《自动控制原理》课程教学大纲

1、自动控制原理课程教学大纲课程编码课程名称自动控制原理课程英文名称Theory of Automatic Control先修课程高等数学、复变函数与积分变换、模拟（数字）电子技术适用专业电子信息工程总学时：60讲课学时： 50实验学时：10上机学时：0总学分：3制订单位信息与电气工程学院制订时间：2006.06一、课程性质和目的自动控制原理是电气类专业本科生的一门必修的专业基础课，通过本课程的教学，使学生能较熟练地掌握自动控制的基本概念；控制系统的数学模型及结构图和信号流图的表示方法；线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法、以及校正和设计等方法；稳态误差、动态性能及数字校正方法。同时培养

2、学生定性分析，定量分析、仿真实验初步联系工程实际等方面的综合技能。二、课程的基本要求1、了解控制系统构成原理、采样控制系统组成原理、控制系统状态空间表示法、控制系统的稳定性概念。2、正确理解控制系统的稳定性指标、稳定性判别方法、稳定性与系统零极点关系、稳定性与BODE图的关系、采样系统稳定性基本概念。3、掌握线性方程的Laplace变换解法、差分方程的Z变换解法、二阶系统性能指标的计算方法、几种典型环节的Bode图、Nyquist图绘制方法且通过开环Bode图、Nyquist图判断系统的闭环稳定性及稳定余度计算方法。掌握闭环零极点与脉冲响应的关系及采样系统静态误差分析方法。三、课程内容与要求第

3、一章 自动控制概论（2学时）1、学习目的和要求通过本章学习，了解对自动控制系统的要求；掌握自动控制系统的工作原理、组成和各部分的作用；熟悉负反馈在自动控制系统中的作用，能根据控制系统工作原理图绘制原理方块图。2、课程内容（1） 自动控制与自动控制系统的基本概念；（2） 自动控制理论发展概况；（3） 开环控制与闭环控制；（4） 控制系统举例；（5） 控制系统的组成与对控制系统的基本要求。3、考核知识点和考核要求（1）识记：自动控制与自动控制系统的基本概念。（2）领会：典型自动控制系统的组成及各部分的作用；负反馈的作用；对一般自动控制系统的基本要求。（3）综合应用：如何根据各类自动控制系统的原理图

4、画出它的方框图，并分析工作原理。第二章 控制系统的数学模型（8学时）1、学习目的和要求熟悉建立系统微分方程式的步骤和方法；对非线性数学模型的线性化问题有一个基本的了解；掌握传递函数的定义、性质、一般求取方法和零极点分布图；熟悉典型环节及其传递函数；掌握系统结构图的建立、等效变换以及开环、闭环传函的求取；能应用梅逊增益公式求取系统闭环传递函数。2、课程内容（1） 控制系统微分方程式的建立；（2） 传递函数；（3） 控制系统的方块图与传递函数；（4） 由梅森公式求传递函数；（5） 非线性方程的线性化。3、考核知识点和考核要求（1） 识记：传递函数的基本概念；典型环节及其传递函数。（2） 领会：掌握

5、系统结构图的等效变换以及传递函数的求取；梅逊增益公式在控制系统的应用。（3） 综合应用：系统（或元件）微分方程式的建立和非线性微分方程式的线性化问题。第三章 控制系统的时域分析（10学时）1、学习目的和要求建立稳定的基本概念；掌握用代数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；熟悉一阶和二阶系统的单位阶跃响应；掌握二阶系统欠阻尼情况下性能指标的计算；了解高阶系统的近似分析方法；掌握系统稳态误差的计算方法和减小稳态误差的措施，理解系统的闭环极点和零点对系统响应的影响。2、课程内容（1） 自动控制系统的时域性能指标；（2） 脉冲响应函数；（3） 一阶和二阶系统的阶跃响应；（4） 高阶

6、系统的暂态响应；（5） 自动控制系统的代数稳定性判据（劳斯判据）；（6） 稳态误差分析。3、考核知识点和考核要求（1）识记：用劳斯稳定判据判断系统稳定性及确定系统各种参数的稳定取值范围；系统稳态误差的计算方法和减小稳态误差的措施。（2）领会：综合考虑系统的各种静态和动态性能指标；高阶系统的近似分析方法。（3）综合应用：用劳斯稳定判据判断系统稳定性，系统稳态误差的计算方法和减小稳态误差的措施。第四章 根轨迹法（6学时）1、学习目的和要求掌握根轨迹的定义、根轨迹方程、幅值条件和相角条件；能够绘制最小相位系统轨迹的基本规则；能够用根轨迹法分析单环控制系统的动态性能；熟悉非最小相位系统的根轨迹。2、课

7、程内容（1） 根轨迹法的基本概念；（2） 根轨迹的绘制法则；（3） 用根轨迹分析系统的暂态特性。3、考核知识点和考核要求（1）识记：根轨迹的幅值条件和相角条件的应用；绘制最小相位系统的根轨迹；用根轨迹分析系统的动态性能。（2）领会：用根轨迹分析系统的动态性能。（3）综合应用：根轨迹的幅值条件和相角条件的灵活应用；复杂系统的根轨迹的绘制和分析。第五章 频率特性法（12学时）1、学习目的和要求掌握频率特性的基本概念；熟悉典型环节的频率特性；掌握Nyquist稳定判据及其在分析系统中的应用；了解对数频率稳定判据；熟悉相对稳定性的概念和稳定裕量；熟练计算稳定裕度；会由对数幅频特性曲线确定相应系统传递函

8、数；掌握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；了解系统频率响应与时域响应的关系。2、课程内容(1) 频率特性的基本概念； (2) 典型环节的频率特性；(3) 系统开环频率特性的绘制； (4) Nyquist稳定判据；(5) 控制系统的相对稳定性；(6) 闭环频率特性图；(7) 开环频率特性与控制系统性能的关系。3、考核知识点和考核要求（1）识记：Nyquist稳定判据及其在分析系统中的应用；波德图的绘制及其在分析系统中的应用。（2）领会：系统频率响应与时域响应的关系。（3）综合应用：系统的开环幅相曲线、对数幅频特性曲线的绘制；由对数幅频特性曲线确定相应系统传递函数；频域稳定判

9、据的应用；计算稳定裕度，对数频率稳定判据。第六章 控制系统的综合与校正（6学时）1、学习目的和要求熟悉系统设计与校正的基本概念，并掌握常用校正装置及其特性；掌握用频率法设计串联超前和滞后校正装置的步骤和方法；掌握用希望频率特性法设计串联校正装置的步骤和方法；熟悉用希望频率法设计局部反馈校正装置；能够用根轨迹法设计串联超前和迟后校正装置的步骤和方法。2、课程内容(1) 校正的基本概念；(2) 串联超前校正参数的确定；(3) 串联迟后校正参数的确定；(4) 串联超前滞后校正参数的确定；(5) 反馈校正和前馈校正参数的确定；(6) PID控制规律。3、考核知识点和考核要求（1）识记：用频率法设计串联

10、超前和迟后校正装置的步骤和方法；用希望频率特性法设计串联超前和串联迟后校正装置的步骤和方法。（2）领会：频率法设计的实质。（3）综合应用：用希望频率法设计局部反馈校正装置；用根轨迹法或频率法设计串联超前和滞后校正装置。 第七章 线性离散系统的分析与校正（6学时）1、学习目的和要求理解变换理论；掌握系统变换方法；灵活的进行离散系统的稳定性和动态性能分析；熟悉信号的离散化与信号保持器，熟悉Z变换定理闭环脉冲传递函数；能够领会和应用离散系统的稳定性与稳态误差分析方法。 2、课程内容(1) 离散系统的基本概念；(2) Z变换理论；(3) 离散系统的数学模型；(4) 离散系统的稳定性与稳态误差；(5) 离散系统的动态性能分析。3、考核知识点和考核要求（1）识记：离散系统的基本概念，信号的离散化与信号保持器。（2）领会：变换理论，采样过程的描述。 （3）综合应用：闭环脉冲传递函数的求取；离散系统的稳定性与稳态误差分析；离散系统的动态性能分析。四、 理论教学学时分配章讲 课 内 容学时一自动控制概论2二控制系统的数学模型8三控制系统的时域分析10四根轨迹法6五频率特性法12六控制系统的综合与校正6七线性离散系统的分析与校正6总计50五、实验名称与学时安排实验名称与学时安排表序号实验名称学时分配1典型环节的时域响应22典型系统瞬态响