自动控制理论二课程教学大纲

自动控制理论二课程教学大纲课程中文名称：自动控制理论口课程英文名称：ControlTheory!!课程编号：204T0332学分：3学时：48（其中：讲课学时：48实验学时：0实践学时：0）先修课程：《电路原理（一）》、《电子技术基础（一）》、《电机学（一）》、《电力系统信号分析与处理》适用专业：电气工程及其自动化课程类别：专业核心课、必修课、学位课使用教材：廖道争.自动控制理论[M].科学出版社，2019.开课单位：电气与新能源学院课程简介：自动控制理论是研究自动控制系统普遍规律的科学，系统地阐述自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍对自动控制系统从建模、分析、到设计应用的各种原理.、思想和方法。《自动控制理论n》主要讲授经典控制理论，其主要内容包括：自动控制系统的组成及相关术语、控制系统的数学建模、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹分析法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正、离散控制系统的分析与校正等。课程性质《自动控制理论II》是电气工程及其自动化专业的专业核心课与学位课。自动控制理论是研究关于自动控制系统建模、分析和设计的一般性理论，是研究自动控制共同规律的技术科学。本课程理论性和工程应用性均较强，是数学思维在工程实践中的应用拓展。主要针对复杂工程系统的控制问题，建立数学模型，基于传递函数这一主要数学模型，应用时域、复数域、频域以及离散控制等理论方法对控制系统进行综合分析和校正，最终达到满意的控制效果。二、课程目标：课程目标1：能从控制科学的内容、方法、思维多个层面进行学习，树立正确的人生观、价值观，培养家国情怀、创新能力、科学思维和探索习惯。课程目标2：能够应用自动控制理论的专业知识对自动控制系统进行正确规范表述，理解自动控制系统的基本原理.、普遍方法和通用规律。课程目标3：能运用拉普拉斯变换、傅里叶变换和z变换等数学知识对自动控制系统建立微分方程、传递函数、频率特性等数学模型并求解。课程目标4：能根据被测/控对象特征和控制性能要求，识别和判断电气工程应用问题的关键环节。课程目标5：能运用该门课程的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法和离散控制系统分析法等控制科学原理，正确表达和分析控制工程应用问题，体现出综合分析能力。课程目标6:能了解影响电气控制系统控制目标和方案的各种因素，掌握电气控制系统校正的基本方法和技术，最终达到控制目标，体现出综合设计能力。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标对毕业要求的支撑关系1.工程知识指标点1.1：能将数学、自然科学、工程科学的语言工具用于电力系统工程问题的表述。指标点1.2：能够运用数学、自然科学、工程科学的知识对电力系统工程的具体对象问题建立数学模型并求解。支撑目标：课程目标1,课程目标2,课程目标32.问题分析指标点2.1：能运用相关科学原理，识别和判断电力系统复杂工程问题的关键环节。指标点2.2：能基于科学原理和数学模型正确表达电力系统复杂工程问题支撑目标：课程目标1，课程目标4,课程目标53.设计/开发解决方案指标点3.1：掌握电力系统工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。支撑目标：课程目标1,课程目标6四、教学内容及要求第一章绪论（2学时）1.教学内容（1）了解自动控制理论的发展及应用；理解自动控制基本概念。（2）了解自动控制系统的分类，掌握自动控制系统的组成及相关术语。（3）理解对自动控制系统的性能要求.重点难点：控制系统的组成、控制系统的性能要求.课程思政融入点：（1）自动控制领域典型事迹与家国情怀、自动控制技术发展与科技报国的使命JL程师和科学家思路上的不同.考核要点：自动控制系统的组成及对控制系统的性能要求.教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨.作业安排：课后习题、SPOC线上习题第二章控制系统的数学模型（6学时）.教学内容（1）理解动态系统数学模型的初步知识（2）掌握微分方程的建立及求解方法（3）掌握传递函数概念及性质（4）掌握电气系统的数学建模（5）掌握方框图建立与化简了解信号流图与梅逊（Mason）公式.重点难点：传递函数的概念与求取.课程思政融入点：（1）数学建模的多种形式与唯物辩证法（2）自动控制系统数学建模与由抽象到具体的科学思维.考核要点：用各种不同的方法求取传递函数.教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨.作业安排：课后习题、SPOC线上习题第三章控制系统的时域分析法（10学时）.教学内容（1）掌握一阶系统的时域响应（2）掌握二阶系统的时域响应及动态性能指标的计算了解高阶系统的时域响应（4）理解稳定性的定义，掌握稳定性的充要条件，掌握劳斯稳定判据及其应用（5）理解稳态误差、系统型别的概念，掌握静态误差系数、稳态误差的计算.重点难点：二阶系统的时域响应及动态性能指标，稳态误差的计算，稳定性分析.课程思政融入点：（1）系统稳定性与人的抗干扰性（2）阻尼系数的工程含义与工程应用.考核要点：二阶系统性能指标的计算.教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨.作业安排：课后习题、SPOC线上习题第四章根轨迹法（6学时）.教学内容（1）理解根轨迹的概念（2）掌握根轨迹的幅相条件和绘制根轨迹的基本规则了解参数根轨迹（4）掌握利用根轨迹图分析控制系统.重点难点：根轨迹的条件及绘制，用根轨迹图分析控制系统.课程思政融入点：（1）通过根轨迹绘制引导学生总结归纳事物的发展规律（2）从时域到复数域分析同一个系统性，引导学生多维度分析事物.考核要点：根轨迹的绘制及根据根轨迹图分析控制系统.教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨.作业安排：课后习题、SPOC线上习题第五章频率特性法（10学时）.教学内容（1）理解频率特性的概念及其表示方法（2）掌握Bode图的绘制（3）掌握Nyquist图的绘制（4）掌握Nyquist判据及其应用（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及计算方法了解闭环频率特性及频域指标与时域指标之间的关系.重点难点：Bode图，Nyquist判据及应用，稳定裕度.课程思政融入点：（1）通过极坐标图、Bode图的介绍，带领学生认识一些基本的工程哲学，掌握工程分析的常用方法（2）从系统稳态性能指标和动态性能指标兼顾的矛盾性引导学生认识工程问题的复杂性，工程问题寻其中道。考核要点：Bode图的绘制，稳定裕度的计算,Nyquist判据及应用教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨作业安排：课后习题、SPOC线上习题第六章控制系统的校正（6学时）教学内容（1）理解控制系统综合与校正的基本概念及方式（2）掌握超前、滞后校正装置的特性（3）掌握频域法超前校正、滞后校正（4）掌握PID控制算法及其参数整定方法重点难点：频域法超前、滞后校正课程思政融入点：（1）系统校正与人自我反思校正（2）从微分环节D和积分环节I对系统的动态性能的影响看待事物的两面性考核要点：频域法超前、滞后校正教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨作业安排：课后习题、SPOC线上习题第七章离散控制系统的分析与校正（8学时）.教学内容（1）离散控制系统的结构（2）信号的采样和保持（3）z变换与z反变换（4）脉冲传递函数（5）离散系统的性能分析（6）离散系统的数字校正.重点难点：离散系统的性能分析.课程思政融入点：（1）从连续系统的应用到离散系统的应用，介绍我国计算机控制技术的发展。（2）傅里叶变换背后的故事看开拓创新的精神；从时域到频域分析问题到转换角度看待问题的思维方式。.考核要点：z变换与z反变换、脉冲传递函数、离散系统的性能分析.教学方法：线上线下混合、课堂讲授、课堂探讨

.作业安排：课后习题、SPOC线上习题五、教学内容对课程目标的支撑关系章节教学内容学时分配支撑的课程目标讲课实验实践第1章绪论自动控制理论的发展及应用；自动控制基本概念；自动控制系统的分类，自动控制系统的组成及相关术语：对自动控制系统的性能要求。2课程目标1课程目标2第2章控制系统的数学模型动态系统数学模型的初步知识：微分方程的建立及求解方法；传递函数概念及性质；电气系统的数学建模；方框图建立与化简；信号流图与梅逊（Mason）公式。6课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4第3章控制系统的时域分析法一阶系统的时域响应；二阶系统的时域响应及动态性能指标的计算；高阶系统的时域响应；稳定性的定义，稳定性的充要条件，劳斯稳定判据及其应用；稳态误差、系统型别的概念，静态误差系数、稳态误差的计算。10课程目标1课程目标2课程F1标3课程目标4课程目标5第4章根轨迹法根轨迹的概念；根轨迹的幅相条件和绘制根轨迹的基本规则；参数根轨迹；利用根轨迹图分析控制系统。6课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5第5章频率特性法频率特性的概念及其表示方法；Bode图的绘制；Nyquist图的绘制；Nyquist判据及其应用；相角裕度、幅值裕度的概念及计算方法。10课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5第6章控制系统的校正控制系统综合与校正的基本概念及方式；超前、滞后校正装置的特性：频域法超前校正、滞后校正；PID控制算法及其参数整定方法。6课程目标1课程F1标2课程目标3课程目标4课程目标5课程目标6第7章离散控制系统的分析与离散控制系统的结构；信号的采样和保持；Z变换与Z反变换；脉冲传递函数；离散系统的性能分析：离散系统的数字校正8课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5课程目标6

校正六、考核方式及成绩评定标准1.成绩评定方式：课程考试占60%,平时成绩占40%。平时成绩包括线上成绩（20%）和线下成绩（80%）。支撑毕业要求课程目标考核与评价方式合计平时成绩（40%）期末考试（60%）线上成绩（含线上SPOC作业及测试成绩等）线下成绩（含课堂考勤、课堂互动、课堂讨论、课后作业等）课程考试指标点1.1课程FI标1课程目标2281424指标点1.2课程目标1课程目标3281424指标点2.1课程目标1课程目标4141217指标点2.2课程目标1课程目标5281424指标点3.1课程目标1课程目标614611总分占比％83260100说明：根据实际情况，每个课程目标的成绩比例可以在上卜.10%的范闱内浮动，但必须保证总成绩为100分。2.课程考核评分标准课程目标考核要求评分标准高于预期达到预期低于预期优秀良好合格不合格课程目标1课堂考勤、课程总结拓展、平时表现（5）5430-2课程目标2线上线下测试、课堂互动、课后作业、课堂讨论、期末考试（23）21-2318〜2014〜170〜13课程目标3线上线下测试、课堂互动、课后作业、课堂讨论、期末考试（23）21-2318〜2014〜170-13课程目标4线上线下测试、课堂互动、课后作业、课堂讨论、期末