广东省高等教育自学课程考试考试大纲自动控制原理(一)....doc

广东省高等教育自学课程考试考试大纲自动控制原理（一）课程（课程代码：08182）考试大纲 目 录 一、课程性质与设置目的 二、课程内容与考核目标 第1章 自动控制系统的基本概念11 自动控制及自动控制理论的发展简述12 自动控制的基本原理与方式13 自动控制系统的分类14 对自动控制系统的基本要求 第2章 自动控制系统的数学描述方法21 控制系统的微分方程22 传递函数23 动态结构图与梅森公式24 控制系统的几种常用传递函数 第3章 控制系统的时域分析法31典型输入信号和时域性能指标32 一阶系统的时域分析33 二阶系统的时域分析34 控制系统的稳定性分析35 控制系统的稳态误差分析 第4章 控制系统的根轨迹分析法41 根轨迹的概念与根轨迹方程42 绘制根轨迹的基本规则和方法43 用根轨迹分析控制系统44 根轨迹的改造 第5章 控制系统的频域分析法51 频率特性的基本概念52 典型环节的频率特性53 系统的开环频率特性54 频域法分析闭环系统的稳定性55 用开环频率特性分析系统的性能 第6章 控制系统的校正61 系统校正概述62 串联超前校正63 串联滞后校正64 串联滞后一超前校正65 串联校正的期望特性法66 PID校正装置及PID串联校正67 反馈校正 三、关于大纲的说明与考核实施要求 附录：题型举例 一、课程性质与设置目的 （一）课程性质和特点 自动控制原理是高等教育自学考试工业电气自动化专业的一门专业基础课，本课程是一门理论性较强的工程学科。本课程以经典控制理论为主，重点论述用时域法、根轨迹法和频域法分析线性系统的性能，并介绍系统的初步设计及校正的一般性原则。通过本课程的学习可以使学生对自动控制理论有较系统的认识，达到理解并熟练掌握自动控制的基本理论和基本方法，具有初步解决工程相关问题的能力，并为进一步学习打下基础。 （二）本课程的基本要求 通过本课程的学习使学生正确理解反馈控制系统的基本概念，掌握控制系统数学模型建立的一般方法，掌握线性系统的分析方法（时域法、根轨迹法和频域法），为今后的专业课程的学习及工作做准备。 基本要求如下： 1、正确理解反馈控制系统的基本概念。 2、掌握控制系统的数学模型建立的方法。 3、掌握线性系统的时域法、根轨迹法和频域分析法。 4、理解自控系统校正的一般概念。 （三）本课程与相关课程的联系、分工或区别 本课程在工业电气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、电工原理、电机拖动、变流技术、计算机原理等为前序课程,也是自动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。 二、课程内容与考核目标 第一章 自动控制系统的基本概念 （一）学习目的与要求 通过本章的学习使学生了解自动控制的发展、自动控制系统的分类，理解自动控制系统的组成、基本控制方式（开环控制和闭环控制）和评价自动控制系统的性能指标。通过闭环控制系统的举例，理解反馈控制的原理。 （二）课程内容 第一节 自动控制及自动控制理论的发展简述。 第二节 自动控制的两种基本方式（开环控制和闭环控制）。闭环控制的特点,闭环控制系统的基本原理。 第三节 依据不同的标准，对自动控制系统进行分类，了解常用的分类方法及对控制系统的分类。 第四节 评价控制系统性能的指标主要包含三类。简单了解三类评价的要求。 （三）考核知识点 1、一般了解自动控制的两种基本方式（开环控制和闭环控制）、自动控制系统的组成、常用术语及自动控制系统的常见分类方法及分类。 2、理解闭环控制的特点及理解自动控制的基本原理。 （四）考核要求 1、自动控制及自动控制理论的发展简述(一般)（1）识记：自控控制理论的发展状况。 2、自动控制的基本原理与方式（一般） （1）识记：自动控制系统的两种控制方式。 （2）领会：自动控制的基本原理。 3、自动控制系统的分类（一般） （1）识记：自动控制系统的常见分类方法及分类。 4、控制系统的基本要求（一般） （1）识记：评价自动控制系统的性能指标。 第二章 自动控制系统的数学描述方法 （一）学习目的与要求 通过本章的学习使学生掌握自动控制系统的三种数学模型（微分方程、传递函数、结构图）的建立方法。熟练掌握自动控制系统传递函数的求取方法。 （二）课程内容 RL，RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。 传递函数概念，传递函数定义及性质，由系统微分方程求传递函数方法，复阻抗法求给定R、L、C一阶或二阶网络的传递函数。 控制系统的几种常用传递函数。 （三）考核知识点 1、掌握RL，RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。 2、重点掌握理解传递函数定义及性质、系统微分方程求传递函数方法，熟练运用复阻抗法求给定R、L、C一阶或二阶网络的传递函数。 3、理解闭环控制系统典型结构框图，系统开环传递函数，能应用动态结构图及梅森公式求传递函数。 4、掌握控制系统的几种常用传递函数。 （四）考核要求 1、制系统的微分方程（一般） （1）领会：RL，RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。 2、函数（重点） （1）识记：传递函数概念。 （2）领会：传递函数定义及性质。 （3）简单应用：由系统微分方程求传递函数。会用复阻抗法求给定R、L、C一阶或二阶网络的传递函数。 结构图与梅森公式（一般） （1）识记：结构图的组成，几种典型环节的传递函数。 （2）领会：结构图及等效变换原则，系统开环传递函数。 (3) 简单应用：能应用动态结构图及其等效变换熟练求取输入或干扰作用下系统的闭环传递函数，用梅逊公式法求系统的传递函数 系统的几种常用传递函数(次重点) （1）领会：控制系统的几类典型的环节。 第三章 控制系统的时域分析法 （一）学习目的与要求 通过本章的学习使学生理解系统对典型输入信号的响应，会求一阶、二阶系统单位阶跃响应并据此分析系统的动态性能，掌握系统稳定性概念及稳定判据，会求0型、型、型系统的稳态误差。 （二）课程内容 二阶系统单位阶跃响应及系统参数（主要是值）对动态响应的影响，运用拉氏反变换法求二阶系统的单位阶跃响应，求解二阶系统性能指标（tp, p,ts）。 稳定性的基本概念及劳斯稳定判据及应用。 稳态误差的定义，终值定理、误差传函、静态误差系数，应用终值定理求O型 、型系统的阶跃输入、斜波输入和加速度输入信号下的稳态误差。 （三）考核知识点 1、理解一阶系统的微分方程、动态结构图及闭环传函。能熟练求解一阶系统的单位阶跃响应h(t)及性能指标（ts=3T 对应5%误差带ts=4T对应2%误差带 eSS=0）,根据对系统的要求确定系统的某些参数(如反馈系数)。 2、重点掌握二阶系统单位阶跃响应及系统参数（主要是值）对动态响应的影响，会用拉氏反变换法求二阶系统的单位阶跃响应，会求二阶系统性能指标（tp, p,ts）。 3、理解稳定性与闭环系统特征根的关系，理解劳斯稳定判据，熟练掌握劳斯稳定判据判断系统的稳定性的方法。 4、能运用终值定理求O型 、型系统的阶跃输入、斜波输入和加速度输入信号下的稳态误差。 （四）考核要求 1、输入信号和时域性能指标（一般） （1）识记：常用的输入信号及时域性能指标 2、系统分析（次重点） （1）领会：一阶系统的微分方程、动态结构图及闭环传函。 （2）简单应用：求一阶系统的单位阶跃响应h(t)及性能指标（ts=3T 对应5%误差带ts=4T对应2%误差带 eSS=0）, 根据对系统的要求确定系统的某些参数(如反馈系数)。 系统分析（重点） （1）识记：二阶系统传函的标准形式。 （2）领会：二阶系统单位阶跃响应及系统参数（主要是值）对动态响应的影响。 （3）简单应用：会用拉氏反变换法求二阶系统的单位阶跃响应，会求二阶系统性能指标（tp,p,ts）。 系统的稳定性分析（重点） （1）识记：稳定性的基本概念。 （2）领会：稳定性与闭环系统特征根的关系，劳斯稳定判据。 （3）简单应用：会用劳斯稳定判据判断系统的稳定性。 5、系统的稳态误差分析（次重点） （1）识记：稳态误差的定义。 （2）领会：终值定理、误差传函、静态误差系数。 （3）综合应用：会用终值定理求O型 、型系统的阶跃输入、斜波输入和加速度输入信号下的稳态误差。第四章 控制系统的根轨迹分析法 （一）学习目的与要求 通过本章的学习，使学生掌握根轨迹绘制的一般法则，熟练绘制较简单系统的根轨迹，能运用根轨迹定性分析系统的性能。 （二）课程内容 第一节 从实例分析开始，说明闭环系统的特征根如何随开环增益的变化而变化，提出根轨迹的概念，导出根轨迹方程。 第二节 由根轨迹应满足的方程，导出根轨迹绘制的基本法则和方法。 第三节 分析参数变化对控制系统性能的影响。 第四节 增加系统的开环零点，可改善闭环系统的动态品质，而在开环系统中增加极点，会使系统的稳定性能变差。 （三）考核知识点 1、掌握根轨迹绘制的基本法则，会用这些法则绘制简单的系统的根轨迹。 2、能分析参数变化对系统稳定性能的影响。 （四）考核要求 1、根轨迹的概念与根轨迹方程（一般） （1）识记：根轨迹的一般概念。 （2）领会：根轨迹满足的两个条件。 2、绘制根轨迹的基本规则和方法（重点） （1）领会：根轨迹的绘制的基本法则 （2）综合应用：能熟练绘制系统的概略根轨迹 3、用根轨迹分析控制系统（次重点） （1）简单应用：根轨迹法分析系统的性能 4、根轨迹的改造（一般） （1）识记：增加开环零、极点能改变闭环的根轨迹。 控制系统的频率特性分析法 （一）学习目的与要求 通过本章的学习，使学生了解系统频率特性的一般概念，学会绘制系统开环频率特性（包括复平面内的频率特性和对数幅相频率特性），掌握运用系统开环频率特性分析系统性能及动态过程的方法。 （二）课程内容 第一节 频率特性的定义，频率特性与传递函数之间的关系。 第二节 绘制六个基本环节的频率特性曲线。 第三节 开环频率特性曲线的概略绘制方法。 第四节 判断系统稳定的奈氏判据。讨论对数频率特性的奈氏稳定性判别。 第五节 开环频率特性的重要性能指标及其与系统三大性能之间的关系。 （三）考核知识点 1、频率特性的基本概念。 2、典型环节的频率特性绘制。 3、开环系统的频率特性。 4、乃奎斯特稳定性判据。 5、频率法分析系统的稳态性能。 （四）考核要求 1、频率特性的基本概念（次重点） （1）识记：频率特性的概念及其与传递函数的关系。 2、典型环节的频率特性（重点） （1）简单应用：正确绘制几种典型环节的频率特性（包括复平面上开环幅相频率特性和对数幅频、相频特性）。 3、系统的开环频率特性（次重点） （1）简单应用：正确绘制开环系统的幅相频率特性（乃奎斯特图）和对数幅频、相频特性（伯德图）。 4、频域法分析闭环系统的稳定性（重点） （1）领会：幅角原理和乃奎斯特稳定性判据及对数频率稳定性判据。 （2）综合应用：熟练掌握乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据，应用上述稳定判据判断系统的稳定性。 5、用开环频率特性分析系统的性能（次重点） （1）领会：开环频率特性与系统性能的关系 第六章 控制系统的校正 （一）学习目的与要求 通过本章的学习使学生了解系统校正的基本方法，理解各种校正方法的基本原理。 （二）课程内容 系统性能指标的分类，对数幅频特性的形状与系统性能指标的关系，校正方式 第二节 相位超前校正装置的结构、频率特性及作用，校正的方法。 第三节 串联滞后校正装置的结构、频率特性及作用，校正的方法。 相位滞后-超前校正装置的结构、频率特性及作用，校正的方法。 第五节 常用的几类期望对数频率特性，期望串联校正方法 第六节 PID控制器的结构，常用的几种组合方式，PID控制器的频率特性及作用。 第七节 局部反馈对系统性能的影响，局部校正的方法 （三）考核知识点 1、校正的基本概念。 2、常用校正装置。 3、串联校正。 4、反馈校正。 （四）考核要求 1、控制系统校正的基本概念（一般） （1）识记：校正的概念，常用的校正方式有两种（串联校正和反馈校正）。 （2）领会：对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响 2、串联校正（一般） （1）领会：串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后超前校正、期望串联校正的原理。 3、PID控制器（一般） （1）领会：PID控制器的作用。 4、反馈校正（一般） （1）领会：局部反馈校正的一般特性。 三、关于大纲的说明与考核实施要求 （一）自学考试大纲的目的和作用 课程自学大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。 课程自学大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。 （二）课程自学考试大纲与教材的关系 课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，但在大纲中对考核的要求一定要适当。 大纲与教材所体现的课程内容应基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有。反过来教材里的内容，大纲里就不一定体现。 （三）自学教材 指定使用教材：自动控制原理 陈铁牛 主编 机械工业出版社 2006年7月第1版.参考教材：自动控制原理 孙炳达 主编 机械工业出版社 2007年2月版 自控控制原理 张晋格 主编 哈尔滨工业大学出版社 2004年5月版 控制工程基础 孔祥东 主编 机械工业出版社 2008年1月版 （四）自学要求和自学方法的指导 本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的，课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试的主要内容。 为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在各章的基本要求中也指明了各章内容的重点和难点。 建议学生在自学时应做到以下几点： 1、在开始学习指定教材每一章之前，应先阅读大纲中有关这一章考核知识点及对知识点的能力层次要求即考核目标，使阅读教材有的放矢。 2、阅读教材时，要仔细阅读逐句推敲，深刻理解基本概念、基本理论，牢固掌握基本方法与技能。 3、自学过程中坚持做好读书笔记，做到有归纳、有总结、有理解、有提高。自学过程中除了勤于思考外，还要勤于提问，勤于请教，切忌死记硬背，生搬硬套，急于求成。要注意所学内容纵向和横向的联系。 （五）对社会助学的要求 1、熟知考试大纲对课程提出的目标总要求和各章掌握的知识点；熟知各知识点要求达到的能力层次，并深刻体会与理解各知识点的考核目标。 2、辅导时应以考试大纲为准，指定教材为基础，避免随意超纲，且应突出重点。 3、助学学时：本课程共5学分，建议总助学80学时。课时分配如下： 章 次 内 容 学 时 第一章 自动控制系统的基本概念 4第二章 自动控制系统的数学描述方法 10第三章 控制系统的时域分析法 14第四章 控制系统的根轨迹分析法 10第五章 控制系统的频域分析法 14第六章 控制系统的校正 6总复习 6总 计 64（六