《自动控制原理 (二)》课程教学大纲

《自动控制原理》课程教学大纲

课程代码：ABJD0623

课程中文名称:自动控制原理

课程英文名称：PrinciplesofAutomaticControlSystem

课程性质：选修

课程学分数：3学分

课程学时数:48学时（40+8）

授课对象：电子信息工程专业

本课程的前导课程：高等代数，电路，模拟电子技术，数字电子技术

一、课程简介

自动控制原理是电子信息工程的选修课，是全面介绍自动控制系统基本原理、工程分析

以及设计方法的•门学科。通过该课程的学习，使学生清晰地建立反馈控制系统的基本概念,

初步学会利用自动控制理论的方法来分析、设计自动控制系统。

课程主要研究自动控制系统的基本概念、控制系统在时域和复数域数学模型及其结构图

和信号流图；全面细致的研究线性控制系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法以及校正

和设计等方法；对线性离故系统的基础理论、数学模型、稳定性、稳态误差、动态性能以及

数字校正等问题进行分析讨论：非线性控制系统，通过相平面和描述函数方法讨论分析。

本课程教学任务是使学生掌握自动控制系统的基本概念和自动控制系统分析、设计（校

正）的基本方法,初步掌握系统实验技能,学会运用Mallab进行捽制系统辅助分析设计的方

法，为以后的学习提供所应用的系统分析•、设计的基本理论和基本方法，掌握必要的基本技

能，为进一步深造打下必要的理论基础。

二、教学内容和要求

（一）自动控制的基本概念

教学内容：自动控制的基本概念；反馈控制的原理，反馈控制系统的构成；自动控制系

统的基本类型；对自动控制系统的基本要求及自动控制理论的发展历史等。

重点：自动控制系统的组成及工作原理；控制系统的判断方法；自动控制系统中的

有关概念名词及术语。

难点：控制系统的判断方法。

教学要求：掌握自动控制系统的基本概念、基本结构和组成、了解自动控制理论的发展

和控制系统分类及特点。

（-）拉普拉斯变换

教学内容：拉普拉斯变换的定义式；拉氏变换与拉氏反变换的概念以及区别；常用的拉

氏变换对照表；拉氏变换的运算定理；拉氏反变换。

重点：布氏反变换的运用；布氏变换的运算定理（积分定理、微分定理、终值定理）c

难点：拉氏反变换的运用。

教学要求：掌握拉氏变换的运算定理、理解拉氏反变换的运用。

（三）控制系统的数学模型

教学内容：控制系统微分方程的建立与求解；传递函数的定义、求取与性质；控制系统

的动态结构图及其等效变换；Mason公式；典型环节的数学模型；脉冲响应与阶跃响应；

控制系统的传递函数。

重点：数学模型的概念及其重要性；系统数学模型的建立方法；传递函数、动态结

构图及其等效变换，典型环节的数学模型，

难点：控制系统微分方程的建立；结构图的等效变换及Mason公式的正确运用。

教学要求：掌握系统数学模型的概念及其建立方法；理解传递函数、动态结构图及其等

效变换；了解控制系统微分方程的建立及Mason公式的正确运用。

（四）控制系统的时域分析法

教学内容：典型控制过程及性能指标；一阶系统与二阶系统；系统稳定性分析；劳斯稳

定判据；稳态性能的时域分析。

重点：一阶系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

难点：二阶系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

教学要求：掌握一阶系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析；理解二阶

系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

（五）控制系统的频率分析法

教学内容：频率特性的基本概念；频率特性函数的图象；典型环节的频率特性函数；三

种数学模型之间的关系；频率域中的稳定判据（对数稳定判据）；伯德图的绘制方法。

重点：频率特性的基本概念；系统开环频率特性的绘制（Bode图）；最小相位环节

（或系统）频率特忤的特点；伯德图的绘制。

难点：频率特性包含的物理意义；稳定裕量的‘理解；Nyquist稳定判据的正确使

用；伯德图的绘制。

教学要求：掌握频率分析法的基本思想、开环频率特性分析；了解闭环频率特性分析。

（六）控制系统的校正

教学内容：系统校正蹴述；常用的校正装置；串联校综合方法；反馈校法；前馈控制

概念；自动控制系统的设计方法。

重点：常用的校正装置分类；各种校法的优点与缺点。

难点.各种串联校式（滞后校正，超前校滞后一超前校对系统性能的影响，校正方

式的选择。

教学要求：掌握根轨迹校正、复合校正、反馈校正、参考模型法校正的基本思想：了解

控制系统的结构设计。

三、实验教学内容及基本要求

实验教学内容：从以下实验中选做8学时实验。

（一）典型环节及其阶跃响应（2学时，验证性）

学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响；学习典型环节阶跃响

应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数；学习用MATLAB仿真软

件对实验内容中的电路进行仿真。

（二）二阶系统阶跃响应（2学时，验证性）

研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频电对系统动态性能的影响；进一步学

习实验系统的使用；学会收据系统的阶跃响应曲线确定传递函数；学习用MATLAB仿真软

件对实验内容中的电路进行仿真。

（三）控制系统的稳定性分析（2学时，验证性）

观察系统的不稳定现象，研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响，学习用

MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

（四）频率特性的测试（2学时，验证性）

掌握频率特性的测试方法，进一步明确频率特性的概念及物理意义，明确控制系统参数

对频率特性曲线形状的影响；进一步学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿

真。

（五）PID控制实验（2学时，验证性）

通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，分析分别用P、PI和PID调节

时的过程图形曲线，定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

（六）线性连续系统校正（2学时，验证性）

熟悉串联校正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响，掌握用SIMULINK设计串联

校正装置并进行仿真的方法。

（七）控制系统时域与频域特性分析（4学时，设计性）

掌握自动控制原理实验箱的使用方法；学习一阶系统的电路构成，了解参数变化对系统

阶跃响应的影响：学习系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算系统的传递函

数；研究系统开环增益和时间常数对系统稳定性的影响；掌握系统频率特性的测量方法；

（A）角随动系统的数学建模及串联校正（4学时，设计性）

掌握自整角机随动系统的组成和工作原理，掌握一般控制系统的建模方法，掌握实验法

测量系统数学模型的方法，熟练掌握串校正规律和串联校正环节的设计方法，熟练掌握控制

系统的调试方法。

（九）数字随动系统数学建模及控制器设计（4学时，综合性）

掌握一般控制系统的建模方法，掌握数字随动系统的组成和工作原理，掌握实验法测量

系统各个环节的参数，建立数学模型；掌握利用Simulink对系统进行仿真方法；掌握数字

PID控制器的调试方法；掌握最少拍控制器设计的方法；掌握控制系统的调试方法。

实验教学要求：

1、实验开始前指导老师应首先检查出勤情况并检查实验预习完成情况。

2、实验开始后指导教师利用板书或多媒体讲解实验原理和实验相关问题，现场指导实

验操作，及时解答学生实验中遇到的问题。

3、实验结束后指导教师需告知撰写实验报告的要求，并布置下次实验预习要求。

四、教学方法与手段

(-)教学方法

将课程教学改革与现代教育理念紧密结合，建立了一套在课堂教学、课后学习辅导、实

验教学与开放式管理的有效机制。采用启发式、讨论式等多种行之有效的教学方式，通过现

代网络技术和通讯技术加强师生之间、学生之间的交流，引导学生独立思考，强化科学思维

的训练。

(-)教学手段

课程教学中运用现代教学媒体和网络辅助教学，使学生在不同教学环节中，系统学习和

掌握先进技术，受到素质、能力和创造力的锻炼和培养。适当开设实验教学，促进学生动

手能力的提高，激发学生学习的智力和潜能，调动学生学习的主动性和积极性。

五、教学学时分配

章节(或内容)讲课实验作业量合计

自动控制的基本概念222

拉普拉斯变奥848

控制系统的数学模型82410

控制系统的时域分析法82410

控制系统的频率分析法82410

控制系统的校正6248

合：r40848

六、考核方式与成绩评定标准

1、考核方法

课程总成绩按照出勤(30%)、作业(30%)、课程考核(40%)等成绩综合评定。

2、成绩评定

根据考核方法按照优、良、中、及格、不及格给出学生的总成绩。