控制工程基础课程教学大纲

1、控制工程基础课程教学大纲（Fundamentals of Control Engineering）一、课程概况课程代码：2202201学分：2.0学时：32先修课程：高等数学、模拟电子电路、数字电路、计算机基础等。适用专业：车辆工程专业建议教材：自动控制原理第三版，孙亮编著，高等教育出版社，2011.06 课程归口：汽车工程学院课程的性质与任务：本课程是车辆工程专业的一门专业选修课。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统

2、的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法等基本方法等。为各类计算机控制系统设计打好基础。二、课程目标控制工程基础侧重于从理论角度，系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。目标1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。目标2、熟练掌握典型环节的传递函数、梅逊公式以及控制

3、系统传递函数的建立和表示方法，掌握开环传递函数、闭环传递函数等基本概念。目标3、熟练掌握暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步掌握高阶系统分析方法、主导极点的概念。目标4、熟练掌握根轨迹的概念和绘制法则，并能利用根轨迹对系统性能进行分析，初步掌握偶极子的概念。目标5、熟练掌握频率特性的概念、掌握典型系统Bode图的画法、开环系统频率特性Bode图的画法，了解最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频域性能指标的概念。目标6、熟练掌握校正的基本概念、基本校正方式和反馈校正的作用，初步掌握以串联校正为主的频率响应综合法，了解以串联校正为主

4、的根轨迹综合法，掌握PID调节器的设计方法。本课程支撑专业培养计划中毕业要求1-1（占该指标点达成度的13%）、毕业要求2-1（占该指标点达成度的6%）、毕业要求3-1（占该指标点达成度的12%）、毕业要求4-1（占该指标点达成度的9%），对应关系如表所示。毕业要求指标点课程目标目标1目标2目标3目标4目标5目标6毕业要求1-1毕业要求2-1毕业要求3-1毕业要求4-1三、课程内容及要求第一章自动控制的一般概念1、教学内容（1）自动控制的任务（2）自动控制的基本方式（3）对控制系统的性能要求2、基本要求（1）掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解

5、一些实际自动控制系统的控制原理。（2）要求初步了解本门课程的意义与作用。第二章自动控制系统的数学模型1、教学内容（1）自动控制系统微分方程的建立（2）非线性微分方程的线性化（3）传递函数（4）动态结构图（5）系统的脉冲响应函数（6）典型反馈系统的传递函数2、基本要求（1）掌握传递函数及动态结构图的概念、意义；（2）熟练掌握使用梅逊公式求解系统传递函数的方法；（2）理解自动控制系统的建模方法和步骤；（3）了解非线性微分方程的线性化方法；（4）掌握基本概念：传递函数及动态结构图。第三章时域分析法1、教学内容（1）时域分析介绍（2）一阶和二阶系统分析与计算（3）系统稳定性分析（4）稳态误差分析及计算

6、2、基本要求（1）掌握系统微分方程的拉普拉斯变换解法；（2）掌握判别系统稳定性的方法，特别是以劳斯判据和赫尔维茨判据为代表的代数稳定性判据；（3）理解针对一阶和二阶系统的分析计算以及稳态误差的分析计算，了解改善系统响应的措施。（4）掌握基本概念：典型响应、渐近稳定性及时域性能指标、稳态误差。第四章根轨迹1、教学内容（1）根轨迹与根轨迹方程（2）绘制根轨迹的基本法则（3）广义根轨迹（4）系统闭环零、极点分布与阶跃响应的关系（5）系统阶跃响应的根轨迹分析2、教学要求（1）掌握根轨迹概念、闭环零极点与开环零极点的关系；（2）理解绘制根轨迹的基本法则及其应用，了解系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系。（

7、3）掌握基本概念：根轨迹、零极点、主导极点、偶极子。第五章频率域方法1、教学内容（1）频率特性（2）典型环节的频率特性（3）系统开环频率特性（4）频率稳定性判据（5）系统闭环频率特性与阶跃响应的关系（6）系统开环频率特性与阶跃响应的关系2、基本要求：（1）掌握系统频率特性概念、一些典型环节的频率特性；（2）掌握系统开环频率特性曲线的绘制方法，并掌握频率稳定性判据。理解稳定裕度以及系统闭环、开环频率特性与阶跃响应的关系。（3）掌握基本概念：频率特性、峰值、频带、截止频率、稳定裕度等。第六章控制系统的校正方法1、教学内容（1）系统校正基础（2）根轨迹法校正（3）频率法校正（4）PID调节器2、基本

8、要求：（1）理解系统校正和设计概念，掌握系统校正的基本方式和方法。（2）掌握串联(超前、滞后、PID)的特性及其作用。教学内容与课程目标的对应关系及学时分配如表所示。序号教学内容支撑的课程目标支撑的毕业要求指标点讲授学时实验学时1自动控制的一般概念目标1、21-1、2-122自动控制系统的数学模型目标1、21-1、2-163时域分析法目标3、51-1、3-1、4-164根轨迹目标4、52-1、3-1、4-165频率域方法目标2、41-1、2-166控制系统的校正方法目标61-1、2-1、3-14-16合计320四、课程实施（一）把握主线，引导学生掌握自动控制原理的基本概念、原理、建立系统模型和

9、传递函数的方法、常用控制系统的分析和综合方法，进而初步具备从事相关工程和技术工作的基本素质。（二）采用多媒体教学手段，配合例题的讲解以及适当的思考题，保证讲课进度的同时，注意学生的掌握程度和课堂的气氛。（三）采用案例式教学，引进自动控制系统的实际案例，让学生真正了解并掌握以自动控控制系统的相关概念和典型的分析、综合手段，从而具备相关知识和方法的实际应用能力。（四）主要教学环节的质量要求如表所示。主要教学环节质量要求1备课（1）掌握本课程教学大纲内容，严格按照教学大纲要求进行课程教学内容的组织。（2）熟悉教材各章节，借助专业书籍资料，并依据教学大纲编写授课计划，编写每次授课的教案。教案内容包括章

10、节标题、教学目的、教法设计、课堂类型、时间分配、授课内容、课后作业、教学效果分析等方面。（3）根据各部分教学内容，构思授课思路、技巧，选择合适的教学方法。2讲授（1）要点准确、推理正确、条理清晰、重点突出，能够理论联系实际，熟练地解答和讲解例题。（2）采用多种教学方式（如启发式教学、案例分析教学、讨论式教学、多媒体示范教学等），注重培养学生发现、分析和解决问题的能力。（3）能够采用现代信息技术辅助教学。（4）表达方式应能便于学生理解、接受，力求形象生动，使学生在掌握知识的过程中，保持较为浓厚的学习兴趣。3作业布置与批改学生必须完成规定数量的作业，作业必须达到以下基本要求：（1）按时按量完成作业

11、，不缺交，不抄袭。（2）书写规范、清晰。（3）解题方法和步骤正确。教师批改和讲评作业要求如下：（1）学生的作业要按时全部批改，并及时进行讲评。（2）教师批改和讲评作业要认真、细致，按百分制评定成绩并写明日期。（3）学生作业的平均成绩应作为本课程总评成绩中平时成绩的重要组成部分。4课外答疑为了解学生的学习情况，帮助学生更好地理解和消化所学知识、改进学习方法和思维方式，培养其独立思考问题的能力，任课教师需每周安排一定时间进行课外答疑与辅导。5成绩考核本课程考核的方式为闭卷笔试。考试采取教考分离，监考由学院统一安排。有下列情况之一者，总评成绩为不及格：（1）缺交作业次数达1/3以上者。（2）缺课次数

12、达本学期总授课学时的1/3以上者。（3）课程目标小于0.6。五、考核方式（一）课程考核包括期末考试、平时及作业情况考核和实验考核，期末考试采用闭卷笔试。（二）课程成绩=平时成绩50%+期末考试成绩50%。具体内容和比例如表所示。成绩组成考核/评价环节权重考核/评价细则对应的毕业要求指标点平时成绩平时作业15%课后完成10-20个习题，主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度，计算全部作业的平均成绩再按15%计入总成绩。1-1、2-1考勤及课堂练习35%以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随堂测试1-3题，主要考核学生课堂的听课效果和课后及时复习消化本章知识的能力，结合平时考勤，最后按35%计入课程总成绩。3-2、4-1期末考试期末考试卷面成绩50%试卷题型由6-8道分析题组成。以卷面成绩的50%计入课程总成绩。其中考核建模部分知识30%，时域分析30%，根轨迹20%，频率分析20%。1-1、2-1、3-1、4-1（三）所有课程目标均需大于等于0.6，否则总评成绩不及格，需要补考或重修。每个课程目标达成度计算方法如下：式中：Ai=平时成绩占总评成绩的权重课程目标i在平时成绩中的权重，Bi=期末成绩占总评成绩的