《自动控制原理C》教学大纲

《自动控制原理C》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05136051课程性质：专业必修课学分：3学分学时：48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程：高等数学、线性代数、模拟电子技术A、数字电子技术A等后续课程：智能电网技术、电力系统继电保护B等适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《自动控制原理C》是电气工程及其自动化专业的一门专业必修课。本课程主要研究自动控制的基本理论知识和线性定常连续控制系统的基本分析方法，学会用经典控制理论分析简单控制系统。通过介绍自动控制系统的基本概念，建立并分析控制系统的时域和复数域数学模型，使学生具备分析自动控制系统性能的能力，为学习后续课程及以后从事技术工作奠定扎实的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握经典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、数学建模方法和基本分析方法。课程目标2：能正确运用数学建模方法建立线性定常连续控制系统的数学模型，并能熟练利用时域分析方法和频域分析方法等知识分析简单控制系统的性能。课程目标3：跟踪自动控制理论发展的科学前沿，了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感。树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识，善于将自动控制原理的分析方法应用于工业控制等领域，了解自动控制系统开发设计的流程，能够就自动控制领域实际工程问题提出设计方案和撰写研究报告。三、课程目标与毕业要求《自动控制原理C》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3能够利用专业基础知识对复杂电气工程问题进行分析、计算并提出解决方案。课程目标1：掌握经典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、数学建模方法和基本分析方法。H2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标1：掌握经典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、数学建模方法和基本分析方法。课程目标2：能正确运用数学建模方法建立线性定常连续控制系统的数学模型，并能熟练利用时域分析方法和频域分析方法等知识分析简单控制系统的性能。H4.研究4.1能够对电气工程相关的物理现象、系统特性进行研究和实验验证。课程目标3：跟踪自动控制理论发展的科学前沿，了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感。树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识，善于将自动控制原理的分析方法应用于工业控制等领域，了解自动控制系统开发设计的流程，能够就自动控制领域实际工程问题提出设计方案和撰写研究报告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.绪论1.1概述1.2控制系统的基本概念1.3控制系统的主要任务与知识体系教学要求：理解自动控制的基本原理与方式；掌握自动控制系统方块图的绘制方法；了解自动控制系统的分类；理解对自动控制系统的基本要求。重点：自动控制的基本原理，自动控制系统的分类，对自动控制系统的基本要求。难点：分析系统并绘制结构图的方法。232.控制系统的数学模型2.1控制系统的微分方程及线性化方程2.2拉普拉斯变换及其反变换2.3传递函数及基本环节看到传递函数2.4框图及其简化教学要求：控制系统的时域数学模型；控制系统的复数域数学模型；控制系统的框图；控制系统建模实例。重点：控制系统的时域数学模型，控制系统的复数域数学模型，控制系统的框图等效变换与梅逊公式，控制系统建模实例。难点：从系统原理图得到复数域数学模型，框图的等效变换。81、23.线性系统的时域分析法3.1系统时间响应及性能指标3.2一阶系统的时域分析3.3二阶系统的时域分析3.4高阶系统的时域分析3.5稳定性及其劳斯稳定判据3.6稳态误差分析与计算教学要求：理解系统时间响应的各项性能指标；掌握一阶系统、二阶系统的时域分析方法；了解高阶系统的时域分析方法；理解线性系统的稳定性分析方法；掌握线性系统的稳态误差计算方法。重点：欠阻尼二阶系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误差计算。难点：欠阻尼二阶系统的时域分析，线性系统的稳态误差。1241、2、34.线性系统的频域分析法4.1频率特性的基本概念4.2频率特性图形表示法4.3几何稳定判据4.4相对稳定性4.5闭环频率特性教学要求：理解频率特性的概念；掌握典型环节与开环系统的频率特性；掌握频率域稳定判据和稳定裕度的计算方法；了解闭环系统的频域性能指标。重点：典型环节与开环系统的频率特性，频率域稳定判据，稳定裕度。难点：频率域稳定判据，稳定裕度。1221、2、35.线性系统的校正方法5.1系统的设计与校正问题5.2常用校正装置及其特性5.3串联校正5.4控制系统校正设计教学要求：了解系统的设计与校正所面临的问题；掌握常用校正装置及其特性；掌握串联校正的设计方法。重点：常用校正装置及其特性，串联校正。难点：串联校正的设计方法。621、2、3合计4082.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.二阶系统的时域分析法实验内容：学习绘制系统时域响应曲线及系统分析的方法。22、32.线性系统的频域分析法——典型环节特性曲线实验内容：学习绘制系统频域典型环节特性曲线的方法，掌握典型环节表达的特性。22、33.线性系统的频域分析法——伯德图实验内容：学习绘制系统频域伯德图的方法，掌握稳定性判断方法及稳定裕量分析方法。22、34.线性系统的校正方法实验内容：学习分析各种校正手段对于系统性能改善的方法。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；同时精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；课程依托超星泛雅学习平台，提供灵活的自主学习平台，学生可通过学习通完成作业提交、课堂互动、问题答疑、阶段测试、在线学习等活动，通过这些方法和手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使得学生能够比较全面地理解线性定常系统建模的基本方法，并在此基础上，对线性定常系统在时域、复数域、频率域进行性能分析。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：孔祥东,姚成玉.控制工程基础[M].北京:机械工业出版社,2019.2.参考书：（1）胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2019.（2）杨秀萍.控制工程基础[M].北京:机械工业出版社,2020.（3）丁红.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2017.（4）卢京潮.自动控制原理[M].北京:清华大学出版社.2018.3.期刊：（1）王丽芬,任元,陈琳琳.“自动控制原理”立体化知识体系构建[J].教育教学论坛,2021,(29):113-116.（2）李亚文,吴晓云.“以学生为中心”的项目式教学在自动控制原理课程中的研究[J].高师理科学刊,2021,41(03):94-98.（3）薛鹏,郭会平,程辉.基于Matlab的自动控制原理实验教学探索[J].产业与科技论坛,2020,19(16):176-177.（4）肖理庆.基于MATLAB软件“PID校正控制”教学研究[J].德州学院学报,2018,34(02):65-69.（5）HOUXihong.ResearchonBasicPrincipleandConstructionofAutomaticSprinklerSystem[J].外文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2022(2):126-129.4.网络资源：（1）中国大学慕课.王永骥.国家级精品课程《自动控制原理》./course/HUST-1001531001?tid=1001614004（2）中国工控网./七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现8（1）根据课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√53实验12（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√66阶段性测验10（1）根据阶段性测验试卷的完成情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√55作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√55期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核控制系统的基本概念、控制系统的数学模型、线性系统时域性能分析、线性系统频率域分析、线性系统校正设计等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、计算题、综合分析题等。√√3525合计：100分50446八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、阶段测验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为选择题、填空题、计算题、综合分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，计算题、综合分析题不低于50%；课堂表现、实验、阶段测验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等总成绩≥90分。90分>课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等总成绩≥80分。80分>课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等总成绩≥70分。70分>课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等总成绩≥60分。课程讨论、学习笔记、课堂互动、课堂出勤情况等总成绩<60分。实验30实验原理清晰、绘图规范，实验操作过程熟练、规范、正确，数据处理及讨论正确。实验原理较清晰、绘图较规范，实验操作过程较熟练、规范、正确，数据处理及讨论较正确。实验原理基本清晰、绘图基本规范，实