2016年自动控制原理教学大纲.doc

自动控制原理教学大纲课程类别：专业必修课 课程名称：自动控制原理开课单位：飞行器设计与工程专业建设组 课程编号：N02010102总 学 时： 64 学 分：4适用专业：飞行器设计与工程先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、机械原理、电工技术等一、 课程在教学计划中的地位、作用自动控制原理是飞行器设计与工程专业的一门必修课，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。二、 课程内容、基本要求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。 第一章 自动控制的一般概念（3学时） 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。 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。 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。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（12学时）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。 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。 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。 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 第三章 线性系统的时域分析法（14学时） 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。 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 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。 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 第四章 线性系统的根轨迹法（8学时） 教学要求（1）掌握开环根轨迹增益变化时系统闭环根轨迹的绘制方法； （2）理解闭环零、极点分布和系统阶跃响应的定性关系及系统根轨迹分析的基本思路，正确理解偶极子和主导极点等基本概念，会用主导极点的概念估算系统的性能指标； （3）掌握参量根轨迹绘制的基本思路和方法。 重点和难点 重点：控制系统根轨迹的绘制方法以及根轨迹法在控制系统分析中的应用 难点：应用根轨迹法分析控制系统 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。 教学内容 4-1 根轨迹法的基本概念 4-2 根轨迹绘制的基本法则 4-3 广义根轨迹 4-4 系统性能的分析 4-5 控制系统复域设计 第五章 线性系统的频域分析法（12学时） 教学要求 （1）正确理解频率特性的物理意义、数学本质及定义； （2）正确运用频率特性的定义进行分析和计算，计算系统在正弦输入下的稳态响应以及反算系统结构参数； （3）熟记典型环节频率特性的规律及其特征点； （4）熟练掌握由系统开环传递函数绘制开环极坐标图和伯德图的方法； （5）熟练掌握最小相位系统由对数幅频特性曲线反求传递函数的方法； （6）正确理解奈奎斯特判据的原理证明和判别条件；熟练应用奈奎斯特判据判别系统稳定性的方法，并能正确计算稳定裕度。 （7）正确理解谐振峰值、频带宽度、截止频率、相角裕度、幅值裕度的概念。 重点和难点 重点：绘制开环极坐标图和伯德图，计算系统的相角裕度、幅值裕度 难点：最小相位系统由对数幅频特性曲线反求传递函数 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。 教学内容 5-1 频率特性 5-2 典型环节与开环系统的频率特性 5-3 频率域稳定判据 5-4 稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标 5-6 控制系统频域设计 第六章 线性系统的校正方法（7学时） 教学要求 （1）掌握超前、滞后等串联校正的特点及其对系统的作用以及校正设计方法； （2）掌握利用系统BODE图，分析校正装置对原系统性能的影响； （3）正确理解反馈校正和复合校正的特点及其作用。 重点和难点 重点：利用串联校正、前馈校正、复合校正方式对系统进行校正 难点：串联滞后-超前校正环节的应用。 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。 教学内容 6-1 系统的设计与校正问题 6-2 常用校正装置及其特性 6-3 串联校正 6-4 前馈校正 6-5 复合校正 6-6 控制系统校正设计 三、实验实验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。 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。 实验3 系统频率特性测量实验 实验内容：系统频率特性测量实验 教学要求：两人一机，加深系统及元件频率特性的物理概念；掌握系统及元件频率特性的测量方法。 实验4 连续系统串联校正 实验内容：连续系统串联校正 教学要求：两人一组，要求研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响；对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验校验设计的正确性。 四、学时分配章节名称讲授（学时）实验（学时）小计第一章 自动控制的一般概念33第二章 控制系统的数学模型12214第三章 线