《自动控制原理》教学大纲

《自动控制原理》课程教学大纲

课程编码：AL041360

课程性质：专业基础课程

适用专业：自动化

学时学分：48学时3学分

所需先修课：电路原理、电子技术、高等数学

编写单位：机电工程学院

一、课程说明

1.课程简介

本课程是自动化专业的一门专业基础课程，主要内容包括：控制系统分析与

设计的基础知识，线性控制系统的建模，系统的稳定性，稳态特性和动态特性，

时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法等三大分析法，以及系统的校正与计算

机辅助分析，非线性控制系统的分析法等。通过本课程的学习，使学生掌自动控

制原理的基本知识、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，为进一步学习专

业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。该课程的先修课是电路原理、电

子技术、高等数学等。本课程是为系统学习现代控制理论、电力拖动控制系统、

计算机控制系统等后续课程打下基础。

2.教学目标要求

本课程以自动控制系统的数学模型为研究对象，以建模、分析、校正为重点。

学完本课程应达到以下基本要求：

1）了解自动控制的一般概念；

2）熟练掌握简单过程机理模型的建立方法，以及动态结构图的等效化简方

法；

3）熟练掌握时域分析法、频域分析法；

4）熟练掌握劳斯稳定判据、乃奎斯特稳定判据；

5）熟练掌握稳态误差的计算方法；

6）在上述基础上，基本掌握自动控制系统的校正计算方法。

3.教学重点难点

1）掌握分析自控系统的时域分析法、频域分析法；

2）深入理解系统的校正方法；

3）正确建立控制系统的数学模型；

1

4）熟练运用基本控制方法解决控制系统运行中的实际问题。

4.学时分配表

次序教学内容理论课学时数

第一部分概述2

第二部分数学模型8

第三部分时域分析法8

第四部分根轨迹法8

第五部分频域分析法10

第六部分校正方法8

第七部分非线性控制系统分析4

总计48

5.主要教法、学法

本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式开展教学，着重对学生的分

析问题能力、理论综合能力以及实验研究能力等方面的培养。

研发并采用多媒体教学方式。

6.考核方式及标准

1）考核目的：

考核学生对电机学的基本知识、基本理论、工程设计计算方法等的理解和掌

握程度，促进学生提高分析和解决问题的能力。

2）考核形式：

闭卷笔试。

3）主要考核内容：

自动控制系统的数学模型、时域分析法、频域分析法、自动控制系统的校正、

非线性控制系统分析。

4）考核题型：

简答，计算。

5）成绩评定:

考试成绩占总成绩的70%,其他（包括考勤、作业、讨论等）成绩占总成绩

的30%。

二、各部分教学纲要

第一部分概述（4学时）

教学目标

2

通过绪论的学习，了解自动控制理论的发展和应用情况；掌握开环控制系统

和闭环控制系统的基本概念；掌握自动控制系统的组成；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。

本部分重点

开环控制系统和闭环控制系统；自动控制系统的组成。

本部分难点

对自动控制系统的基本要求。

教学内容

1.自动控制理论的发展和应用

2.开环控制系统和闭环控制系统

3.自动控制系统的组成

4.自动控制系统的分类

5.对自动控制系统的基本要求

第二部分自动控制系统的数学模型（8学时）

教学目标

了解自动控制系统数学模型的基本概念；重点掌握建立简单过程机理模型的

方法；熟练掌握描述自动控制系统的基本方法：微分方程、传递函数和动态结构

图；熟练掌握各种模型表达形式之间的相互转换。

本部分重点

传递函数的概念；建立简单过程机理模型的方法；动态结构图的化简。

本部分难点

建立简单过程机理模型的方法；动态结构图的化简。

教学内容

1.自动控制系统微分方程的编写

2.传递函数

3.动态结构图及其等效变换

4.自动控制系统的传递函数

第三部分时域分析法（8学时）

教学目标

理解系统稳定的基本概念；熟练掌握系统稳定的充要条件和稳定判据；了解

几种典型的输入信号；熟练掌握自动控制系统的阶跃响应性能指标；重点掌握一

阶、二阶系统的阶跃响应；重点掌握稳态误差的概念和计算方法。

本部分重点

系统稳定的判定；一阶、二阶系统的阶跃响应；系统稳态误差的计算。

本部分难点

3

系统稳定的判定；一阶、二阶系统的阶跃响应；系统稳态误差的计算

教学内容

1.系统稳定性分析

2.典型输入信号和阶跃响应性能指标

3.一阶系统的阶跃响应

4.二阶系统的阶跃响应

5.系统稳态误差分析

第四部分频域分析法（8学时）

教学目标

掌握频率特性的定义及其数学本质；掌握典型环节的频率特性；重点掌握系

统开环频率特性曲线的绘制；熟练掌握运用乃奎斯特稳定判据判定系统的稳定

性；熟练掌握求取相角裕度和幅值裕度的方法；理解系统开环频率特性与系统动

态性能的关系。

本部分重点

频率特性的定义及其数学本质；系统开环频率特性曲线的绘制；稳定裕

度的计算方法。

本部分难点

频率特性的数学本质；系统开环频率特性曲线的绘制；稳定裕度的计算方法。

教学内容

1.频率特性概述

2.频率特性的几种图示方法

3.典型环节的频率特性

4.系统的开环频率特性

5.乃氏稳定判据

6.稳定裕度

7.利用开环频率特性分析闭环系统的阶跃响应性能

第五部分线性系统的根轨迹法（10学时）

教学目标

着重讨论根轨迹图的绘制，明确闭环传递函数极点与瞬态响应的关系，了解

改变开环增益，增加开环传递函数零、极点对系统质量的影响。

本部分重点

根轨迹的绘制法则

本部分难点

零度根轨迹和参数根轨迹族

教学内容

4

1.根轨迹法的基本概念

1.1闭环零、极点与开环零、极点之间的关系

1.2根轨迹方程

2.根轨迹绘制的基本法则

3.广义根轨迹

3.1参数根轨迹

3.2零度根轨迹

4.系统性能的分析

第六部分自动控制系统的校正（8学时）

教学目标

了解校正的基本概念；掌握串联超前校正环节、串联滞后校正环节、串联滞

后一超前校正环节的校正作用；重点掌握利用频率法进行串联超前校正、串联滞

后校正、串联滞后一超前校正装置的设计方法。

本部分重点

串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后一超前校正装置的设计方法。

本部分难点

串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后一超前校正装置的设计方法。

教学内容

1.控制系统校正概述

2.常用校正装置及其特性

3.自动控制系统的频率法校正

第七部分非线性控制系统分析（4学时）

教学目标

掌握描述函数的计算及分析系统稳定性的方法，以及相平面分析方法。

本部分重点

描述函数的计算及分析系统稳定性的方法

本部分难点

相平面分析方法

教学内容

1.非线性控制系统概述

2.常见非线性特性及其对系统运动的影响

三、教