《自动控制原理与系统》课程标准.doc

自动控制原理与系统课程教学标准 目 录一、 前言1.课程的地位和作用1.1课程的地位1.2课程的作用二、主要教学内容描述1. 自动控制系统的基本概念2. 自动控制系统的数学模型3. 自动控制系统的分析方法4. 自动控制系统的校正方法5. 非线性控制系统的分析三、重点和难点1.重点2.难点四、内容及要求1.模块一 自动控制系统的基本概念2.模块二 自动控制系统的数学模型3.模块三 自动控制系统的时域分析法4.模块四 自动控制系统的根轨迹法5.模块五 自动控制系统的频域分析法6.模块六 自动控制系统的校正方法7.模块七 非线性控制系统分析五、说明1.建议使用教材和参考资料2.模块学时分配3.考核方法及手段4.注意事项课程名称：自动控制原理与系统适用专业：电气自动化必备基础知识：高等数学、物理学、电路、模拟电子技术一、前言1、课程的地位和作用1.1课程的地位自动控制原理与系统是电气自动化专业的一门专业基础课，也是该专业的主干必修课之一。本课程研究控制系统分析与设计的基础知识，包括线性控制系统的建模，时域分析法，根轨迹法，频域分析法三大分析方法，以及系统的校正与计算机辅助分析。1.2课程的作用通过本课程的学习，要求学生掌握反馈控制系统的构成，控制系统数学模型的建立方法及系统时域、频域分析和校正方法，能初步具备理论联系实际，应用控制理论初步解决实际问题的能力，为以后的工作打下良好的基础。二、主要教学内容描述1、自动控制系统的基本概念2、自动控制系统的数学模型3、自动控制系统的分析方法4、自动控制系统的校正方法5、非线性控制系统的分析三、重点和难点1、重点开环与闭环控制的基本原理和特点，传递函数的概念，闭环系统传递函数的求取，时域分析法，根轨迹法和频域分析法的概念和特点，熟练运用开环对数频率特性曲线分析系统的稳定性，稳态性和动态性指标，各环节对系统性能指标的影响以及提高系统性能指标的方法，校正环节对系统性能的影响2、难点由原理图绘制系统方块图的方法，系统框图的等效变换，根轨迹的绘制，系统开环对数频率特性曲线的绘制，由最小相位系统的开环对数频率特性曲线确定系统的开环传递函数的方法，稳定裕度概念以及与系统相对稳定性的关系，开环对数频率特性曲线的三频段法分析系统的性能指标，串联校正环节对系统性能指标的影响四、内容及要求模块一：自动控制系统的基本概念1、教学内容（1）自动控制系统及其任务、控制的基本方式、负反馈控制原理（2）自动控制系统的基本组成及分类、对自动控制系统的基本要求2、教学要求（1）掌握开环、闭环控制系统的特点及闭环系统的组成和分类。（2）了解由系统工作原理图画出系统方块图的方法。（3）理解自动控制的基本概念（被控对象，被控量，给定量，干扰量等）模块二：自动控制系统的数学模型1、教学内容（1）自动控制系统的微分方程（2）自动控制系统的传递函数（3）自动控制系统的系统框图2、教学要求（1）掌握传递函数的概念，系统框图的建立与等效变换（2）了解控制系统微分方程的建立，常用部件的传递函数（3）理解传递函数与微分方程之间的关系，传递函数的性质及局限性。模块三：自动控制系统的时域分析法1、教学内容（1）时域分析的基本概念（2）一二阶系统的时域响应（3）线性系统稳态误差的概念（4）稳定判据，控制系统的稳态误差2、教学要求（1）掌握时域分析的一般方法以及稳态误差的求取（2）了解稳定判据和控制系统的型别，一二阶系统阶跃响应与系统参数间的关系（3）理解稳态误差的概念3、教学手段及方法：计算机仿真4、实训项目及要求（1）项目1：用simulink软件建立系统模型及系统仿真内容：G(s)=100/s(s+4)要求：用simulink软件建立该系统的框图模型，并仿真其单位阶跃响应曲线目的：熟练运用simulink软件，并通过系统仿真验证理论。（2）项目2：控制系统特性分析的matlab实现内容：G(s)=3(2s+1)/s(s+2)(s-1)要求：用matlab软件绘出该系统的单位斜坡响应曲线，并求单位斜坡响应稳态误差目的：深化稳态误差的概念，熟练运用matlab软件求解系统稳态误差模块四：自动控制系统的根轨迹法1、教学内容（1）根轨迹的基本概念（2）根轨迹的绘制法则，用根轨迹分析系统的暂态特性（3）开环零极点的变化对根轨迹的影响2、教学要求（1）掌握根轨迹法的绘制法则，并能够用根轨迹分析系统的特性（2）了解根轨迹和根轨迹方程的一般概念（3）理解根轨迹中入射角和出射角的绘制方法以及添加零极点对根轨迹的影响3、教学手段及方法：计算机仿真4、实训项目及要求（1）项目1：用matlab软件绘制根轨迹内容：G(s)=K(s+1)/s(s+3) (s2+4s+8)要求：应用matlab软件绘制该开环传递函数的闭环根轨迹目的：熟练运用matlab软件绘制系统的根轨迹。模块五：自动控制系统的频域分析法1、教学内容（1）频域分析的基本概念（2）典型环节的频率特性（3）系统开环频率特性曲线的绘制与奈奎斯特稳定判据（4）稳定裕量与相对稳定性（5）三频段的概念：开环对数频率特性与系统稳定性，稳态性，动态性的关系2、教学要求（1）掌握系统开环对数频率特性的绘制，并能由开环对数频率特性曲线确定系统的开环传递函数，掌握三频段法分析系统性能的方法（2）了解典型环节的频率特性，奈奎斯特稳定判据（3）理解稳定裕量与相对稳定性的概念3、教学手段及方法：计算机仿真4、实训项目及要求（1）项目1：控制系统特性分析的matlab实现内容：G(s)=100/s(s+4)要求：用matlab软件直接求解闭环特征根，并判别系统稳定性目的：熟练运用matlab软件求解方程的根。（2）项目2：控制系统特性分析的matlab实现内容：G(s)=5/s(0.1s+1)(0.01s+1)要求：用matlab软件求系统的幅值裕度和相位裕度，并判断系统的相对稳定性目的：深化稳定裕度与相对稳定性的关系，熟练运用matlab软件求解系统的幅值裕度和相位裕度。模块六：自动控制系统的校正方法1、教学内容（1）系统校正的基本概念和校正装置（2）串联超前（微分）校正，串联滞后（积分）校正，串联滞后超前（积分微分）校正，反馈校正，顺馈校正2、教学要求（1）掌握串联校正对系统性能的影响（2）了解常用的无源校正装置与有源校正装置的区别和特点（3）理解串联校正、反馈校正、顺馈校正的优点与不足3、教学手段及方法：计算机仿真4、实训项目及要求（1）项目1：控制系统校正的matlab实现内容：G(s)= 35/s(0.2s+1)(0.01s+1)(0.005s+1) Gc(s)=2(0.2s+1)(0.1s+1)/0.2s要求：用matlab软件绘出该系统校正前后的单位阶跃响应曲线，并分析PID较正对系统性能的影响目的：熟练运用matlab软件求解系统的单位阶跃响应曲线，了解PID校正对系统的影响模块七：非线性控制系统分析1、教学内容（1）非线性系统的基本概念（2）非线性系统的线性化（3）描述函数法2、教学要求（1）了解非线性系统的线性化及描述函数法（2）理解非线性系统的概念五、说明1、建议使用教材和参考资料教材：参考书：李友善主编，自动控制原理（修订版），国防工业出版社，2000 任彦硕主编，自动控制原理（第1版），机械工业出版社，20062、模块学时分配序号模 块 名 称理论教学学时实践教学学时小计1自动控制系统的基本概念222自动控制系统的数学模型883自动控制系统的时域分析法82104自动控制系统的根轨迹法82105自动控制系统的频域分析法82106自动控制系统的校正方法82107非线性控制系统分析668机动44合 计528603、考核方法及手段（1）本课程为闭卷考试（70%-80%）（2）适当考虑平时作业和出勤情况（10%-20%）和上机成绩（10%）4、注意事项（1）主要讲述古典控制理论，研究对象为线性连续系统，研究方法以频率特性发为重点。（2）为适应高职教学，在