《自动控制原理》课程教学大纲

自动控制原理课程教学大纲

AUTOMATICCONTROLPRINCIPLE

总学时数：72其中实验学时：

学分：4.5其中实验学分：

适用专业：自动化

一、课程的性质、目的和任务

自动控制原理是研究自动控制系统的共同规律的一门技术科学，所设自动控制原理课程

是自动控制、自动化、电力、电子、机械、热工及各相关专业的重要专业基础课。本课程的

教学内容包括经典控制理论和现代控制理论两大部分。以经典控制理论为主。深入学习线性

连续控制系统的时域分析法、报轨迹法，频率分析法、系统校正和设计方法；学习高效控制

系统理论中的基本概念、基本分析方法和数字校正；以及非线性理论中的描述函数分析方法。

为培养学生在定性分析、定量估算和综合设计等方面的能力打下良好的基础。

二、课程的基础内容和要求

本课程的主导思想是，使学生掌握自动控制的基本概念；掌握系统分析与综合的古典

方法。掌握系统分析与综合的时域法、根矶迹法和腆域法，r解非线性系统的分析法和离散

系统的分析方法。本课程有很强的理论性、概括性。有些概念已完全建立在数字描述和数

学分析的基础上,数学基础成为本课程不可回避的问题，要求学生具备相应的数学知识。

三、课程的教学内容、重点和难点

第一章自动控制的一般概念

基本内容：

自动控制的任务；

自动控制的基本方式；

对自动控制系统的性能要求

基本要求：

i.课程的内容和要求；特点和发展概况

2.系统的分类

3.输入，输出，系统等概念

4.分析和综合的内容和方法

5.控制器；控制作用；控制对象；控制系统等概念

6.闭环系统的构成要素

7.对系统的基本要求。稳定性，快速性、准确性。

8.控制系统举例。要求有举例的能力，并能指出示例系统的工作原理及构成要素。

重点：控制器；控制作用；控制对象；控制系统等概念。

难点：输入，输出，系统等概念。

第二章控制系统的数学模型

基本内容：

列写微分方程的一般方法：

非线性方程的线性化：

传递函数；

动态结构图和典型环节；

结构图的等效变换：

系统的传递函数

基本要求：

1.模型是对物理系统的抽象，使问题的分析简化。

2.建模理论概要

3.微分方程；传递函数；脉冲响应函数；信号流图，结构框图，五种模型的含意。

4.模型之间的相互转换

5.拉普拉氏变换及其反变换

6.求系统的时间响应

7.求系统的传递函数

重点：微分方程；传递函数；脉冲响应函数；信号流图，结构框图，五种模型的含意。

难点：模型之间的相互转换。

第三章时域分析法

基本内容：

典型响应及性能指标

一阶系统分析

二阶系统分析

系统的稳定性分析

系统的稳态误差分析

基本要求：

1.时域性能指标的定义

2.时域分析的思想是，最终建立系统特征参数与时域指标之间的关系

3.一阶系统分析；特征参数T

4.二阶系统分析，特征参数学，on

5.误差与偏差；稳态误差

6.稳态误差与系统参数的关系，稳态误差系数

重点：二阶系统分析，特征参数学，J<ono

难点：时域分析的思想是，最终建立系统特征参数与时域指标之间的关系。

第四章根轨迹法

基本内容：

根轨迹与根轨迹方程

根轨迹绘制的基本法则

闭环零、极点分布与系统阶跃响应的关系

系统防跃响应的根轨迹分析

基本要求：

1.根轨迹的基本概念

2.绘制根轨迹的十条原则

3.绘制根轨迹

4.闭环特征根的分布与时域性能指标的关系

5.附加零极点对系统性能的影响

6.高阶系统性能的估算

重点：根轨迹绘制的基本法则。

难点：系统防跃响应的根轨迹分析。

第五章频域法

基本内容：

频率特性

典型环节的频率特性

系统开环频率特性

奈奎斯特稳定判据和对数频率特性

闭环频率特性与系统阶跃应的关系

开环频率特性与系统阶跃响应的关系

基本要求：

1.系统对正弦输入的稳态响应

2.频率特征的表达方法

3.Bode图和Nyquist图

4.由开环频率特征G(jo)确定闭环系统的稳定性

5.Nyquist稳定性制据

由Bode图判定稳定性

由Nyquist图判定稳定性

6.相角裕度，幅值格度

7.频域性能指标与时域指标的联系

8、熟练绘制Bode图及Nyquist图

重点：频率特征的表达方法。

难点：频域性能指标与时域指标的联系。

第六章控制系统的校正

基本内容：

系统设计与校正

串联校正

反馈校正

复合校正

系统串联校正的理论设计

基本要求：

1.综合与校正

2.超前较正

3.迟后较正

4.超前迟后较正

5.确定较正参数的根轨迹法

6.确定较正环节参数的频率特性法

7.系统设计举例

重点：系统设计与校正。

难点：系统串联校正的理论设计。

第七章非线性系统分析

基本内容：

非线性系统动态过程的特点

典型非线性及其对系统动态过程的影响

描述函数

描述函数法及系统分析

非线性系统性能的校正

基本要求：

1.非线性系统分析的内容；稳定性；是否有自持振荡

2.非统性系统分析的古典方法

描述函数法；相平面法

3.描述函数法

4.相平面分析法

5.相平面图的绘制

6.用相平面方法二阶非线系统

重点：非线性系统分析的内容；稳定性；是否有自持振荡。

难点：非线性系统分析的内容；稳定性；是否有自持振荡。

第八章采样系统分析

基本内容：

采样过程与采样定理

信号复现与零阶保持器

Z变换与Z反变换

脉冲传递函数采样系统的性能分析

基本要求：

1.连续与离散的概念

2.模拟与散字的概念

3.连续系统的数字化，采样与最化

4.采样与采样定性

5.正变换

6.离散系统的数学模型，脉冲传递函数；差分方程

7.稳定性分析，W变换

8.稳态误差，由已变换的终值定理求稳态误差

9.稳态误差函数

10.离散化时系统无差度的影响

11.动态性能分析

12.G（Z）特征根的的分布位置与时域指标的关系

重点：连续与离散的概念。

难点：G（Z）特征根的的分布位置与时域指标的关系。

四、课程各教学环节要求

1.课堂教学

2.习题课

本课程有14学时习题课，建议安排：

控制系统的数学模里（2学时）；

时域分析法（2学时）；

根轨迹法（2学时）；

频域法（2学时）;

控制系统的校正（2学时）；

离散系统分析（4学时）。

3.实验环节

本课程实验课总学时为8,做4次实验：典型环节动态性能研究；典型系统的瞬态响应

和稳定性；线性系统的综合校正；非线性系统的分析与综合。

五、学时分配

作

业备

各教学环节学时分配

题注

章

主要内容量

节

讲实讨习课其小

授验论题外它if

第

自动控制的一般

442

概念

章

第

控制系统的数学

102105

模型

章

第

时域分析法1042145

章

章

四根轨迹法8284

章

第

五频域分析法102105

章

第

控制系统的校正62283

章

第

七非线性系统分析224

章

第

八离散系统分析2024228

章

合计701080

六、课程与其他课程的联系

本课程的先修课程有：《电路》、《高等数学》、《工程数学》、《模拟电子技术》、

《数字电子技术》、《微机原理》、《控制电机》、《检测与仪表》，本课程的后续课程有:

《计算机控制系统》、《现代控制理论》、