自动控制原理教学大纲-

《自动控制原理》教学大纲课程名称课程名称（中文）自动控制原理课程名称（英文）AutomaticControlPrinciple课程代码B2035075课程性质学科专业基础课总学分4总学时64其中理论学时56实验学时8期末考核方式√考试☐考查开课部门电气与电子工程学院适用专业先修课程二、教材及参考资料（一）建议教材[1]重印（二）教学参考书[1]《自动控制原理》第六版，胡寿松主编，科学出版社，2015[2]《自动控制理论》第三版，夏德钤，翁贻方主编，机械工业出版社，2015[3]《ModernControlEngineering（FifrthEdition）,KatsuhikoOgata,2011[4]]RichardC.Dorf，RobertH.Bishop.现代控制系统.谢红卫等译，12科学出版社,2012.三、课程简介《自动控制原理》是电类各专业重要的专业基础课程，理论性较强，在控制工程技术领域中有着广泛的应用。课程培养学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验，设计的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供扎实的理论基础。本课程的主要任务是通过课堂理论教学和实验环节，培养学生在理解控制系统的反馈控制原理基础上，要求学生掌握控制系统的时域、频域和复数域中的数学模型；掌握运用时域法、根轨迹法、频域法进行控制系统的分析和综合；掌握离散控制系统的分析方法。从而达到运用MATLAB进行控制系统辅助分析设计能力。四、课程目标课程以培养学生具有国家意识和国民尊严意识、遵从人类社会的道德伦理和实证求真的科学精神为目标，为社会输送具有“严谨理性、技术应用、精益求精的工匠精神”的应用型人才。培养学生既要具备正确的国情观念，还要具备国际视野；培养学生科学思想和实践创新能力，勇于批评质疑和精益求精，遵从伦理和崇尚实践；培养学生具备正确的职业素养。课程要求掌握自动控制系统的基本概念、基本理论、基本分析方法、校正和综合设计思想，达到运用时域法、频域法、根轨迹法进行控制系统的分析和综合。为今后电气专业及控制领域的继续学习打下基础。本课程实验课内设置。课程教学目标1：理解自动控制的基本概念，掌握控制系统时域、频域和复数域的数学模型，能够针对各类不同控制系统数学模型的特点，结合数学、自然科学知识等把控制系统的建模方法应用到工程基础和复杂工程问题之中。（基本概念及建模）2Bod图和极坐标图，并具备根据三种图形分析控制系统的稳定性、准确性和快速性的能力，能够应用数学、自然科学、控制工（控制系统分析）3MATLAB表4-1课程目标与毕业要求指标点对应矩阵序号课程目标支撑毕业要求指标点1课程目标1课程目标21.2在认识自动控制问题的过程中，能够采取恰当的方法建立合适的模型，并按约束条件选择求解方法。1.4在认识自动控制问题的过程中，能够用专业知识优化问题的求解。2课程目标1课程目标2课程目标32.2在分析自动控制问题的过程中，能够依据生产过程或智能机器人被控对象的特性，分析多种解决方案的选择性。3课程目标1课程目标2课程目标34.1五、课程教学内容安排

表5-1课程教学内容与安排章标题/教学主题主要内容学习要求学时/时间安排教学方课程目标式1.自动控制系统的基本概念；1.理解自动控制系统的基本概念。2.掌握反馈控制系统的工作原理。3.掌握开环控制和闭环控制方式。4.理解自动控制系统工程实例和分类。5.理解对控制系统性能的基本要求。第一章绪论2.闭环控制系统的工作原理；3.自动控制系统工程实例和分类；2讲授课程目标14.对控制系统性能的基本要求。1.理解数学模型的特点，掌握动态微分方程建立的一般方法，掌握运用1.系统微分方程；拉氏变换解微分方程的方法2．理解传递函数的定义、性质和意讲授2.传递函数概念、典型环节的传递函数和单位阶跃响应；典型环节的传递函数和单位阶跃响4或线上学习课程目标2第二章控制系统的数学模型应。3．掌握系统结构图组成，熟练掌握结构图等效变换代数法则，并求系统传递函数。和信号流图两种数学图形的定义和组成方法。4．掌握信号流图的定义、术语，并能用梅逊公式求系统传递函数。讲授、讨3.结构图及等效变换；4.信号流图和梅森公式求传递函数。4论或线课程目标1课程目标2上学习1.理解时域响应的性能指标、稳定讲课程目标1课程目标2课程目标31.系统时域响应的性能性、系统的型别和静态误差系数等概授指标；念。、第三章线性系统的时域分析法2.控制系统的时域响应分析；2．掌握一阶系统的数学模型和典型时域响应的特点，并能熟练计算其性能指标和结构参数；6讨论或线3．掌握二阶系统的数学模型和典型上时域响应的特点，并能熟练计算欠阻学尼时域性能指标和结构参数。习3．线性系统稳定性分析4．线性系统的稳态误差分析。4．5．理解稳态误差的定义并能熟练掌握给定作用下稳态误差的计算方法。明确终值定理的使用条件。6．了解改善系统动态性能及提高系统控制精度的措施。4讲授、讨论或线上学习课程目标1课程目标2课程目标3第四章线性系统的根轨迹法1.根轨迹法的基本概念2．根轨迹绘制的基本法则；1.掌握开环根轨迹增益变化时系统闭环根轨迹的绘制方法。2．掌握根轨迹绘制的基本法则。4讲授或线上学习课程目标1课程目标23．广义根轨迹4．根轨迹方法分析系统性能。3．掌握广义根轨迹绘制的基本思路和方法。4．掌握根轨迹方法分析控制系统性能。4讲授、讨论或线上学习课程目标1课程目标2课程目标3第五章线性系统的频域分析法1．频率特性的概念2．极坐标图1.理解频率特性的物理意义、数学本质及定义。2．掌握运用频率特性的定义进行分析和计算，计算系统在正弦输入下的稳态响应以及系统结构参数。3．掌握典型环节频率特性的极坐标图及开环系统的极坐标图的绘制。3讲授或线上学习课程目标1课程目标23．对数坐标图Bode5．熟练掌握最小相位系统由对数幅频特性曲线反求传递函数的方法。4讲授或线上学习课程目标1课程目标2讲授、4.奈奎斯特稳定判据6．理解奈奎斯特判据的判别条件；7．熟练应用奈奎斯特判据判别系统稳定性的方法。3讨论或线课程目标1课程目标2上学习5．相对稳定性分析6．闭环频率特性与时域性能指标8.2讲授或线上学习课程目标1课程目标2第六章线性控制系统的校正1.系统的设计与校正问题；2.常用校正装置及其特性；3.频率法设计串联校正；4.PID控制器。1.了解系统的设计与校正问题。2．掌握常用校正装置及其特性。3．掌握频率法的串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后----超前校正设计。4．了解前馈校正、复合校正。5．理解PID控制器原理。8讲授、讨论、线上学课程目标1课程目标2课程目标3习第七章线性离散控制系统1.离散控制系统的基本概念2．信号的采样与保持2.离散控制系统的数学模型3.离散控制系统的性能分析。1.理解离散系统的基本概念、信号的采样与保持。2．掌握z变换理论和Z反变换。3．8讲授、线上学习课程目标1课程目标2六、实验教学内容安排1、实验教学内容与安排表6-1实验教学内容与安排表序号实验名称主要内容学习要求实验学时每组人数必做/选做实验项目类型课程目标1典型环节的时域响应测量比例、积分、惯性等典型环节的阶跃响应曲线，记录相关参数的变化对其动态特性的影响。1．设计并构建各典型环节的模拟电路。2．测量各典型环节的阶跃响应，并研21必做验证课程目1课程目13.分析参数变化对典型环节动态特性的影响。2二阶系统的时域响应123、改变开环放大系数及阻尼比，记录各性能指标。1、掌握二阶系统动态性能指标的测试方法；2．研究二阶系统的参数对其动态性能和稳定性的影响。21必做验证课程目标1、23系统频率特性的测量1．惯性环节的频率特性测试；2．二阶系统频率特性测试；MATLABBodeNyquist图。MATLABBodeNyquist图并进行性能分析。21必做验证课程目标1、24连续系统的串联校正1．应用频率法设计串联超前校正和滞后校正；2．应用运算放大器构建串联超前校正前后和滞后校正前后的模拟电路图；3．利用示波器记录系统校正前后的阶跃响应和各控制性能指标并研究对比分析。1．观测未加校正装置时系统的动、静态性能；2．按动态性能的要求，分别用时域法或频域法设计串联校正装置；计要求。21必做设计课程目标课程目标课程目*2、主要仪器设备：控制理论实验箱、数字示波器、MATLAB软件、电脑七、考核方式及成绩评定1、课程考核及成绩评定说明课程考核采用线上与线下结合方式。课程考核采用过程化考核方式。总评成绩=线下期末52%~50%+平时总评48%~50%；48%~50%35%+13%~15%，35%具体根据线上各平台细化。课程总评成绩由平时考核成绩和期末考核成绩两部分加权而成，平时成绩、期末成绩及总评成绩均为百分制，在总评成绩中，平时成绩和期末成绩所占的权重分别为α1和α2，α1+α2=100%。参考表7-1。2、考核方式及评价标准表7-1考核方式及评价标准考核方式成绩占比评价标准对应课程目标占比总占比平时考核考勤及课堂互动5%48%~50%课程目标1课程目标2课程目标3过程考试20%2~3100价。课程目标1课程目标2作业类10%课程目标1课程目标2课程目标3实验13%~15%课程目标1课程目标2课程目标3期末考核闭卷52%~50%52%~50%100课程目标1o2课程目标33、课程目标达成度评价方式课程分目标达成度总评成绩中支撑该课程目标相关考核环节平均得分总评成绩中支撑该课程目标相关考核环节目标总分课程总目标达成度该课程学生总评成绩平均值分课程目标评价内容及符号意义说明如下表7-2所示，字母A、B则分别表示平时成绩与期末考试的平均得分，其中：A=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8；B=B1+B2+B3；A1、A2、A3为作业、考勤及课堂表现对应课程目标1、2、3的得分，A4、A5、A61、2、3，A7、A81、2B1、B2B3、3得分。7-2课程目标评价内容课程目标评价内容目标分值学生平均得分作业、考勤及课堂表现课程目标110A1课程目标215A2课程目标35A3实践课程目标110A4课程目标215A5课程目标35A6过程考核过程考核1课程目标110A7期中考试2课程目标230A8过程考核3期末考试课程目标120~40B1课程目标240~70B2课程目标30~20B3课程总评成绩1001A2B课程各目标达成度评价值计算具体如表7-3所示。期末目标分值C1+C2+C3=100分。7-3课程目标达成度计算规则课程目标考核环节目标分值学生平均得分各课程目标达成度计算示例课程目标1作业、考勤及课堂表现（1）10A11147)2110)21实践（1）10A4过程考核（1）10A7期