哈工大自动控制原理本科教学要求

哈尔滨工业大学自动控制原理本科教学要求自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。 自动控制原理I教学大纲 课程编号： T1043010 课程中文名称： 自动控制原理 课程英文名称： AutomaticControlTheory 总学时：100讲课学时：88实验学时：16 习题课学时：0上机学时： 学分：6.0 授课对象：自动控制专业本科生 先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：自动控制原理（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 参考书：自动控制原理（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年 LinearControlSystemAnalysisandDesign（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的： 自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。 本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。 通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。 二、教学内容及基本要求 第一章控制系统的一般概念（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。 第七章非线性控制系统分析（8学时） 非线性控制系统引言，相平面法，描述函数法，利用非线性特性改善控制系统性能。 第八章线性离散系统的分析与综合（12学时） 采样过程，采样周期的选取，信号保持，Z变换，脉冲传递函数，稳定性分析。线性数字控制系统的时域分析，线性离散系统的数字校正，连续校正环节的离散化，数字校正的实现。 实验项目明细： 1二阶系统模拟机仿真，2学时 2小功率随动系统的分析与校正，3学时 3调速系统的分析与校正，3学时 4计算机控制系统，4学时 5控制系统计算机辅助设计，4学时 现代控制理论教学大纲(44学时) 课程编码： T1040031 课程名称： 现代控制理论 课程英文名称：ModernControlTheory 总学时：44 讲课学时：36 习题课学时：0 实验学时：8 上机学时：12 开课单位：航天学院控制科学与工程系控制理论及应用教研室 开课对象：控制类专业本科生 预修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：自控原理（下）李友善主编，国防工业出版社，1994年 参考书：现代控制理论（第2版）刘豹主编机械出版社2000年 现代控制工程（第三版）Ogata著电子出版社2000年 自控原理（第二版）胡寿松主编，北航出版社，1998年 LinearControlSystemAnalysisandDesign（第四版）清华大学出版社，2000年 一、本课程的教学目的和要求及其在教学中的地位： 通过本课程的学习使学生了解现代控制理论的基本内容、自动控制系统的状态空间分析方法，掌握综合线性系统的原理和方法以及最优控制的基本理论，对现代控制理论有全面的掌握，对系统辩识、最优控制、计算机控制的理论有深入了解。掌握非线性系统的稳定性及其理论，掌握线性和非线性系统稳定性的基本分析方法。 二、本课程的主要教学内容、各章节内容及其学时安排 本课程是自动控制原理课程的继续，前8章在自动控制原理课中讲。 第九章线性系统状态空间分析法(12学时) 1状态空间的基本概念 2控制系统状态空间表达式 3线性定常系统的分析 4线性时变系统的分析 5线性离散系统的分析 6.线性状态方程的离散化 第十章李雅普诺夫稳定性分析（8学时） 1李雅普诺夫意义下的稳定性 2判别系统稳定性的李雅普诺夫方法 3应用李雅普诺夫方法分析线性系统稳定性 4应用李雅普诺夫方法分析非线性系统稳定性 第十一章线性系统的状态空间综合法（10学时） 1线性系统的能控性和能观性 2线性系统的结构分析 3线性系统的状态反馈和输出反馈 4线性系统的状态观测器 5线性系统的解耦 6线性系统的实现 第十二章最优控制（6学时） 1最优控制的一般提法 2应用变分法求解无约束问题的最优控制 3极小值原理 4线性二次型最优控制问题 5动态规划 三、其他教学环节安排： 1、实验内容(8学时) （1）数字控制系统实验（4学时） a.数字控制系统的基本组成 b.数字控制系统的设计 （2）现代控制理论实验（4学时） a.控制系统状态空间分析法计算机辅助设计 b.二阶倒立摆实验 2、上机： 课外学时：20 四、考试权重： 平时成绩20；期末成绩80 非自动控制专业的自动控制原理课程有 自动控制原理（70学时） 自动控制原理（60学时） 两种供不同专业选择 自动控制原理课程教学大纲 课程编码： T1041010 课程名称： 自控原理 课程英文名称：AutomaticControlTheory 总学时：70 讲课学时：60 习题课学时：0 实验学时：10 上机学时：10（课外） 学分： 开课对象：非控制类专业本科生 预修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：自动控制原理梅晓榕主编，科学出版社，2002年 自动控制原理（修订版）鄢景华主编哈工大出版社，2002年 参考书：自动控制原理（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 LinearControlSystemAnalysisandDesign（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的 自动控制原理是工科专业的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。通过本课程的学习使学生了解自动控制系统的组成和基本理论，主要掌握应用时域法和频域法分析和综合线性系统的基本原理和方法，对现代控制理论有一定的掌握，了解用状态空间法分析和设计线性系统的基本方法。 二、教学内容及基本要求 第一章自动控制概论（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（8学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，典型系统的方框图与传递函数，方框图化简，梅森增益公式 第三章控制系统的时域分析（12学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，闭环主导极点的概念。稳定的基本概念和定义，线性系统稳定的充要条件，劳斯稳定判据，控制系统的稳态误差，稳态误差的计算，减小稳态误差的方法。 第四章根轨迹法（8学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析。 第五章频率特性法（18学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性，控制系统的性能指标，系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 控制系统校正的基本方法，基本控制规律，相位超前校正网络，按频率特性法确定相位超前校正参数，相位滞后网络，按频