自动控制原理教学大纲胡寿松

自动控制原理课程教学大纲

◆层次：☑本科☐专科

◆课程英文名称：Automatical control principle

◆课程类别：本科选☐通识必修☐通识选修☑专业必修☐专业选修

专科选☐公共必修☐公共选修☐职业技术必修☐职业技术选修

◆适用专业：自动化

◆配套教学计划：2011级教学计划

◆开课系部：自动化系

◆学分：5

◆学时：80 其中：实验（实践）学时：10 ；课外学时：0

◆执笔人：张海燕教研室审核人：张海燕系部审核人：

一、课程性质和教学目标

《自动控制原理》是自动化专业的一门必修课，通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。

通过对本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法，能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析，能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法，具体要求如下：

1．掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。

2．了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。

3．掌握用传递函数，方框图，信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。

4．掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。

5．掌握对控制系统进行分析和综合的方法：时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。6．初步掌握控制系统的校正和设计方法，为解决实际问题打好基础。

7．掌握脉冲传递函数的概念，了解离散控制系统的一般分析方法。

8．初步了解非线性系统的基本知识。

二、本课程与其他课程的联系与分工

本课程在自动化专业教学计划中被列为专业基础课,本课程以工程数学、电路、电机拖动等为前序课程,也是过程控制系统等课程必需的理论基础，因此本课程的学习对全面掌握各门专业课程起着重要的作用。本课程的重点是第三、第四、第五章章，次重点是第一、第二章，一般章节为六章。

三、教学内容和教学方式

第一章自动控制的一般概念（4学时）

（一）教学要求

（1）明确什么是自动控制；正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念；

（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；

（3）初步掌握由系统工作原理画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式；

（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式；

（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。

（二）重点和难点

重点：掌握线性与非线性系统的分类，特别是对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。

难点：线性系统的准确理解。

（三）教学方式

本章采用课堂讲授、多媒体教学相结合的教学形式。

（四）教学内容

1-1 自动控制的基本原理与方式

1-2 自动控制系统示例

1-3 自动控制系统的分类

1-4 对自动控制系统的基本要求

1-5 自动控制系统的分析与设计工具

第二章控制系统的数学模型（14学时）

（一）教学要求

（1）正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、动态模型、静态模型、输入变量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握，掌握动态微分方程建立的一般方法；

（2）掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入响应有清楚的理解；

（3）正确理解传递函数的定义、性质和意义，特别对传递函数微观结构的分析要准确掌握；

（4）正确理解由传递函数派生出来的系统的开环传递函数、闭环传递函数、前向通道传递函数的定义，并对重要传递函数如：控制输入下闭环传递函数、扰动输入下闭环传递函数、误差传递函数、典型环节传递函数，能够熟练掌握。

（5）掌握系统结构图和信号流图两种数学图形的定义和组成方法，熟练掌握等效变换代数法则，简化图形结构，并能用梅逊公式求系统传递函数。

（二）重点和难点

重点：

（1）控制系统数学模型的建立方法；

（2）理解微分方程、传递函数、结构图、信号流图的概念以及它们之间的转换关系。

难点：建立控制系统四种数学模型。

（三）教学方式

说明采用课堂讲授、多媒体教学相结合的教学形式。

（四）教学内容

2-1 控制系统的时域数学模型

2-2 控制系统的复数域数学模型

2-3 控制系统的结构图与信号流图

2-4 控制系统建模实例

实验1典型环节及其阶跃响应

实验内容：典型环节及其阶跃响应

教学要求：两人一机，要求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；掌握控制系统时域性能指标的测量方法；掌握模拟实验的基本原理和一般方法；由典型环节的阶跃响应曲线求取其传递函数。

第三章线性系统的时域分析法（16学时）

（一）教学要求

（1）正确理解时域响应的性能指标、稳定性、系统的型别和静态误差系数等概念；

（2）牢固掌握一阶系统的数学模型和典型时域响应的特点，并能熟练计算其性能指标和结构参数；

（3）牢固掌握二阶系统的数学模型和典型时域响应的特点，并能熟练计算欠阻尼时域性能指标和结构参数；

（4）正确理解线性定常系统的稳定条件，熟练应用劳斯判据判定系统的稳定性；

（5）正确理解和重视稳态误差的定义并能熟练掌握稳态误差的计算方法。明确终值定理的使用条件；

（6）掌握改善系统动态性能及提高系统控制精度的措施。

（二）重点和难点

重点：控制系统动态性能指标、稳态性能指标的分析；

难点：稳态误差的计算

（三）教学方式

说明采用课堂讲授、多媒体教学相结合的教学形式。

（四）教学内容

3-1 系统时间响应的性能指标

3-2 一阶系统的时域分析

3-3 二阶系统的时域分析

3-4 高阶系统的时域分析

3-5 线性系统的稳定性分析

3-6 线性系统的稳态误差计算

3-7 控制系统时域设计

实验2二阶系统的阶跃响应实验

实验内容：二阶系统的阶跃响应实验

教学要求：两人一机，要求进一步学习实验箱的使用方法；研究二阶系统的性能参数对系统性能的影响；学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。

第四章线性系统的根轨迹法（8学时）