积分，线性代数，复变函数与积分变换，电路理论，电机学I，信号与系统，等。

课程的教学目标：

1．引导学生系统地掌握线性连续自动控制系统部分（包括经典控制理论和现代控制理论）的基础理论、基本概念和基本分析综合方法；

2.通过本课程的学习，训练和增强学生定性分析能力、定量计算能力、综合设计和应用能力、数—形结合能力以及初步联系工程实际的能力。

3. 通过学习自动控制的基本理论和方法，培养学生理论联系实际的能力，为学习其它专业基础课、专业课打下坚实的基础。

二、课程组成员：

熊蕊课程组长教授硕士理论及实验教学、课程及实验室建设

段善旭教授博士理论教学

林桦副教授博士理论教学

张凯副教授博士理论教学

彭力副教授博士理论教学

张蓉讲师硕士理论教学

王彬工程师学士实验教学、实验室建设

三、基本教学内容与学时安排

●反馈控制系统导论（4学时）

Introduction to Feedback Control（4 Hours）

自动控制的概念和基本原理

反馈控制系统的基本组成

自动控制系统分类；开环控制与闭环控制的比较

自动控制的有关术语

自动控制系统的方框图

分析自动控制系统的步骤及要点

●传递函数和方框图代数（4学时）

Transfer Function and Block Diagram Algebra（4 Hours）

建立时域数学模型（微分方程）和复域数学模型（传递函数）

传递函数的定义和性质

用结构图等效变换方法，或利用系统信号流图（梅森公式）求系统传递函数

●一阶系统（1学时）

First Order Systems（1 Hour）

一阶系统介绍

一阶系统的时域响应分析：动态性能和稳态性能

常值反馈对一阶系统性能的影响

S平面零点与极点分析——实数零极点及其对应的动态响应

●二阶系统（1学时）

Second Order Systems (1 Hour)

二阶系统的传递函数模型

二阶系统的自然频率和阻尼比

二阶系统时域性能指标

S平面零点与极点分析——复数零极点及其对应的动态响应

●二阶系统的时域响应分析（2学时）

Second Order System Time –Domain Response (2 Hours)

●二阶系统：抑制扰动与速度反馈（1学时）

Second –Order Systems: Disturbance Rejection and Rate Feedback (1 Hour) ●高阶系统（1学时）

Higher Order Systems (1 Hour)

用Evans形式和Bode形式表示的传递函数

将高阶系统近似为一阶或二阶系统

暂态响应中零点和极点的作用

零点的来源

●系统类型：稳态误差以及复合控制（2学时）

System Type: Steady State Errors and Muriple Control Systems (2 Hours) 系统类型定义

输入信号种类

系统类型与稳态误差计算

消除误差的方法

●Routh判据；根轨迹的幅值和相角方程（4学时）

Routh Method, Root Locus: Magnitude and Phase Equations (4 Hours) 稳定性分析，Routh判据

根轨迹的幅值和相角方程

●绘制根轨迹的法则（4学时）

Rules for Plotting the Root Locus (4 Hours)

●用根轨迹法设计控制系统（2学时）

System Design Using the Root Locus (2 Hours)

●频率响应与Nyquist图（4学时）

Frequency Response and Nyquist Diagrams （4 Hours）

●Nyquist 稳定性判据（3.5学时）

Nyquist Stability Criterion（3.5Hours）

●Nyquist 分析与相对稳定性（0.5学时）

Nyquist Analysis and Relative Stability (0.5 Hour)

●Bode 图（2学时）

Bode Diagrams （2Hours）

●Bode 分析, 稳定性, 增益裕度和相角裕度（2学时）

Bode Analysis, Stability, and Gain and Phase Margins (2 Hours)

●相角超前校正（4学时）

Phase Lead Compensation (4 Hours)

●相角迟后和迟后超前校正（4学时）

Phase Lag and Lead-Lag Compensation (4 Hours )

●状态空间描述（4学时）

State-Space System Descriptions (4 Hours)

●状态空间响应；可控性和可观测性（2学时）

State-Space System Response, Controllability, and Observability (2 Hours)

●状态空间控制器设计（2学时）

State-Space Controller Design (2 Hours)

状态反馈和输出反馈的结构

极点配置原理

状态反馈控制器设计

●状态观测器设计（2学时）

State-Space Observer Design (2 Hours)

四、教材及参考书

Morris Dries．“Linear Control System Engineering”．1995，北京：清华大学出版社（原版影印版），2000