自动控制原理课程教案(电气专54课时).doc

自动控制原理课程教案课程名称： 自动控制原理 学时/学分： 54/3 开课系部： 机电系 适用专业： 电气自动化 教案编写： 王锋 山东农业工程学院教务处制课程名称自动控制原理授课专业电气自动化班级14级课程代码课程类型专业基础必修课程（ ）；选修课程（ ）授课方式课堂讲授（ ）；实验（ ）实训操作（ ）；讨论（ ）；上机（ ）考核方式闭 卷（ ）；开 卷（ ）；课程论文（ ）具体操作（ ）；多种形式结合（ ）课程教学总学时数54学时学分数3 学分学时分配课堂讲授 38 学时；实验课 0 学时；实训操作 学时；讨 论 学时；上机 16 学时教材名称自动控制原理作者刘文定、谢克明出版社及出版时间电子工业出版处2013年1月指 定参考资料自动控制原理作者胡寿松出版社及出版时间科学出版社2013年3月授课教师王锋职称讲师系部机电授课时间第一章：自动控制的一般概念（4学时）补充：拉普拉斯变换（4学时）第二章：控制系统的数学模型（12学时）第三章：线性系统的时域分析法（12学时）第五章：线性系统的频域分析法（14学时）第六章：线性系统的校正方法（8学时）备注以上每一章课时包括本章对应实验的课时在内。章节 第一章学时4授课类型讲授教学目的要求1 要求学生了解自动控制系统的基本概念、基本变量、基本组成及工作原理2 理解信息反馈的含义和作用，区别开环控制和闭环控制3 绘制控制系统方框图教学重点难点1广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制教学方法手段 采用工程实例和设疑方法引导学生用系统论，信息论观点分析广义系统的动态特征、信息流，理解信息反馈的作用。绘制控制系统方框图。在讲述控制理论发展史引入我国古代指南车和“二弹一星”特殊贡献科学家钱学森在自动控制理论方面的成就， 进行爱国主义和专业教育。在讲述控制系统系统设计概论，引用转台转速控制和磁盘驱动读取系统的设计实例，强化设计训练。教学分组无参考资料自动控制原理黄坚，高等教育出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 动控制理论的基本概念；自动控制系统；控制器；自动控制过程；自动控制系统举例。2、自动控制理论的形成；为了适应大规模工业生产的需要；工业革命需要；军事发展需要。3、自动控制理论发展历史；2次世界大战形成经典控制理论；60年代-70年代形成现代控制理论；70年代形成大系统理论；后来形成智能控制理论。4、自动控制的基本原理；给定控制量；生产过程参数变化或系统受到干扰偏离系统要求；形式控制误差；控制器调节生产过程，消除误差。5、自动控制的基本控制方式；开环控制；闭环控制；反馈控制；前馈控制；复合控制。6、反馈控制理论；自动控制系统举例；函数记录仪；电阻炉微型计算机温度控制系统；锅炉液位控制系统。1、 自动控制系统的分类；线性连续控制系统；恒值控制系统；随动控制系统；程序控制系统。线性定常离散控制系统；非线性控制系统。2、 自动控制系统的基本要求；稳定性；快速性；准确性。3、 典型输入：阶跃函数，斜坡函数，脉冲函数，正弦函数。4、课程性质。思考与训练习题1-1,1-2,1-3,1-5，课后小结本章作为绪论，已较全面地展示了控制理论课程的全貌，叙述了今后在课程的学习中要进行研究的各个环节内容和要点，为了今后的深入学习和理解，要特别注意本章给出的一些专业术语及定义。章节 补充：拉布拉斯变换学时2授课类型讲授教学目的要求掌握拉普拉斯变换的定义、性质和反变换的应用，主要掌握运算电路图的画法，熟练掌握用拉普拉斯变换分析电路；掌握跃变的概念，了解卷积和网络函数的应用。教学重点难点教学重点：拉普拉斯变换的定义、性质和反变换的应用；运算电路图的画法；用拉普拉斯变换分析线性电路；网络函数（加冲激函数）和卷积的概念。教学难点：拉普拉斯反变换（单根、复根、重根）；运算电路图；复频域分析法；卷积。教学方法手段1、板书讲述拉普拉斯变换的定义，交代复频域的概念。2、拉普拉斯变换存在的条件。3、拉普拉斯反变换。4、9个性质的推导、证明及应用举例。5、例题和练习题。教学分组无参考资料工程数学高等教育出版社教学内容及过程教学内容与教学设计引言拉普拉斯拉斯变换可用于求解常系数线性微分方程，是研究线性系统的一种有效而重要的工具。拉普拉斯拉斯变换是一种积分变换，它把时域中的常系数线性微分方程变换为复频域中的常系数线性代数方程。因此，进行计算比较简单，这正是拉普拉斯拉斯变换（简称：拉氏变换）法的优点所在。拉普拉斯拉斯变换的定义一个定义在区间的函数,其拉氏变换定义为Lf(t)=F(s)=式中：s=+j为复数，有时称变量S为复频域。应用拉普拉斯拉斯变换进行电路分析有称为电路的复频域分析，有时称为运算法F(s)又称为f(t)的象函数，而f(t)称为F(s)的原函数。通常用“L ”表示对方括号内的函数作拉氏变换。拉普拉斯变换的基本性质本节将介绍拉氏变换的一些基本性质，利用这些基本性质，可以很容易的求得一些较复杂的原函数的象函数，同时，这些基本性质对于分析线性非时变网络也是非常必要的。一、 唯一性定义在区间的时间函数与其拉氏变换存在一一对应关系。根据可以唯一的确定其拉氏变换；反之，根据，可以唯一的确定时间函数。唯一性是拉氏变换非常重要的性质，正是这个性质，才是我们有可能将时域中的问题变换为复频域中的问题进行求解，并使在复频域中求得的结果有可能再返回到时域中去。唯一性的证明从略。二、 线性性质若和是两个任意的时间函数，其拉氏变换分别为和，和是两个任意常数，则有证 根据拉氏变换的定义可得例 求的拉氏变换。解 三、 时域导数性质（微分性质）例 应用时域导数性质求的象函数。四、 时域积分性质（积分规则）例： 求单位斜坡函数及的象函数。五、 时域平移性质（延迟性质）思考与训练补充练习题课后小结本章作为数学基础，学生学习有难度，要求做到认真仔细。章节 2.1控制系统时域数学模型学时4授课类型讲授教学目的要求掌握时域数学模型、熟悉数学模型的建立方法教学重点难点重点：数学模型的建立方法难点：物理过程的数学模型建立方法教学方法手段 本章涉及的数学知识较多，主要有复变函数、拉氏变换和线性代数。要求学生从应用出发进行适当复习，学用结合，急用先学，学习过程中应注意基本概念、基本原理和基本方法以及工程的观念，重在应用。同时介绍应用MATLA软件求解不同参数和输入情况下的响应，即可视化解，帮助学生学会运用计算机进行辅助分析和设计。教学分组无参考资料自动控制原理李友善，国防工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 数学模型的基本概念；2、 线性元件的微分方程的建立过程；（1） 根据物理定律列写基本元件的物理方程；（2） 消去中间变量；（3） 整理系统的微分方程。3、 控制系统微分方程得建立过程；（1） 化整为零，分解成典型环节；（2） 列写典型环节的微分方程；（3） 积零为整，消除中间变量；（4） 整理系统的微分方程。4、 线性系统的特性：（1） 叠加性；（2） 齐次性。5、 线性定常微分方程的求解；（1） 待定系数法；（2） 算子法；（3） Laplace变换法。6、 非线性系统微分方程线性化。（1） 确定静态工作点；（2） 在工作点附近按小信号展开成Taylor级数；忽略高次项，取线性多项式。思考与训练习题2-1，2-2，2-3，2-4课后小结内容多，加强练习章节 2.2控制系统的复数域数学模型学时4授课类型讲授教学目的要求掌握传递函数的定义和性质、熟悉传递函数的求取过程教学重点难点重点：传递函数的定义和性质难点：传递函数的求取教学方法手段 本章涉及的数学知识较多，主要有复变函数、拉氏变换和线性代数。要求学生从应用出发进行适当复习，学用结合，急用先学，学习过程中应注意基本概念、基本原理和基本方法以及工程的观念，重在应用。同时介绍应用MATLA软件求解不同参数和输入情况下的响应，即可视化解，帮助学生学会运用计算机进行辅助分析和设计。教学分组无参考资料自动控制原理李友善，国防工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 复频域的概念；复变函数；2、 传递函数定义；在零初始条件下，系统输出量的Laplace变换域输入量的Laplace变换之比。定义为系统的传递函数。3、 传递函数的性质；（1） 传递函数是复变量s的实系数有理真分式；（2） 传递函数表示输出量与输入量之间传递关系的数学表达式；（3） 传递函数与微分方程具有相通性；（4） 传递函数的反Laplace变换是系统的脉冲响应。4、 传递函数零极点；（1） 使传递函数为零的点为传递函数的零点；（2） 使传递函数分母为零的点为传递函数的极点。5、 传递函数零极点对输出响应的影响。（1） 传递函数的极点决定系统的响应形式，即振型；（2） 吃大户撒零点决定各响应分量的比重。6、 典型部件的传递函数；（1）电位器（比例环节）；（2）测速发电机（微分环节）；（3）伺服电动机（惯性环节）（4）RLC电路（二阶振荡环节）；（5）单容水槽（延迟环节）。思考与训练习题2-5，2-11，2-13，2.15课后小结内容多，加强练习章节 2.3控制系统的结构图与信号流图学时2授课类型讲授教学目的要求掌握系统结构图的基本组成、等效变换教学重点难点重点：控制系统结构图及其等效变换难点：结构图等效变换教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理李友善，国防工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、系统结构图的组成；信号线；引出点（测量点）；比较点（综合点）；方框（环节）。2、绘制系统结构图举例；电压测量反馈控制系统；直流电机调速控制系统。3、结构图等效变换；串联方框图化简（等效）；并联方框图化简（等效）；反馈控制系统（反并联）化简（等效）；比较点移动；分支点前移；分支点后移。4、系统化简；综合点可以交换；分支点与综合点不能交换；先内环，后外环。5、举例。6、信号流图的基本概念；节点表示系统变量；支路表示增益；信号线方向表示信号传递方向；节点可以任意设置；信号流图具有非惟一性。7、信号流图的基本成分；源节点（输入节点）；阱节点（输出节点）；混合节点；前向通道（前向通路）；回路；不接触回路。8、信号流图的组成；（1）节点；（2）通道；（3）回路；9、信号流图的绘制；（1）信号线对应节点；（2）方框对应增益；（3）Mason公式；10、利用Mason公式化简系统。思考与训练习题2-16，2-17，2-18，2-21课后小结练习要多，熟能生巧。章节 实验一MATLAB仿真软件概述学时2授课类型实验教学目的要求掌握MATLAB仿真软件的基本应用教学重点难点 MATLAB仿真软件教学方法手段 多媒体教学与上机练习相结合教学分组无参考资料反馈控制系统设计与分析MATLAB语言应用，薛定宇，清华大学出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计 1拉氏变换和反变换例 求 的拉氏变换解 键入 syms s t;ft=t2+2*t+2;st=laplace(ft,t,s)运行结果为 st=2/s3+2/s2+2/s 例 求的拉氏反变换解 键入 syms s t;Fs=(s+6)/(s2+4*s+3)/(s+2);ft=ilaplace(Fs,s,t) 运行结果为 ft=3/2*exp(-3*t)+5/2*exp(-t)-4*exp(-2*t) 2。求根运算例 求多项式 的根，再由根建多项式。解 键入 p=1 3 0 4; r=root(p)运行结果为 r= -3.35530.1777+1.0773i1.7777-1.0773i 键入 p=poly(r)运行结果为 p=1.0000 3.0000 0.0000 40000例 实现多项式相乘：，并求时的值。解 键入 p=3 2 1; q=1 4; n=conv(p,q)运行结果为 n= 3 14 9 4键入 vlaue=polyval(n,-5)运行结果为 value= -663微分方程求解例 解下列微分方程： 初始条件 解 键入 y=dsolve(3*D2y+3*Dy+2*y=1,y(0)=0,Dy(0)=0) 运行结果为 y=1/2-1/2*exp(-1/2*t)*cos(1/6*15(1/2)*t)-1/10*15(1/2)*exp(-1/2*t)*sin(1/6*15(1/2)*t)思考与训练把matlab用熟练课后小结练习要多，熟能生巧。章节 实验二用MATLAB处理系统的数学模型学时4授课类型实验教学目的要求掌握MATLAB建模方法教学重点难点 MATLAB建模方法教学方法手段 多媒体教学与上机练习相结合教学分组无参考资料反馈控制系统设计与分析MATLAB语言应用，薛定宇，清华大学出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1传递函数 例 求如图所示系统的传递函数。-r(t)c(t) 解 键入numg=1;deg=500 0 0; numh=1 1;denh=1 2; num,den=feedback(numg,deng,numh,denh,-1); printsys(num,den)运行结果为 num/den= s +2-500s3 + 1000 s2 + s+1其中， 由函数 printsys(num,den) 打印出传递函数。2、SIMULINK的窗口和菜单在MATLAB的提示符下键入“simulink”，按回车键后即可启动SIMULINK工具包。这时出现SIMULINK的主要图库（Library）窗口。按方块图库包含模块功能的不同将其分为七种大类。其中，ources(输入源)库主要包括与系统输入有关的功能模块；Sinks(输出方式)库包括与系统输出、显示有关的功能模块；Discrete库、Linear库、Nolinear库分别包含了与离散系统、线性系统、非线性系统等有关的功能模块；Connections包含与系统元件、参数之间连接关系的功能模块。通过双击某一类库的图标，可以浏览和选择其中具体的模块。在SIMULINK启动时，还同时打开了一个SINMULINK模型窗口。在该窗口中可以新建一个模型或打开一个已存在的模型，在建模后，可以对其进行编辑、保存、仿真和分析等操作。用SINMULINK创建模型1) 在SINMULINK窗口中利用File菜单的New选项，创建一个新的模型窗口。2) 将所需的模块方框图拖入模型窗口。3) 调整模块输入端口的个数。4) 按信息流动的顺序将模块连接起来。5) 最后可建立系统方块图，并可保存为example.mdl文件。例 在SIMULINK下建立系统仿真结构图如下图所示。 思考与训练把matlab用熟练课后小结练习要多，熟能生巧。章节 第三章 时域分析学时2授课类型讲授教学目的要求掌握时域性能指标、熟悉系统运动过程教学重点难点时域性能指标教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 典型输入信号；（1） 单位阶跃函数；（2） 单位斜坡函数；（3） 单位加速度函数；（4） 单位脉冲函数；（5） 正弦函数。2、 动态过程；动态过程又称过渡过程或瞬态过程，系统在典型信号作用下，输出量从初始状态到最终状态的响应过程。3、 稳态过程；系统在典型信号作用下，时间t趋于无限大时，系统输出量的表现形式。4、 动态性能；延迟时间td：响应第一次达到终值50所需时间。上升时间tr：从终值10上升到终值90所需时间；对于有振荡系统，定义为从零第一次上升到终值所需时间。峰值时间tp：响应超过终值到达第一个峰值所需时间。调节时间ts：达到并保持在终值5之内所需要的最短时间。超调量(Overshoot)s%：最大偏离量与终值之差与终值的百分比。5、 稳态性能；稳态误差是描述稳态性能的指标。6、 一阶系统时域分析。思考与训练3-1，3-3，3-4课后小结练习要多，熟能生巧。章节 3.3 二阶系统时域分析，3.4 高阶系统分析学时2授课类型讲授教学目的要求掌握二阶系统时域分析，二阶系统时域性能指标，了解高阶系统分析方法教学重点难点二阶系统时域性能指标，改善系统性能措施教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、二阶系统数学模型；2、二阶系统单位阶跃响应；（1）欠阻尼二阶系统动态过程分析（0z1）；（3）零阻尼二阶系统动态过程分析（z=0）；（4）欠阻尼二阶系统的单位斜坡响应；（5）临界阻尼二阶系统的单位斜坡响应；（6）过阻尼二阶系统的单位斜坡响应。3、二阶系统性能改善；（1）比例-微分（Proportional-Diferential）控制；（2）测速反馈控制；4、非零初始条件下二阶系统的响应。5、高阶系统单位阶跃响应（1）三阶系统单位阶跃响应；（2）闭环主导极点； （3）高阶系统动态性能估算。思考与训练3-4，3-6，3-7，3-10课后小结加强公式的理解与应用。章节 线性系统稳定性分析学时2授课类型讲授教学目的要求了解稳定性基本概念，掌握线性系统稳定性充分必要条件、Routh判据教学重点难点稳定性判据教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 稳定性基本概念；所谓稳定性，是指系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原平衡状态的性能。2、 线性系统稳定性的充分必要条件；线性系统稳定的充分必要：闭环系统特征方程的所有根均具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点必须严格位于左半s平面。3、 Routh-Hurwitz稳定判据；（1） Hurwitz稳定判据；在特征方程所有系数均为正的条件下，Hurwitz行列式所有奇次顺序主子式为正，偶次顺序主子式亦为正，则系统稳定；反之亦然。（2） Routh稳定性判据；Routh表中第一列各值均大于零，则系统稳定；Routh表中第一列出现小于零的数值，则系统稳定；第一列各系数改变符号的次数，即为特征方程正实部特征根的数目。4、 Routh稳定判据的特殊判据；（1） Routh表第一列某项为零，其余各项不全为零；用(s+a)乘以特征方程，再次对新特征方程应用Routh稳定性判据；用无穷小数e代替零元素，继续计算Routh稳定性判据；（2） Routh表出现全零行；5、 Routh稳定判据的应用思考与训练3-12，3-13，3-14课后小结劳斯盘踞为重中之重，要求必须学会。章节 线性系统的稳态误差学时2授课类型讲授教学目的要求掌握稳态误差计算、熟悉稳态误差系数、了解误差产生原因教学重点难点稳态误差计算教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 误差；误差定义：（1）系统作用（输入）误差e(t)=r(t)-c(t)；（2）系统输出误差e(t)=y(t)-y(t)。2、 稳态误差；稳定系统当时间t趋于无穷大时的系统误差，记为ess(t)。3、 系统类型；系统含有积分环节的个数，称为系统的型别。常用有0、型。4、 阶跃作用下的稳态误差ess=R/(1+kp)；v=0；ess=05、 静态位置误差系数；6、 斜坡作用下的稳态误差；ess=，v=0；ess= R/kv，v=1；ess=0，v07、 静态速度误差系数；8、 加速度作用下的稳态误差；9、 静态加速度误差系数；10、 动态误差系数；11、 扰动作用下的稳态误差；12、 减小或消除稳态误差措施（1）增大系统开环增益；（2）串联积分环节；（3）采用串级控制；（4）采用复合控制。思考与训练3-15，3-18课后小结稳态误差的计算较难掌握，多练习。章节 实验三MATLAB用于时域分析学时4授课类型实验教学目的要求掌握用MATLAB进行系统的时间响应分析方法。教学重点难点时间响应分析方法教学方法手段 多媒体教学与上机相结合教学分组无参考资料反馈控制系统设计与分析MATLAB语言应用，薛定宇，清华大学出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计系统输出响应及性能分析：1、 二阶系统闭环传递函数的标准形式为 若确定，系统的瞬态响应和的取值有关。下面用MATLAB分析在不同的值时，系统的单位阶跃响应。所用的MATLAB程序如下：%=1t=0:0.1:12;num=1;zeta1=0;den1=1 2*zeta1 1;zeta3=0.3;den3=1 2*zeta3 1;zeta5=0.5;den5=1 2*zeta5 1;zeta7=0.7;den7=1 2*zeta7 1;zeta9=1.0;den9=1 2*zeta9 1;y1,x,t=step(num,den1,t);y3,x,t=step(num,den3,t);y5,x,t=step(num,den5,t);y7,x,t=step(num,den7,t);y9,x,t=step(num,den9,t);plot(t,y1,t,y3,t,y5,t,y7,t,y9,)grid on;运行结果见图。2、 已知，分别计算KA200时，系统的性能指标tp，ts，。解 MATLAB程序如下：t=0:0.01:2;num=1000;den=1 34.5 1000;y,x,t=step(num,den,t);plot(t,y);求超调量maxy=max(y);yss=y(length(t);pos=100*(maxy-yss)/yss;求峰值时间for i=1:1:201if y(i)=maxy,n=i;endend tp=(n-1)*0.01;求调节时间for i=1:1:201if (y(i)0.95),m=i;endbreak;endts=(m-1)*0.01;计算结果为tp=0.12s，ts=0.17s，12.93% 思考与训练1. 设典型二阶系统的闭环传递函数为， 改变系统的参数，观察并记录输出响应曲线，并分析的变化对系统性能的影响和性能指标的变化。 2. 设系统的闭环传递函数为 ，改变系统的参数，观察并记录输出响应曲线，并求系统的时域性能指标，分析参数的变化对系统性能的影响和性能指标的变化。课后小结Matlab可能还有部分学生不熟悉，要继续加强练习。章节 频率特性学时2授课类型讲授教学目的要求了解频率特性概念，掌握频率特性表示，频率特性的绘制教学重点难点频率特性的绘制教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计5.1引言（10分钟）5.2频率特性1、 频率特性的基本概念（20分钟）（1） 频率特性的概念频率特性反映正弦信号作用下系统响应的性能。应用频率特性研究系统的方法称为频域分析法。（2） 频率特性定义在零初始条件下，输出响应的Fourier变换与输入信号的Fourier变换之比，称为频率特性。或在零初始条件下，输出响应的复数相量与输入信号复数相量之比，称为频率特性。在谐波输入下，输出响应与输入信号同频率谐波分量的幅值之比A(w)称为幅频特性，相位差j(w)称为相频特性。2、 频率特性的几何表示（20分钟）（1） 幅相频率特性曲线（2） 对数频率特性曲线（3） 对数幅相曲线3、 典型环节的频率特性（50分钟）（1）比例环节；（2）微分环节；（3）积分环节；（4）惯性环节；（5）一阶微分环节；（6）二阶振荡环节；（7）二阶微分环节；（8）延迟环节。思考与训练5-1，5-3，5-5课后小结频率特性为较难学的部分，多鼓励学生不要放弃。章节 频率域稳定性判据学时2授课类型讲授教学目的要求了解幅角原理，熟悉Nyquist曲线，掌握Nyquist判据教学重点难点Nyquist稳定性判据教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、数学基础（1） 幅角原理设s平面闭合曲线G包围F(s)的Z个零点和P个极点，则s沿曲线运动一周时，在F(s)平面上，F(s)闭合曲线GF包围原点的圈数R=P-ZR0分别表示GF顺时针包围和逆时针包围F(s)平面的原点圈数，R=0表示不包围F(s)平面的原点。（2） 复变函数F(s)的选择（3） s平面闭合曲线G 即Nyquist围线；选择闭合曲线G 包围整个右半s平面，即包围所有不稳定闭环极点。（4） G(s)H(s)闭环曲线的绘制（5） 闭合曲线包围原点圈数R的计算R=2N=2(N+-N-)2、Nyquist稳定性判据反馈控制系统稳定的充分必要条件是半闭合曲线GGH不穿过(-1,j0)点，且逆时针包围(-1,j0)点的圈数R等于开环传递函数的正实部极点数P。3、对数频率稳定性判据反馈控制系统稳定的充分必要条件是j(wc)(2k+1)p；k=0,1,2,和L(w)0时，穿越(2k+1)p的次数满足Z=P-2N4、条件稳定系统思考与训练5-14，5-19课后小结频率特性为较难学的部分，多鼓励学生不要放弃。章节 稳定裕度，闭环系统频域指标学时2授课类型讲授教学目的要求掌握相角裕度、幅值裕度，熟悉闭环频域指标教学重点难点相角裕度、幅值裕度教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、相角裕度g(wc) （30分钟）相角裕度g(wc)的含义是，对于闭环稳定系统，如果相频特性再滞后g(wc)，则系统将处于不稳定状态。2、幅值裕度h(wx) （20分钟）幅值裕度h(wx)的含义是，对于闭环稳定系统，如果幅值再增大h(wx)倍，则系统将处于临界稳定状态。3、闭环系统频域指标（50分钟）（1） 控制系统的频带宽度；（2） 系统的带宽选择；（3） 确定闭环系统频率特性的图解法；（4） 开环系统频域指标和时域指标的转换；（5） 闭环系统频域指标和时域指标的转换；思考与训练5-16，5-18课后小结频率特性为较难学的部分，多鼓励学生不要放弃。章节 实验四MATLAB用于频域分析学时4授课类型实验教学目的要求掌握用MATLAB进行系统频率特性分析的方法教学重点难点频域分析方法教学方法手段 多媒体教学与上机相结合教学分组无参考资料反馈控制系统设计与分析MATLAB语言应用，薛定宇，清华大学出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、 振荡环节传递函数的标准形式为当确定时，系统的频率特性与的取值有关。用MATLAB绘出时，在不同取值下，系统的Bode图和Nyquist图。解 1）作Bode图程序：num=1;zeta1=0.1;den1=1 2*zeta1 1; zeta3=0.3;den3=1 2*zeta3 1;zeta5=0.5;den5=1 2*zeta5 1;zeta7=0.7;den7=1 2*zeta7 1;zeta9=1.0;den9=1 2*zeta9 1;mag1,phase1,w1=bode(num,den1);mag3,phase3,w3=bode(num,den3);mag5,phase5,w5=bode(num,den5);mag7,phase7,w7=bode(num,den7);mag9,phase9,w9=bode(num,den9);subplot(211);semilogx(w1,20*log10(mag1),w3,20*log10(mag3),w5,20*log10(mag5),w7,20*log10(mag7), w9,20*log10(mag9);subplot(212);semilogx(w1,phase1,w3,phase3,w5,phase5,w7,phase7,w9,phase9);运行结果见图。2）作Nyquist图程序：num=1;zeta1=0.4;den1=1 2*zeta1 1;zeta6=0.6;den6=1 2*zeta6 1;zeta8=0.8;den8=1 2*zeta8 1; re1,im1=nyquist(num,den1); re2,im2=nyquist(num,den6);re3,im3=nyquist(num,den8);plot(re1,im1,re2,im2,re3,im3);运行结果见图。 2、 已知系统的开环传递函数，求开环对数频率特性曲线。解 MATLAB程序如下：z=-10;p=0,-1/2;k=1/2;h=zpk(z,p,k);bode(h);grid运行结果见图。3、 开环传递函数为作出开环伯德图，并求系统的稳定裕量。 解 命令窗口输入h1=tf(2.33,0.162 1);h2=tf(1,0.0368 1);h3=tf(1,0.00167 1);h=h1*h2*h3;num,den=tfdata(h);mag,phase,w=bode(num,den);subplot(211);semilogx(w,20*log10(mag);grid;subplot(212);semilogx(w,phase);grid;gm,pm,wcg,wcp=margin(mag,phase,w)运行结果见图。 同时，在MATLAB命令窗口中可以得到系统的稳定裕量：gm = 53.9692pm = 93.6601wcg = 141.9068wcp = 11.6305若要生成带有裕量标记的伯德图，则可将程序中最后一条改为margin(mag,phase,w);此时，所得图形见图。思考与训练绘制下列系统的伯德图和乃奎斯特图，并求系统的频域指标相位裕量和幅值裕量，根据乃奎斯特图分析系统的稳定性，根据仿真结果分析系统的结构和参数与系统性能的关系。 (1) (2) (3) (4) 课后小结Matlab可能还有部分学生不熟悉，要继续加强练习。章节 线性控制系统的设计与校正学时2授课类型讲授教学目的要求了解校正的一般概念，熟悉设计的一般问题，掌握设计的一般方法教学重点难点设计与校正的一般方法教学方法手段 多媒体教学与板书相结合教学分组无参考资料自动控制原理，蔡尚峰，机械工业出版社教学内容及过程旁批教学内容与教学设计1、校正的一般概念：所谓校正就是再系统中加入一些参数可以改变的机构或装置，使整个系统特性发生变化，从而满足给定的性能指标。设计控制系统的目的：是将构成控制器的各部件与被控对象适当组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼比和响应速度的性能指标要求。2、性能指标；（1）二阶系统频域指标与时域指标的关系；谐振峰值；谐振频