《自动控制系统及应用》课程标准

《自动控制系统及应用》课程标准课程代码：建议课时数：48学分：3适用专业：数控设备应用与维护先修课程：高等数学、电工技术基础、电子技术基础后续课程：PLC应用技术、单片机应用技术、常用电机控制与调速技术一、前言1.课程的性质该课程是江苏省五年制高职数控设备应用与维护专业的一门专业平台课程。通过本课程的教学使学生获得有关自动控制系统的构成、工作原理、分析系统性能的方法、改善系统性能的途径以及典型控制系统的分析等方面的基本理论和专业知识。本课程的学习必须在完成《高等数学》、《电工技术基础》和《电子技术基础》等三门课程的基础上进行，并为后续课程打下必要的基础，储备有关自动控制系统方面的技术知识。2.设计思路该课程是根据以职业能力为本位的专业培养目标而设置。总体设计思路是，在充分发扬传统教学优点的基础上，有意识、有目的地实现现代信息技术、工业生产实际与学科教学的整合，最终在现代教学技术的支持下更好地进行教学活动。课程内容的选取和结构的安排以五年一贯制高等职教的人才培养规格为依据，遵循学生知识与技能形成规律和学以致用的原则，突出对学生职业能力的训练。以自动控制理论作为系统分析的工具，自动控制系统则作为分析的对象。围绕系统性能的分析与改善途径，以方法论为主线，通过应用举例的形式，着重物理含义和物理过程的阐述，做到理论联系实际并切合实用。为学生了解自动控制系统的组成、特点及专业术语，学习并掌握控制理论的基本分析方法，了解相关技术的最新发展动态，为后续课程的学习打下坚实基础。二、课程目标根据本专业的人才培养目标，设置本课程的知识、能力和素质三维目标如下。知识目标（1）掌握自动控制的概念、控制方式及自动控制系统的组成和性能指标。（2）理解自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数和系统框图等。（3）掌握典型环节和常用部件、电路的传递函数。（4）理解系统框图的画法和变换规则。（5）掌握自动控制系统性能分析方法和改善系统性能的途径。（6）理解直流调速系统的工作原理、自动调节过程和分析方法。（7）理解交流调速系统的工作原理、自动调节过程和分析方法。2.能力目标（1）能结合生产生活实际探讨自动控制系统的应用。（2）学会分析自动控制系统的组成和工作原理。（3）会对典型电路的传递函数进行求取。（4）会化简系统框图。（5）会用MATLAB软件中的Simulink工具包对系统进行建模仿真并对仿真结果进行分析。（6）会选择合适的校正方式对系统进行校正。（7）学会自动调速系统的一般分析方法。（8）会对通用变频器进行简单设置。3.素质目标（1）理论结合实际，培养学生对专业的认知和情感。（2）形成积极主动地学习和使用信息技术、参与信息活动的态度。（3）培养学生善于交流、灵敏的反应能力。（4）具有系统性的看待一个完整的自动控制系统的能力。三、课程内容和要求序号章节（单元）课程内容及要求活动与建议参考课时1第一章自动控制系统概述内容●自动控制系统的组成●自动控制系统的分类●自动控制系统的性能指标●研究自动控制系统的方法要求●理解自动控制系统的概念；●掌握自动控制系统的组成及性能指标；●了解自动控制系统的分析方法。本章主要内容是让学生理解掌握自动控制系统的组成、分类和性能指标。了解研究自动控制系统常用的方法，是本课程学习的最基础内容。62第二章自动控制系统的数学模型内容●拉普拉斯变换●微分方程、传递函数、系统框图●典型环节的传递函数和功能框●典型电路传递函数的求取●自动控制系统的框图及框图的变换和化简要求●学会查用拉氏变换表；●会求取典型电路的传递函数；●能够进行自动控制系统的框图的变换和化简。本章主要从传递函数出发，去建立以系统框图为核心的数学模型，包括典型环节的传递函数和框图，以及建立系统框图的一般步骤。是对系统进行定量分析的基础和出发点，需要讲清楚、学明白。103第三章基于MATLAB软件的自动控制系统的性能分析内容●系统稳定性分析●系统稳态性能分析●系统动态性能分析要求●会利用MATLAB软件对系统进行建模仿真，并能根据仿真结果对系统性能进行稳定性、稳态性能、动态性能的分析；●掌握各典型环节对系统稳定性、稳态性能和动态性能的影响。本章是从系统的稳定性、稳态性能和动态性能三个方面对系统性能进行分析。主要分析影响系统性能的因素和改善系统性能的途径。建议到机房用MATLAB软件进行建模仿真，使教学内容更直观，提高学生学习积极性。84第四章自动控制系统的校正内容●系统校正的概念及分类●串联校正●反馈校正●顺馈补偿要求●掌握系统校正的概念；●掌握串联校正、反馈校正在系统中的位置和对系统性能的影响；●理解顺馈校正的概念及应用。本章是在系统性能分析的基础上，当系统性能指标不能满足技术要求时，可以对系统进行校正，改善性能。建议在机房进行，并注意让学生主动参与试着选用合适的校正装置对系统进行校正。65第五章晶闸管直流调速系统内容●转速负反馈晶闸管调速系统●速度、电流双闭环直流调速系统●电压负反馈和电流正反馈晶闸管直流调速系统●自动控制系统的一般分析方法●自动控制系统的一般调试方法要求●理解单闭环、双闭环直流调速系统的组成、自动调节过程及性能分析方法；●了解自动控制系统的一般分析方法和调试方法。本章主要以转速负反馈直流调速系统和转速、电流双闭环直流调速系统为例，介绍自动控制系统的一般分析方法。从而能理解常用直流调速系统的组成和自动调节过程。86第六章双极晶体管—脉宽调制控制的直流调速系统内容●BJT-PWM控制的直流调速系统组成●BJT-PWM直流调速系统工作原理●BJT-PWM直流调速系统的特点要求●理解BJT供电电路的结构和原理；●理解PWM波的形成和系统工作过程；●掌握由专用集成电路控制的调速系统的工作过程和分析方法。本章主要介绍PWM控制的直流调速系统的特点，及专用集成电路控制的自动控制系统的工作原理和一般分析方法。重点在分析方法的理解和把握。47第七章典型交流调速系统内容：●交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式●正弦脉宽调制过程●IGBT-SPWM型交流变频电路●模拟IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统●通用变频器要求：●学会交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式；●理解正弦脉宽调制的基本过程；●理解IGBT-SPWM型交流变频电路；●理解模拟式IGBT-SPWM-VVVF交流调速系统组成及工作过程。●掌握通用变频器的结构及原理。●会对通用变频器进行接线及简单参数设置。本章以IGBT-ＳＰＷＭ－VVVF交流调速系统为例，介绍常用交流调速系统的组成、结构特点、调速方案、控制思路和工作原理等。通用变频器部分，建议以实际系统的变频器实物为例，进行接线及参数设置的教学。6四、实施建议（一）教学建议本课程的学习首先应着力培养学生的学习兴趣，调动学生学习积极性。可以通过日常生产、生活中通俗易懂的实例与本课程的联系，激发学生的学习兴趣；通过向学生介绍本课程与其它课程的联系，使学生了解本课程在本专业中的重要地位，同时鼓励学生主动查阅自动控制领域的最新进展，并适时交流探讨，使学生产生学习主动性。课程中针对不同的教学内容，可以采用不同的教学模式，自动控制原理部分的内容注重基本功的训练，结合实例，强化基础。对系统性能分析和系统校正两个章节的教学应突出信息化的应用，与课程知识工业化的应用相结合。采用信息化的仿真教学，利用软件仿真来进行，提高学生的自信心和成就感。同时把“两化融合”理念、技术、技能融合到课程之中，为企业培养“两化融合”所需的人才。对于最后实际系统的分析，可以采用理论实践一体化的教学方式，在做中教，做中学，促进知识建构和能力生成。（二）教学评价在本课程中对学生学习情况和知识掌握情况的评价，建议遵循形成性评价和终结性评价相结合的原则，既关注结果，又关注过程。考核内容除了理论考试外，建议将上机仿真操作和实验操作作为考核内容的一部分，强化学生综合能力考核。同时注重学习过程评价，根据学生课堂表现、学习态度、团结合作、学习能力、分析能力、学习成效等多方面对学生进行综合评价，最后做出评定。（三）教学基本条件本课程的教学对教师要求较高，建议有较宽知识面，有较强工程实践经验的骨干教师任教。教学设备方面，根据不同内容的教学，建议需配备教学设备如下（以2个班，每班40人为例）：教学项目教学设备数量第一章自动控制系统概述第二章自动控制系统的数学模型装有多媒体设备的教室2个电脑1台第三章基于MATLAB软件的自动控制系统的性能分析第四章自动控制系统的校正机房电脑（装有MATLAB软件）40台多媒体设备1套第五章晶闸管直流调速系统第六章双极晶体管—脉宽调制控制的直流调速系统第七章典型交流调速系统亚龙YL-209型电力电子与自动控制系统实验、实训装置（建议配备）10套（四）教材选用与编写1.本课程教材可参考机械工业出版社出版，孔凡才教授编写的《自动控制系统及应用》根据学生特点及专业人才培养方案和本课程标准进行开发。2.开发教材的主编和主审，须是直接参与人才培养方案和课程标准制订的骨干教师。3.教材结构和内容须符合五年制高职人才培养方案和课程标准提出的要求，选取的内容要考虑为后续课程的学习打基础，贯彻由浅入深，由简到繁，循序渐进，符合学生的学习基础和认知规律的原则。4.教材语