《自动控制原理》教学大纲.doc

自动控制原理（上）教学大纲一 课程简介课程编号：04194003课程名称：自动控制原理（上）（Automatic Control Theory (1)）课程类型：学科基础课，必修课学 时：64 学 分：4开课学期：5开课对象：适合于自动化、测控技术与仪器和电气工程及其自动化专业先修课程：复变函数与积分变换、电路理论、模拟电子技术、数字电子、电机拖动基础参考教材：夏德钤。自动控制理论。北京：机械工业出版社，2000。二 课程性质、目的与任务 课程性质：学科基础课，必修课，以理论教学为主，适当配合实验课程。教学目的：学习反馈控制系统的基本理论及基本方法。教学任务：详细讲解采用频率特性法和时域法分析系统的一般方法，要求能初步具体应用；简单介绍根轨迹分析方法，非线性系统分析方法和采样控制系统的基本分析方法，使学生初步了解；探讨频率特性法设计控制系统的基本思路。三 教学基本内容与基本要求 教学基本内容：自动控制理论课程是具有一般方法论特点的技术基础课，重点在于学习反馈控制系统的基本理论及基本方法，而应用其理论及方法去分析和设计控制系统则是后续课程如自动控制系统、计算机控制技术等的任务。但是自动控制理论又是直接为解决实际控制系统提供理论和方法的课程，因此，必须适当地结合实际，要用实践的观点对待控制理论。自动控制理论主要讨论反馈控制系统的基本原理与基本方法，在初步建立控制系统数学模型的基础上，分别应用时域法、根轨迹法和频率特性法等不同的方法，分析控制系统的一般性能，如稳定性（稳）、稳态误差（准）、动态特性（快）、稳定裕量等，并介绍控制系统设计和应用的初步知识，同时讨论非线性系统和采样控制系统的一般基础。教学基本要求：熟练掌握采用频率特性法和时域法分析系统的一般方法，并能具体应用；了解根轨迹分析方法，了解非线性系统分析方法的特殊性；掌握采样控制系统的基本分析方法，掌握频率特性法设计系统的基本思路。四 教学内容及学时分配本课程总学时为64。其中理论教学为58，实验学时为6。主要的理论教学内容包括：建立控制系统数学模型；控制系统时域法分析；根轨迹分析；频率特性法分析；用频率特性法设计控制系统；非线性系统分析；采样控制系统的分析。实验内容主要包括：典型环节模拟，典型系统模拟，控制系统的串联校正研究等。课 程 内 容教学要求重点()难点()学时安排备注第一章 综述 介绍控制系统分析与设计的一般知识C2 第二章 数学模型： 时域描述、传递函数 讨论传递函数的定义及表示A2 线性化、典型环节 非线性环节的的线性化，典型环节及其传递函数B2 方框图 传递函数的方框图表示A2 信号流图 传递函数的信号流图表示，用梅逊公式求传递函数A2 第三章 时域响应： 典型输入、时域响应 典型输入信号及表示，典型时域响应B2 稳定性分析 稳定性定义、代数稳定判据如劳斯判据等A2 稳态误差计算 用不同的方法计算稳态误差，减小和消除稳态误差的方法A2 暂态响应求取 求取系统的时域暂态响应C2 习题分析 用习题来说明控制系统时域分析的步骤和方法A2习题分析 第四章 根轨迹法： 概念、法则、方法 讨论绘制根轨迹的概念、法则与方法B2 绘制示例 用例题说明根轨迹的绘制A2 根轨迹法分析、设计与应用 讨论根轨迹在分析和设计系统中的应用C2 第五章 频率特性法： 典型环节频率特性 绘制典型环节频率特性A2 开环频率特性 讨论开环频率特性的绘制方法与技巧A2 乃氏图判定稳定性 重点分析乃氏稳定判据及其变化A2 波特图分析 用波特图分析控制系统的特性B2 第六章 控制系统设计： 基本控制规律 讨论设计控制系统的基本控制规律A2 PID控制系统设计及应用 设计控制系统的PID控制器A2 复合校正 了解复合校正的基本思路与方法。C2 习题分析 用习题来说明分析和设计控制系统的步骤和方法A2习题分析 第七章 非线性系统分析： 一般分析 介绍非线性系统分析的一般方法C2 描述函数法 着重讨论描述函数法的基本思路及其应用A2 相平面分析法 用相平面法分析非线性系统的特性C2 第八章 采样控制系统： 采样与保持 采样与保持过程的深入讨论A2 Z变换与Z反变换 讨论Z变换与Z反变换的定义、性质与应用A2 脉冲传递函数 讨论开环和闭环脉冲传递函数A2 稳定性与稳态误差分析 分析离散系统的稳定性与稳态误差，主要区分它们与连续系统的不同B2 非线性、采样系统的特征 比较非线性、采样系统与连续线性系统的异同之处B2讨论 典型环节特性 熟练掌握典型环节特性的测试方法以及相关仪器仪表的使用方法A2实验二阶系统分析 熟练掌握二阶系统分析与测试的有效方法和具体实现过程A2实验 控制系统校正 初步了解控制系统校正的设计原理与实施措施B2实验（教学要求：A熟练掌握；B掌握；C了解）五 实习、实验项目及学时分配1典型环节模拟，2学时2典型系统模拟，2学时3 控制系统的串联校正研究，2学时六 教学方法与教学手段教学方法：理论教学主要介绍反馈控制系统的基本理论和基本方法，同时强调理论联系实际，要用实践的观点对待控制理论。采用启发式教学，引导学生发现问题，解决问题，自我提高。要采用知识、能力与素质三个不同的层次，对学生实现分级教学，以便因材施教。在课堂上要采用互动式教学。教学手段：采用现代先进的多媒体技术，结合传统的黑板加粉笔的方法。七 参考书目1吴麒。自动控制原理（上册）。北京：清华大学出版社，1990。2黄家英。自动控制原理（上）。南京：东南大学出版社，1991。八 大纲编写的依据与说明 根据自动化及相近专业课程指导委员会的教学有关基本要求制定，与相关课程的教学内容进行了适当的协调。自动控制原理(下)教学大纲一 课程简介课程编号：04194004课程名称：自动控制原理(下)（Automatic Control Theory (II)）课程类型：学科基础课，必修课学 时：48 学 分：3开课学期：6开课对象：适合于自动化、测控技术与仪器和电气工程及其自动化专业先修课程：电路原理 积分变换 线性代数 自动控制原理（上）参考教材：王孝武. 现代控制理论基础. 北京：机械工业出版社，1998 二 课程性质、目的与任务课程性质：学科基础课，必修课，是以掌握现代控制理论基础知识为主的理论性课程。教学目的：掌握现代控制理论的基本理论及基本方法。 教学任务：详细讲解控制系统状态空间表达式建立和求解的一般方法、能控性及能观测性判据以及状态反馈系统中的极点配置与镇定问题；简单介绍线性时变系统的运动分析、稳定性判别的李亚甫诺夫第二方法以及带状态观测器的状态反馈系统设计。使学生初步掌握基于状态空间表达式的控制系统分析与设计的基本思路。三 教学基本内容与基本要求教学基本内容：现代控制理论基础是工业自动化专业(本科)的一门重要的专业基础课，本课程系统地介绍了状态空间法的基本理论与基本方法，并介绍了这种方法在线性定常系统中的应用，包括系统分析的方法以及为了获得希望的系统瞬态性能和稳态性能的设计方法。教学基本要求：掌握现代控制理论的基本理论和基本方法及这种方法在线性定常系统中的应用。了解系统瞬态性能和稳态性能等相关知识，能够进行系统分析和设计并为进一步学习现代控制理论打下较扎实的基础。四 教学内容及学时分配本课程总学时为48。其中理论教学为40，实验学时为8。课 程 内 容教学要求重点()难点()学时安排备注现代控制理论的基本内容C2状态空间表达式及由微分方程求状态空间表达式A2传递函数矩阵A2离散系统的数学描述及线性变换B2线性定常系统齐次状态方程的解A2状态转移矩阵及其求法A2线性定常系统非齐次状态方程的解A2线性时变系统的运动分析及线性系统的脉冲响应矩阵B2线性连续系统方程的离散化及线性离散系统的运动分析C2能控性及能观测性判据A2离散系统的能控性和能观测性判据B2对偶原理及能控能观标准形C2能控性、能观测性与传递函数关系B2系统稳定性及李亚甫诺夫第二法B2线性定常连续系统的稳定性A2线性定常离散系统的稳定性及非线性系统的稳定性B2状态反馈和输出反馈及状态反馈系统的能控性与能观测性B2极点配置与镇定问题A2状态观测器与降阶观测器B2带状态观测器的状态反馈系统C2（教学要求：A熟练掌握；B掌握；C了解）五 实习、实验项目及学时分配 1控制系统状态空间描述、能控能观性分析及模型转换（基于MATLAB） 4 学时 2控制器设计(状态反馈、极点配置) （基于MATLAB） 4 学时六 教学方法与教学手段教学方法：以课堂讲授为主、注重理论联系实际；采用启发式教学，引导学生发现问题，解决问题，自我提高。有计划地指导学生自学和阅读课外参考资料，开展适量专题讨论。在课堂上多采用互动式教学。教学手段：采用现代先进的多媒体技术结合传统的黑板加粉