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浙大自动化本科教学大纲One*2 整理自动控制理论微积分、线性代数、复变函数、电路、过程工程原理等课程号： 11120310课程名称：自动控制原理() 英文名称：Automatic Control Theory and System周学时： 4.0-0.0()；2.5-1.0() 学分：7.0 其中4.0()；3.0()预修要求：微积分、线性代数、复变函数、电路、过程工程原理等内容简介：本课程较为系统地介绍自动控制理论的基本概念、原理与应用。内容上首先介绍控制系统在时域、复域与状态空间的数学模型的描述、推导及其结构图与信号流图的表示、演算。在此基础上，较为全面地阐述线性控制系统的时域分析方法、根轨迹分析法、频域分析法及其校正和设计、线性离散系统的基础理论、线性系统的状态空间分析与综合以及非线性控制系统分析的基本概念与方法等自动控制理论的基本理论与方法。选用教材或参考书： 教材1：化工过程控制原理（第二版）. 周春晖主编. 北京：化学工业出版社. 1998.4参考书： 自动控制原理(第四版). 胡寿松主编. 北京：科学出版社, 2001年2月. (该书初版于1979年，前三版均由国防工业出版社出版)教材2：Linear Control System Analysis and Design 清华大学出版社和McGraw-Hill联合出版 作者： John J.Dazzo and Constantine H.Houpis一、课程的教学目的和基本要求自动控制理论是自动化专业的最重要的专业基础理论课，也是相关专业的基础课之一。随着科技的发展，自动控制系统在国防、航空、航天、工业、通讯等各个方面都已成为不可或缺的重要组成部分。通过本课程的学习，希望能奠定学生在控制理论与应用方面的扎实基础，为学习后继的专业课程、进行科研以及工作等都打下良好的理论基础。本课程的主要内容涵盖了：动态系统的数学模型建立、线性系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法及其校正和设计、线性离散系统的基础理论与分析方法、线性系统的状态空间设计方法、李雅普诺夫稳定性分析、非线性系统的基本概念等。教学上力求精讲多练，加强习题关，以使学生打下较为坚实的理论基础。通过对自动控制原理的学习，要求学生初步掌握自动控制系统的基本概念与原理，经典控制理论中的主要系统分析方法，掌握其校正与设计技术，了解其应用。同时通过对自动控制基本理论的系统学习，使得学生不仅加深对控制问题本身的理解，而且了解到目前所学内容的某些应用方面和进一步研究的方向，为今后的研究与技术工作奠定良好的理论基础。二、相关教学环节安排自动控制原理是本专业重要的基础理论课。教学任务分成(上)、(下)两个学期完成。所以除了课堂学习外，每周均安排足够量的习题让学习通过实践练习，加深对基本概念、基本理论和基本方法的掌握与应用。授课时间与作业时间的比例约为1：2。三、程主要内容及学时分配第一学期：每周4学时，共17周(其中16周用于授课，1周考试)主要内容：(一) 自动控制的一般概念 3学时1控制的基本原理与组成 1学时2自动控制系统的示例及分类 1学时3对自动控制系统的基本要求 1学时(二) 动态系统的数学模型 16学时1.控制系统的微分方程模型 3学时2.控制系统的复域数学模型 2学时3.控制系统的结构图与信号流图 3学时4.控制系统的状态空间模型 3学时5.数学模型的实验测定及典型系统的数学模型 2学时6.数学模型各种表达式之间的对应关系 3学时(三) 线性系统的时域分析法 14学时1.控制系统时间响应的性能指标 1学时2.一阶系统的时域分析 1学时3.二阶系统的时域分析 3学时4.高阶系统的时域分析 1学时5.线性系统的稳定性分析 3学时6.线性系统的稳态误差计算 2学时7.控制系统的状态方程求解与分析 3学时(四) 线性系统的根轨迹法 12学时1.根轨迹法的基本概念 1学时2.根轨迹绘制的基本法则 6学时3.根轨迹法的推广 3学时4.系统性能的分析 2学时(五) 线性系统的频率分析法 12学时1频率特性 2学时2开环系统的典型环节分解与开环频率特性曲线 5学时3频率域稳定判据 3学时4稳定裕度 2学时(六) 线性系统的校正方法 7学时1系统的设计与校正问题 1学时2常用的校正装置及其特性 3学时3串联校正与反馈校正 3学时第二学期：授课每周2.5学时，共17周(其中16周用于授课，1周考试,实验课程16学时单列)授课主要内容(40学时)：(七) 线性离散系统的分析与校正 16学时1离散系统的基本概念 2学时2Z变换理论 3学时3离散系统的数学模型 4学时4离散系统的稳定性与稳态误差 3学时5离散系统的动态性能分析及数字校正 4学时(八) 线性系统的状态空间分析与综合 16学时1线性系统的可控性与可观测性 4学时2线性定常系统的线性变换与标准形 4学时3线性定常系统的状态反馈 4学时4线性定常系统的状态观测器 4学时(九) 非线性控制系统简介 8学时1非线性控制系统概述 1学时2描述函数法 3学时3李亚普诺夫稳定性分析 4学时实验课主要内容(16学时)：1MATLAB环境介绍以及操作说明。 1学时2拉氏变换和Z变换 2学时3控制系统模型建立以及相互转换 3学时4控制系统分析：时域、根轨迹和频域分析 4学时5状态空间系统分析、极点配置以及观测器的建立 4学时6最优控制系统设计：状态反馈和输出反馈的线性二次型最优调节器设计 2学时一、教材及主要参考书教材1：周春晖主编.化工过程控制原理（第二版）. 北京：化学工业出版社. 1998.4参考书：胡寿松主编. 自动控制原理(第四版). 北京：科学出版社, 2001年2月. 教材2：Linear Control System Analysis and Design 清华大学出版社和McGraw-Hill联合出版 作者： John J.Dazzo and Constantine H.Houpis过程工程原理及实验（乙）高等数学、普通物理动量传递、热量传递、质量传递（三传）的基本理论，过程工业中常用的基于三传的物理加工过程（即单元操作，包括流体输送、机械分离、换热、蒸发、吸收、精馏、萃取、干燥）的基本原理及其工艺计算，相应单元操作的设备结构和特点。相应单元操作的实验。过程工程原理及实验（乙）教学大纲课程名称（含英文名）：过程工程原理及实验（乙） Process Engineering Principles and Experiments (B)一、课程号：09110051二、周学时：4-2 学分：5三、教学目的和教学要求通过过程工程原理及实验（乙）的学习，使学生了解动量传递、热量传递、质量传递（三传）的基本理论，掌握过程工业中常用的基于三传的物理加工过程（即单元操作，包括流体输送、机械分离、换热、蒸发、吸收、精馏、萃取、干燥）的基本原理，熟练进行相应单元操作的工艺计算，并了解相应单元操作的设备结构和特点。熟悉相应单元操作的实验。四、教学内容和课时分配教学安排共17周。理论课每周4学时，实验课每周2学时。理论课主要内容：（一）绪论 0.5学时本课程的性质、内容和学习方法、学习要求。（二）流体力学基础 12.5学时1、基本概念：流体的性质、连续介质模型。2、流体静力学及其应用：静止流体所受的力、流体静力学基本方程、静力学原理在压力和压力差测量上的应用。3、流体流动的基本方程：流速、流量、牛顿黏性定律、流动类型和雷诺数、几种时间导数、连续性方程、运动方程、总能量衡算和机械能衡算方程。4、管路计算：简单管路、复杂管路、管网简介、可压缩流体的管路计算。5、边界层及边界层方程：普兰特边界层理论、边界层积分动量方程及其应用、边界层分离。6、湍流：湍流特点及其研究方法、湍流应力。7、流速、流量测量：变压头流量计、变截面流量计。（三）流体输送机械 4学时 1、速度式流体输送机械：离心式流体输送机械的基本方程、离心泵与离心通风机的结构、工作原理与分类、离心泵与离心通风机的性能、离心泵与离心通风机的特性曲线、离心泵与离心通风机的工作点和流量调节、离心泵与离心通风机的安装和选用、其他速度式流体输送机械。 2、容积式流体输送机械：往复式流体输送机械工作原理、往复泵、往复压缩机、其他容积式流体输送机械、流体输送机械的特点。（四）机械分离与固体流态化 4学时 1、过滤：过滤基本方程、过滤常数的测定、滤饼洗涤、过滤设备及过滤计算。 2、沉降：沉降速度、重力沉降设备、离心沉降设备。 3、固体流态化。（五）热量传递基础 6学时 1、基本概念、热量传递的三种基本方式。 2、热传导：傅立叶定律、导热系数、热传导微分方程及其定解条件、稳态热传导、非稳态热传导。3、对流传热：对流传热概述、层流流动对流传热的近似分析解法、管内强制对流传热、管外强制对流传热、自然对流传热。4、冷凝与沸腾传热。 5、辐射传热：基本概念、辐射基本定律、固体间的辐射传热、气体的热辐射、对流与辐射的复合传热。（六）传热过程计算与换热器 5学时1、传热过程分析。2、传热过程的基本方程及其应用：热量衡算方程、传热速率方程、总传热系数与壁温计算、传热过程的平均温差计算、传热效率和传热单元数、换热器计算的设计型和操作型问题。 3、换热器。（七）蒸发 2学时1、蒸发设备：蒸发器类型、结构介绍。2、单效蒸发计算。3、多效蒸发：流程介绍、效数的限制、提高加热蒸汽经济程度的各种措施。（八）质量传递基础 3学时1、分子扩散：费克定律、扩散系数、一维稳态分子扩散。2、对流传质：传质速率方程、对流传质系数。（九）气体吸收 8学时1、气液相平衡：亨利定律、相平衡常数。2、吸收速率方程。3、二元低浓气体吸收（或脱吸）计算：物料衡算和操作线方程、吸收剂用量的确定、填料层高度计算、塔板数计算、解吸（脱吸）、操作型问题分析及计算。4、高浓气体吸收。5、其它类型吸收：多组分吸收、化学吸收、非等温吸收。（十）蒸馏 11学时1、汽液相平衡：理想物系的汽液相平衡、非理想物系的汽液相平衡。2、简单蒸馏、平衡蒸馏：流程、原理及计算。3、二元连续精馏过程分析及计算：平衡级及精馏原理、全塔物料衡算、精馏段、提馏段物料衡算、进料热状况及其影响、理论板数的计算方法、回流比的选用、精馏塔热量衡算、精馏塔操作分析、其它精馏流程及其计算。4、其它蒸馏方式：水蒸汽蒸馏、间歇精馏、恒沸精馏和萃取精馏、反应精馏。5、多元精馏：多元精馏物料衡算、塔板数捷算。（十一）液-液萃取和固液萃取 4学时1、液-液相平衡：相图及杠杆原理。2、单级萃取计算。3、多级萃取流程及计算：多级错流萃取、多级逆流萃取等的流程及计算。4、液-液萃取设备：设备结构介绍。5、固液萃取。（十二）干燥 8学时1、湿空气的性质及湿度图：湿空气的性质、湿空气的t-H图、湿度图的应用。2、干燥过程的物料衡算与热量衡算：湿物料中含水率的表示方法、物料衡算、热量衡算。3、干燥速率和干燥时间：物料中的水分、干燥速率和干燥时间的计算。4、干燥器：常用工业干燥器简介。实验课主要内容：1绪论 2学时2. 相关实验内容简介 4学时3流体阻力测定 4学时4离心泵特性曲线测定 4学时5. 对流传热系数测定 4学时6. 吸收实验 4学时7. 精馏实验 4学时8. 计算机仿真实验 6学时9. 实验小结 2学时 可供选做实验：管路拆装（4学时）、流量计校正实验（4学时）、过滤实验（4学时）、包裸管实验（4学时）、干燥或真空微波干燥实验（4学时）、萃取实验（4学时）。五、考试要求 闭卷考试。试卷中，理论课内容约占90%，实验内容约占10%。课程总成绩中，笔试成绩约占90%，实验动手能力约占10%。六、推荐教材 化工原理。何潮洪，冯霄主编，北京：科学出版社，2001。化工原理仿真实验。吴嘉主编，北京：化学工业出版社，2001。 化工原理实验。浙江大学材料与化工学院化工原理实验室编。七、有关说明1、以上教学内容和安排适用于过程装备与控制工程专业、控制（自动化）专业等。2、任课教师在教学过程中可根据所授专业的特点，对各章内容与学时酌情作适当调整。现代传感技术预修要求 普通物理 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理 课程号： 11120490 课程名称：现代传感技术 英文名称：Modern Sensing Techniques周学时：3 学分：1.5预修要求：普通物理 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理内容简介： 本课程主要介绍检测技术和检测仪表中的仪表误差的基本概念，检测技术中常用的基本定律和基本规律，和常用的传感器（检测元件），包括机械式的，电阻式的，电容式的，热电式的，压电式的，光电式的，磁电式的，磁弹性式的和核辐射式的等。在介绍各种传感器时，主要介绍他们的检测原理，使用特点和应用，并重点突出传感器的共性问题。选用教材或参考书：选用教材： 张宏建主编，自动检测技术与装置，化学工业出版社，2004。 Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, Sixth Edition, Pearson Education, 2002.主要参考书： 杜维，张宏建，乐嘉华编，过程检测技术及仪表，化学工业出版社，2000。现代传感技术一、课程的教学目的和基本要求 通过现代传感技术课程的学习，使学生了解检测系统的测量误差，了解误差分析的基本原理和减少检测系统测量误差的一般方法，掌握传感技术的基本原理和基本方法。能熟练地掌握各种传感器的传感原理，使用特点，应用领域，为过程检测系统课程的学习打下良好的基础。同时通过该课程的学习培养解决实际问题的能力，能正确应用所学的传感器，并进一步能设计新型的传感器。二、相关教学环节安排 实验课单列。中英文双语教学。教学采用正常授课，自学和课堂讨论相结合方式进行。每周布置讨论思考题和作业，课后学习时间一般为23小时，主要针对基本概念和原理的学习，并培养学生解决实际测量问题的能力。三、课程主要内容及学时分配 每周3学时，8周，共24学时。1 检测技术基础 （5课时）1.1 检测技术的基本概念1.2 检测仪表的基本概念1.3 测量误差的理论基础2 检测技术的原理与方法（2课时）2.1自然规律与检测技术2.2基础效应2.3参数检测的一般方法3 机械式检测元件（2课时）3.1弹性式检测元件3.2其他机械式检测元件4 电阻式检测元件（2课时）4.1应变式检测元件4.2热电阻式检测元件4.3其他电阻式检测元件5 电容式检测元件（2课时）5.1电容式检测元件的工作原理5.2电容元件的结构和特性5.3电容式检测元件的温度补偿及抗干扰问题6 热电式检测元件（2课时）6.1热电偶检测元件6.2晶体管温度检测元件7 压电式检测元件（2课时）7.1压电效应与压电材料7.2压电式检测元件的等效电路7.3压电式检测元件的误差8 光电式检测元件（2课时）8.1光电效应8.2 光电器件的基本特性8.3光敏元件及特性9 磁电式检测元件（2课时）9.1磁电感应式检测元件9.2霍尔检测元件10 磁弹性式检测元件（2课时）10.1 磁弹性效应10.2 磁弹性式检测元件的结构及工作原理11 核辐射式检测元件（1课时）11.1 放射源11.2探测器11.3核辐射式检测元件的误差四、教材及主要参考书 选用教材： 张宏建主编，自动检测技术与装置，化学工业出版社，2004。Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, Sixth Edition, Pearson Education, 2002.主要参考书： 杜维，张宏建，乐嘉华编，过程检测技术及仪表，化学工业出版社，2000。一、有关说明 教改课程，采用正常授课，自学和课堂讨论相结合方式进行教学。微机原理与接口技术教学内容简介：微机原理与接口技术课程是一门理论与实践相结合的理工类专业基础课，其目的一方面是让同学们了解微处理机软、硬件原理和单片微机小系统的组成与接口，另一方面是为培养进行数据采集、信息处理和自动控制工作的硬件及汇编语言软件有独立分析、研究和设计能力的专业技术人才服务。本课程的授课内容主要有：微处理器及微型计算机的发展、数的各种进位计数制的表示和转换、微处理器的结构和操作时序、指令系统和汇编语言程序设计、存储器接口、I/O接口、模拟量输入和控制接口、中断定时和串行通讯、多机通讯方式及其实现、微机应用系统的开发等。浙江大学教务处在信息学院光电系建有浙江大学微处理机中心实验室（教三5楼），为本课程的实验环节提供条件。 推荐教材： 微处理机原理与接口技术 王汀主编 化学工业出版社微机原理与接口技术教学大纲Principles and Interface of Microprocessors一、 课程号： 11120200二、 周学时： 3-1 学分：3.5三、 教学目的和基本要求通过课程教学使学生从理论和实践上掌握微型计算机基本组成、工作原理及微型计算机软、硬件接口方法，建立微机系统的整体概念，并达到初步具有微机应用系统软硬件设计、开发能力。由于本课程是非计算机专业学习微机涉及软、硬件结合的计算机课程，是学生学习计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程，故软、硬件内容必须兼顾，二者不能偏废。四、 相关教学环节安排1、采用多媒体投影教学。2、实验课单列1学时（0.5学分），共计16学时。3、每周布置作业，作业量23小时，用于巩固教学和实验内容。五、 教学内容和课时分配主要内容：（一）计算机基础知识2学时1. 微处理器及微型计算机的发展、分类及特点0.5学时 2. 进位计数制的转换与运算0.5学时 3. 基本逻辑部件的外部特性0.5学时 4. 微型计算机基本组成和整机工作流程0.5学时（二）微处理器 4学时1. CPU的逻辑结构0.5学时2. CPU的引脚功能0.5学时3. 总线与操作时序2学时4. MCS-51的寻址空间1学时（三）存储器及存储接口4学时1存储器分类与特性1学时2存储器的编址方法1学时3. MCS-51存储器结构1学时4. 存储器与CPU硬件连接方法1学时（四）微处理器指令系统4学时1指令格式0.5学时2.指令支持的数据形式0.5学时3. 指令支持的寻址方式1.5学时4. 指令分类及特征1.5学时（五）汇编语言程序设计8学时1. 程序设计语言及其特点1学时2. 汇编语言程序设计基本法制2学时3. 常用程序结构及其设计5学时（六）输入/输出与中断4学时1I/O作用与控制方式0.5学时2I/O接口作用与概念0.5学时3. 中断原理与概念1学时4.MCS-51中断系统2学时（七）并行I/O接口6学时1简单并行I/O接口0.5学时2. 可编程并行接口8255 2学时3.计数器/定时器2学时4.通用并行接口1.5学时（八）串行I/O接口4学时1串行通讯的基本概念 1学时2. MCS-51串行接口 2学时3.通用串行接口 1学时（九）人机I/O接口 4学时 1. 键盘接口 1.5学时 2. LED七段显示器接口 2学时 3. LCD显示接口 0.5学时（十）模拟I/O接口 4学时1模拟量和数字量 0.5学时2. A/D转换 2学时3. D/A转换 1.5学时（十一）微机应用系统开发过程 2学时1微机最小系统概念0.5学时2源程序及目标程序的获得0.5学时3. 仿真调试与程序固化1.0学时（十二）嵌入式微处理器 6学时1.MCS-51的嵌入式微处理器2学时2.MC68HC08嵌入式微处理器4学时六、 考试要求 考试七、 推荐教材 微处理机原理与接口技术 王汀主编 化学工业出版社有关说明：由浙江大学与Motorola公司在原浙江大学微处理器中心实验室的基础上共建了浙江大学-Motorola联合微机中心，我们的微机原理课程教学改革也将在一定程度上反映这一新形式，加强欧美比较流行的Motorola微处理器的对比教学，以培养与国际接轨的21世纪人才。过程检测系统预修要求 普通物理 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理 现代传感技术 课程号： 11120500 课程名称：过程检测系统 英文名称： Process measurement system周学时：3 学分：1.5预修要求：普通物理 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理现代传感技术内容简介： 本课程主要介绍现代过程工业中的重要检测系统构成的一般理论，检测系统信息传输和规范，误差处理和非线性补偿，检测系统设计与性能优化，过程工业中温度、压力、流量、液位和成分等五大重要参数相应检测系统设计与选型等。选用教材或参考书：选用教材： 张宏建主编，自动检测技术与装置，化学工业出版社，2004。 Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, Pearson Education, 2002.主要参考书： 杜维，张宏建，乐嘉华编，过程检测技术及仪表，化学工业出版社，2000。过程检测系统一、课程的教学目的和基本要求 通过过程检测系统课程的学习，使学生形成过程检测技术及测量系统方面较为完整和系统的基本概念。了解检测系统误差分析的基本方法和检测系统构成的一般理论，检测系统信息传输和规范，非线性补偿的常用方法，检测系统设计与性能优化的一般理论与技术。掌握过程工业中温度、压力、流量、液位和成分等五大重要参数相应检测系统的设计与选型。培养学生解决实际问题的能力，使之能设计和分析过程工业一般检测系统。二、相关教学环节安排 实验课单列。中英文双语教学。教学采用正常授课和课堂讨论相结合方式进行。每周布置讨论思考题或作业，课后学习时间一般为23小时，主要针对基本概念和原理的学习，并培养学生解决实际测量问题的能力。三、课程主要内容及学时分配 每周3学时，共8周。1 检测系统的基本概念（1课时）2 检测系统的构成理论（2课时）3 测量误差的理论基础（3课时）4 检测系统中的信息处理与传输技术（3课时）5 检测系统中的非线性补偿技术 （3课时）6 检测系统设计与性能优化的一般理论与技术 （3课时）7 工程应用设计基础与实例分析（6课时）四、教材及主要参考书 选用教材： 张宏建主编，自动检测技术与装置，化学工业出版社，2004。Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, Sixth Edition, Pearson Education, 2002.主要参考书： 杜维，张宏建，乐嘉华编，过程检测技术及仪表，化学工业出版社，2000。一、有关说明 教改课程，采用正常授课和课堂讨论相结合方式进行教学。计算机控制系统与软件预修要求 微机原理与接口技术、自动控制理论、过程工程原理等 开课对象：控制系高年级学生选用教材：王慧主编，金以慧主审，计算机控制系统（修订版）. 北京：化学工业出版社，2004.12（待出版）预修课程：计算机控制系统及软件课程的主要内容涵盖了：计算机控制系统的概念、接口技术、数据通信技术、网络技术、常用控制策略、软件数据库技术、系统设计与实施技术和计算机集成制造系统等。一.课程的教学目的和基本要求教学目的：随着现代化工业复杂性与集成化程度的增加，计算机控制系统已广泛应用于各个工业领域，如过程工业的炼油、化工、炼钢、发电、环境冶理等等。实际上，计算机控制系统已是现代工业中不可或缺的部分。为此，要求在校大学生不仅要了解与掌握自动控制理论与工程、计算机技术、自动化仪表以及相关的工业背景知识，还必须从系统集成的角度掌握计算机控制系统的有关硬件、软件、控制策略、数据通信、网络技术、数据库技术等诸多方面的理论知识与技术，从而不但能够分析与应用、设计并实施满足实际工业生产需要的计算机控制系统，而且能够不断地根据已有的基础知识，迅速进行知识更新。基本要求：通过本课程的学习，使自动化专业的学生掌握计算机控制系统与软件的基本概念，掌握控制系统的接口技术、数字通信与网络技术，计算机控制系统中常用的控制策略尤其是先进控制系统的思路、方法及其特点，初步掌握根据不同规模范例、不同要求设计计算机控制系统的方法，并能结合具体的工业过程给出合理的控制方案与工程实施方案。二、相关教学环节安排1采用多媒体投影教学；2注重理论与实际相结合，重视利用仿真工具及范例进行教学与演示；3实验课学分由两部分组成：一部分是指定的仿真实验；另一部分是根据具体