《控制理论基础》课堂教学方案32学时.doc

电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第1讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1. 理解自动控制系统的基本概念（如开环控制、闭环控制，反馈的特点与作用）；2. 辨别控制系统的类型；3. 反馈控制系统的组成，常用术语及定义；4. 明确自动控制系统的任务，初步掌握按原理图画原理方块图的原理。重点：1. 反馈控制系统的作用与概念；2. 反馈控制系统的特点和存在的问题。难点： 理解“检测偏差用于纠正偏差”原理本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 通过生活中自动控制应用实例说明学习这门课的重要性； 2. 结合多媒体照片讲解过程控制实验室中锅炉液位和温度控制系统的工作原理等； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计1. 请学生举出生活中体现自动控制应用的例子本讲布置的作业、思考题等内容一、 填空题1、自动控制系统的基本控制方式为： 、 、 。2、某系统的微分方程为：，其中为输出量，为输入量，则该系统为 系统。 二、复习拉斯变换（重点是部分分式展开法）作业题：课后习题1-1，1-10电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第2讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1. 熟练掌握拉斯变换及拉斯反变换；2. 掌握微分方程式的列写方法及求解；3. 了解非线性问题进行小偏差线性化的方法。重点：1、 掌握有源电路网络和无源电路网络微分方程式的列写；2、 掌握机械平移系统微分方程式的列写。难点： 机械平移系统分析时受力方向的判断本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 回顾总结上节课内容； 2. 结合算例讲解微分方程式的列写； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生回顾前学课程知识及存在非线性问题的实物本讲布置的作业、思考题等内容一、 计算题1、下图为弹簧-质量-阻尼器机械位移系统，试列写质量在外力F(t)作用下，位移的微分方程。作业：课后习题2-3（a）电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第3讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 理解传递函数的定义、性质和意义；2、 熟悉计算传递函数的零点和极点，并了解它们与系统输出的关系；3、 了解典型环节及其传递函数。重点：1、 传递函数与微分方程这两种数学模型之间的转换关系；2、 传递函数的求解。难点： 传递函数的定义中零初始条件的理解本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 回顾总结上节课内容； 2. 结合典型环节讲解传递函数的求取； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生回答传递函数与微分方程这两种数学模型之间的对应关系本讲布置的作业、思考题等内容一、 计算题1、下图为弹簧-质量-阻尼器机械位移系统，试列写质量在输入外力F(t)作用下，输出位移的传递函数。作业：课后习题2-3(b)，2-4电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第4讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、了解由微分方程建立动态结构图，并通过等效变换求传递函数的方法；2、掌握方块图的变换和简化及求传递函数；3、熟练掌握信号流图及梅逊公式求传递函数的方法。重点：1、数学模型是系统分析和设计的基础；2、系统数学模型各个种类（微分方程、传递函数、方块图、信号流图）及之间的变换关系。难点：传函结构的不确定性、方块图的建立和简化、信号流图的建立和求解本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系1、 回顾总结上节课内容；2、 结合实例讲解方块图简化求传递函数的方法；3、 结合算例讲解由方块图建立信号流图及求传递函数的方法；4、 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计请学生讲解信号流图求传递函数的习题一道本讲布置的作业、思考题等内容一、 计算题1、 设系统方块图如下：S-1 -2 C(S)S（1）试绘制信号流图 （2）试求闭环传递函数作业：课后习题2-6，2-9(b),2-11(b)（c）（用方块图简化）(d)用信号流图法求解电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第5讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 握典型输入信号形式及规定典型信号的意义；2、 理解动态过程、稳态过程、动态性能、稳态性能等概念；3、 掌握五个动态性能指标参数概念及意义； 4、掌握一阶系统响应分析。重点：1、基本概念的理解和掌握；2、掌握一阶系统动态性能指标的计算。难点： 调节时间的定义理解本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 回顾总结上节课内容； 2. 结合多媒体讲解五个动态性能指标参数定义； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生查阅资料，利用MATLAB编程以实现显示五个动态性能指标参数本讲布置的作业、思考题等内容、填空题1、 控制系统的要求是 、 、 。2、 系统响应可分为 和 。二、计算题1、已知某控制系统的闭环传递函数为，试分析参数,分别对系统动态性能有什么影响？作业：课后习题3-1电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第6讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 熟悉二阶系统在不同参数情况下的单位阶跃响应；2、 掌握二阶系统欠阻尼情况下性能指标的计算；3、 了解主导极点的概念及高阶系统的近似分析方法。重点：1、二阶欠阻尼系统的五个动态性能指标参数的计算；2、主导极点的概念理解。难点： 二阶系统中阻尼系数和频率对动态性能指标参数的影响本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 回顾总结上节课内容； 2. 结合多媒体讲解二阶系统在不同参数情况下的单位阶跃响应及对动态性能指标参数的影响； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生归纳二阶系统中阻尼系数和频率对动态性能指标参数的影响本讲布置的作业、思考题等内容、计算题1、已知某二阶系统的单位阶跃响应曲线如下，试求其二阶系统闭环传递函数。作业：课后习题3-6,3-7电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第7讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 理解稳定性的概念及定义；2、 掌握用劳思稳定判据判断系统稳定性和确定系统各种参数的稳定取值范围；3、 熟悉系统稳态误差的计算方法并了解减小稳态误差的措施。重点：1、稳定性及劳思判据；2、稳态误差。难点： 误差的两种定义理解及扰动作用下稳态误差的求取本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1. 回顾总结上节课内容； 2. 结合算例讲解稳定性判断和稳态误差的计算； 3. 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生利用输入端定义稳态误差法推导典型输入信号下稳态误差的计算公式本讲布置的作业、思考题等内容、填空题1、线性连续系统稳定的充要条件是 。二、计算题1、已知系统特征方程式为，试用劳思判据判别系统的稳定性。 作业：课后习题 3-13，3-15（2）电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第8讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 掌握根轨迹的定义、根轨迹方程、幅值条件和相角条件；2、 了解闭环零、极点与开环零、极点之间的关系；3、掌握常规根轨迹的绘制。重点：1、根轨迹定义的理解和掌握；2、掌握常规根轨迹的绘制。难点：由已知的闭环特征根计算开环增益本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系1、 回顾总结上节课内容；2、 举例绘制常规根轨迹；3、 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生回答常规根轨迹绘制时应满足的幅值条件和相角条件本讲布置的作业、思考题等内容一、 填空题1、根轨迹起始于 ，终止于 。二、计算题1、 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ，试绘制系统概略根轨迹。作业题：课后习题4-1，4-3 电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第9讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、了解广义根轨迹的定义；2、掌握用根轨迹法分析闭环控制系统的稳定性；3、了解系统的广义根轨迹绘制方法。重点：由根轨迹分析控制系统性能难点：常规根轨迹与广义根轨迹的区分及广义根轨迹的绘制方法本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系1、 回顾总结上节课内容；2、 举例绘制参数根轨迹并进行相关参数分析；3、 本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生回答常规根轨迹与广义根轨迹的区分本讲布置的作业、思考题等内容一、计算题1、 已知单位负反馈系统的开环传递函数为，（1） 试绘制从零变化到无穷时的根轨迹。（2） 当为何值时，该系统的单位阶跃响应曲线为按指数规律衰减的震荡系统？（3） 当为何值时，该系统稳定？二、 证明题1、已知某单位负反馈系统开环传递函数为，试证明其闭环系统根轨迹为以为圆心，以该圆心到分离点的距离为半径的圆的一部分。作业题：课后习题4-4，补充题1题电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第10讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、掌握频率特性的基本概念，数学本质及意义；2、了解频率响应的概念，会计算正弦输入信号下的频率响应；3、熟悉典型环节的频率特性；4、掌握绘制系统开环幅相曲线的方法。重点：1、频率特性的概念；2、开环幅相曲线的绘制。难点：绘制带有微分环节系统传函的幅相曲线本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1、回顾总结上节课内容； 2、与多媒体相结合，直观地引出频率响应的概念； 3、本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生上黑板绘制开环幅相曲线并做讲解本讲布置的作业、思考题等内容一、计算题1、 已知系统的开环传递函数为，试绘制其开环幅相曲线。作业：课后习题5-4 电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第11讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、掌握绘制对数幅频特性曲线的方法；2、掌握奈氏稳定判据及其在分析系统中的应用；3、了解对数频率稳定判据。重点：1、 奈氏稳定判据的应用；2、 对数幅频特性曲线绘制。难点：对数频率稳定判据与奈氏判据的对应关系本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1、回顾总结上节课内容； 2、结合算例讲解对数幅频特性曲线绘制； 3、本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生回答奈氏稳定判据中穿越次数N的计算本讲布置的作业、思考题等内容一、计算题1、已知系统的开环传递函数为，试绘制其对数幅频渐近曲线并计算其剪切频率。2、已知系统的开环传递函数为，试用奈氏稳定判据判别该系统的稳定性。作业：课后习题5-5，5-10(b)，5-12（1，4，6,8）电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第12讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、掌握稳定裕度（相角裕度和幅值裕度）的概念和计算；2、了解开环对数幅频特性与系统稳态误差、稳定性和瞬态响应的关系；3、了解系统频率响应与时域响应的关系。重点：相对稳定性的概念和稳定裕度的计算难点：频域指标参数与时域指标参数的关系本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1、回顾总结上节课内容； 2、结合多媒体讲解稳定裕度等概念； 3、本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生区分剪切频率和穿越频率之概念。本讲布置的作业、思考题等内容一、计算题1、 已知系统的开环传递函数为，（1） 试计算相角裕度（2） 试计算幅值裕度（3） 试判断系统的稳定性。作业：补充题1题电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第13讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 了解离散系统的基本概念、特点及主要的研究方法；2、 熟悉控制系统采样过程和采样定理；3、 了解采样信号的恢复（零阶和一阶保持器）。重点：1、信号的采样和保持；2、采样定理。难点：信号的频谱分析本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1、回顾总结上节课内容； 2、采用前后连贯式教学，把离散系统与前面连续系统进行比较式教学； 3、本讲内容是后续内容的基础。本讲师生互动设计 请学生例取现实生活中离散控制系统的例子本讲布置的作业、思考题等内容一、填空题1、在香农采样定理中，如果采样器的输入信号e(t)具有有限带宽，并且具有直到的频率分量，则使信号e(t)完满地从采样信号中恢复过来的采样周期T应满足 。复习：Z变换及Z反变换电气工程学院控制理论基础课堂教学方案学院教师姓名课程名称学分/学时课程性质第几讲学年/学期电气工程学院王 娟控制理论基础2/32专业选修课第14讲20072008(1)本讲知识点、重点、难点知识点：1、 掌握Z变换及Z反变换；2、 掌握脉冲传递函数（开环和闭环脉冲传递函数）的求取；3、 掌握采样控制系统的数学模型（差分方程、脉冲传递函数）及之间的相互转化。重点：1、 Z变换及脉冲传递函数；2、 差分方程与脉冲传递函数之间的转换关系。难点：脉冲传递函数的求取本讲所用方法和手段、与上一讲的衔接，与下一讲的联系 1、