自控原理B教案.doc

自控原理B教案副教授：钱慧芳教案第一章自动控制的一般概念（H）基本内容1. 自动控制基本概念2. 自动控制技术的应用及自动控制理论的发展3. 基本控制方式4. 控制系统分类5. 对控制系统的基本要求基本要求1. 了解自动控制的基本概念：被控对象、控制器；2. 正确理解和掌握负反馈控制原理；3. 了解控制系统的组成与分类；4. 能确定控制系统的被控对象、被控量和给定量；能根据控制系统工作原理图绘制方块图。重点负反馈控制原理难点根据控制系统工作原理图绘制方块图课后作业1-11-5备注第二章 控制系统的数学模型（4H）基本内容2-1 控制系统的时域数学模型（1H）2-2 控制系统的复数域数学模型(1H)2-3 控制系统的结构图(2H)基本要求1、了解建立系统微分方程的一般方法；2、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；3、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；4、明确传递函数与微分方程之间的关系；5、能熟练地进行结构图等效变换；6、明确结构图与信号流图之间的关系；7、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；8、掌握从不同途径求传递函数的方法。重点传递函数的概念、定义、性质和求取难点结构图等效变换；梅森公式的应用课后作业备注2-1 控制系统的时域数学模型与复域数学模型（2H）基本内容1.线性元件的微分方程2.控制系统微分方程的建立3.传递函数的定义与性质4.典型环节及其传递函数基本要求1、了解建立系统微分方程的一般方法；2、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法；3、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质；4、明确传递函数与微分方程之间的关系。重点各类控制系统微分方程的建立传递函数的概念、定义和性质难点非线性微分方程的线性化元部件传递函数的求取课后作业2-12-9备注2-2控制系统的结构图与信号流图(2H)基本内容1.结构图组成2.控制系统结构图绘制步骤3.结构图的等效变换4.信号流图5.M公式及应用基本要求1. 能熟练地进行结构图等效变换；2. 明确结构图与信号流图之间的关系；3. 熟练运用梅逊公式求系统的传递函数；4. 掌握从不同途径求传递函数的方法。重点结构图等效变换；梅森公式的应用难点结构图等效变换；梅森公式的应用课后作业2-112-122-14备注第三章 线性系统的时域分析法（10H）基本内容3-1 系统时间响应的性能指标3-2 一阶系统的时域分析（2H）3-3 二阶系统的时域分析（4H）3-4 稳定性分析（2H）3-5 稳态误差计算（2H）基本要求1、稳定性判断 1）正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。 2）熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性，并进行分析计算。2、稳态误差计算 1）正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。 2）牢固掌握计算稳态误差的一般方法。 3）牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。 3、动态性能计算1）了解一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的特点。 2）牢固掌握一阶、二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态 性能计算。3）掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态 性能的关系4）了解附加闭环零极点对动态性能的影响，并理解主导 极点的概念重点二阶系统动态性能计算及劳斯判据难点扰动作用下减小或消除稳态误差的措施课后作业备注3-1 系统时间响应的性能指标3-2 一阶系统的时域分析（2H）基本内容1.典型输入信号2.时间响应的性能指标3.一阶系统的数学模型4.一阶系统的时间响应及指标基本要求1.了解一阶系统的数学模型和典型响应的特点。2.牢固掌握一阶系统性能指标的求取及系统参数变化对性能指标的影响。重点一阶系统的数学模型、典型响应及特征参数对性能指标的影响难点一阶系统的各种典型响应及其性能指标课后作业3-3备注3-3 二阶系统的时域分析（4H）基本内容1.二阶系统的数学模型2.二阶系统的单位阶跃响应3.欠阻尼二阶系统的动态性能指标4.二阶系统的参数调节5.二阶系统性能的改善基本要求1. 了解二阶系统的数学模型和典型响应的特点。 2. 牢固掌握二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态性能计算。3. 掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态性能的关系。重点二阶系统动态性能计算难点比例微分与测速反馈两种控制方式的特点课后作业3-43-63-8备注3-4 稳定性分析（2H）基本内容1.稳定的概念和定义2.系统稳定的充要条件3.劳斯（ROTH）稳定判据基本要求1.正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。 2.熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性，并进行分析计算。重点稳定的充要条件及劳斯判据的应用难点劳斯判据的特殊情况及其在相对稳定性中的应用课后作业3-93-11备注3-5稳态误差计算（2H）基本内容1.误差的定义2.稳态误差计算3.扰动作用下的稳态误差基本要求1.正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。2.牢固掌握计算稳态误差的一般方法。3.牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。重点稳态误差计算的一般方法难点两种误差定义及扰动作用下减小或消除稳态误差的措施课后作业3-133-143-15备注第四章 线性系统的根轨迹法（6H）基本内容4-1根轨迹法的基本概念（1H）4-2根轨迹绘制的基本法则（1H）4-3 广义根轨迹（2H）4-4 系统性能的分析（2H）基本要求1、充分理解根轨迹方程；2、掌握根轨迹的绘制法则，能熟练地绘制大致根轨迹图；3、了解广义根轨迹；4、掌握由根轨迹图确定闭环传递函数的方法，并能估算其相应的静态，动态指标。重点由根轨迹分析系统性能难点广义根轨迹的分析与应用课后作业备注4-1 根轨迹法的基本概念4-2 根轨迹绘制的基本法则（2H）基本内容1、根轨迹概念、系统性能2、闭环零极点与开环零极点的关系3、根轨迹方程4、绘制根轨迹的基本方法5、根轨迹法则应用举例6、闭环极点的确定基本要求1、 充分理解根轨迹方程；2、 了解利用根轨迹分析系统性能的方法。3、 掌握根轨迹的绘制法则，能熟练地绘制大致根轨迹图。重点根轨迹方程根轨迹绘制八大法则难点幅值条件与相角条件的应用起始角与终止角课后作业4-14-3（1）（2）4-4（1）备注4-3 广义根轨迹（2H）基本内容1、参数根轨迹2、附加开环零点的作用3、零度根轨迹基本要求1. 了解参数根轨迹的绘制方法；2. 了解零度根轨迹的来历和绘制方法。重点参数根轨迹绘制难点多参数根轨迹与非最小相位零度根轨迹课后作业4-10备注4-4 系统性能的分析（2H）基本内容1、在根轨迹上确定闭极点2、用根轨迹分析系统性能（稳定性，稳态性能，动态性能）3、实数零极点影响4、偶极子及其处理5、主导极点基本要求掌握由根轨迹图确定闭环传递函数的方法，并能估算其相应的静态，动态指标。重点利用根轨迹分析系统性能难点由根轨迹确定闭环传递函数课后作业4-8备注第五章 线性系统的频域分析法（12H）基本内容5-1 引言5-2 频率特性（2H）5-3开环频率特性曲线的绘制（4H）5-4频域稳定判据（2H）5-5稳定裕度（1H）5-6 闭环系统的频域性能指标（3H）基本要求 1、充分理解频率特性的物理意义； 2、掌握作极坐标图的方法，并能熟练绘制出系统的对数频率特性曲线； 3、熟练运用频率域稳定判据； 4、充分理解稳定裕度的概念； 5、了解闭环频域性能指标，掌握三频段分析系统的方法，掌握与时域指标的关系和指标估算方法。重点利用频率特性曲线分析系统性能难点多环系统的开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定。课后作业备注5-1 引言5-2 频率特性（2H）基本内容1、频率特性的基本概念2、频率特性的几何表示基本要求 1、充分理解频率特性的物理意义； 2、理解幅相曲线和对数频率特性曲线的意义、作法。重点幅相曲线和对数频率特性曲线的意义难点对数坐标分度课后作业5-55-8备注5-3 开环频率特性曲线的绘制（4H）基本内容1、典型环节频率特性2、系统开环幅相曲线绘制3、开环波德图绘制基本要求掌握作幅相图的方法，能熟练绘制对数频率特性曲线重点波德图绘制难点波德图绘制课后作业5-95-10备注5-4 频域稳定判据（2H）基本内容1、辅助函数2、幅角原理3、奈魁斯特稳定判据4、对数频率稳定判据基本要求掌握作幅相图的方法，能熟练绘制对数频率特性曲线重点波德图绘制难点波德图绘制课后作业5-125-135-14备注5-5 稳定裕度（1H）基本内容1、相角裕度，幅值裕度的概念2、相角裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法3、幅值裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法基本要求充分理解稳定裕度的概念和计算重点稳定裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法难点稳定裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法课后作业5-16备注5-6 闭环系统的频域性能指标（3H）基本内容1 闭环频率特性的一般形状与特点2 系统频域指标和时域指标的转换基本要求了解闭环频域性能指标，掌握与时域指标的关系和指标估算方法，掌握三频段分析系统的方法，重点三频段系统分析难点三频段系统分析课后作业备注自动控制原理B实验教案序号名称实验性质学时实验一典型环节和二阶系统的阶跃响应分析验证性2实验二频率特性测试综合性2实验三MATLAB环境下系统分析综合性2实验一 典型环节和二阶系统的时域分析（H）一、 实验目的1. 掌握各典型环节的模拟电路、传递函数及阶跃响应；2. 了解参数变化对典型环节性能指标的影响。二、 实验内容1. 比例环节2. 积分环节3. 比例-微分环节4. 惯性环节（一阶系统）5. 振荡环节（二阶系统）三、 实验报告1. 提前预习，根据电路图推导各典型环节的传递函数，并绘制各阶跃响应理论曲线；2. 按照实验指导书要求，记录各实际响应曲线，并与理论曲线比较；3. 分析参数变化对阶跃响应的影响。实验二 频率特性测试（H）一、实验目的1. 加深理解频率特性的物理意义；2. 掌握频率特性的测试方法。二、实验内容1. 惯性环节的频率特性曲线2. 频率特性的时域分析3. 二阶系统的闭环频率特性曲线4. 二阶系统的开环频率特性曲线（选作）三、实验报告1. 提前预习，根据电路图推导各典型环节的传递函数，并绘制各频率特性理论曲线；2. 按照实验指导书要求，记录各实际响应曲线，并与理论曲线比较；3. 说明实验中频率特性曲线（波德图和奈氏图）的绘制方法。实验三 MATLAB环境下系统分析（H）一、实验目的1