《自动控制理论》1课程教学大纲

《自动控制理论》教学大纲

课程英文名AutomaticControlTheory课程代码01M0096

实验/实践

学分3总学时48理论学时40学时8

复变函数与积分变换、高等

课程类别学科基础课课程性质必修先修课程

数学

适用专业开课学院机电工程学院

机械电子工程

注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课：课程性质是指必修/限选/任选。

一、课程地位与课程目标

（一）课程地位

《自动控制理论》是机械电了•工程专'业的重要学科基础课程，教学目的是培乔学生利用

所学数学、工程数学知识，分析和设计自动控制系统。通过课程学习，使学生理解自动控制

系统的基本概念，掌握自动控制系统建模的方法，熟练掌握系统性能指标的分析计算方法，

理解自动控制系统校正概念，熟练使用根轨迹法和频率特性法分析与设计控制系统。为今后

深入学习现代控制理论、最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系统、系统辨识等课程

奠定基础。

学生通过本课程的学习，可针对单输入/单输出系统，建立传递函数数学模型，分析和

计算输出反馈控制系统性能指标，设计校正控制器，具务初步的自动控制系统设计能力。

（二）课程目标

1.理解自动控制系统的基本概念，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，能够将机、

电、液、控等知识和数学模型方法用于推演、分析机械电子工程领域的专业工程问题：由辩

证唯物主义中的认识论，阐述如何发现科学问题，通过严谨的数学推导和变换，使学生在逻

辑思维能力、抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练；（毕业要求

指标点1.3能够将机、电,液、控等知识和数学模型方法用于推演、分析机械电子工程领域

的专业工程问题/H）

2.熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态性能指标的方法，能够运用控

制理论基本原理，识别和判断机械电子工程领域的复杂工程问题的关键环节；培养学生辩证

唯物主义世界观和科学思维方法；（毕业要求指标点2.1能够运用机、电、控等原理，识别

和判断机械电子工程领域的复杂工程问题的关键环节/H）

3.掌握自动控制系统控制器设计方法，具有应用控制系统校正基本原理，针对复杂的控

制工程实际问题，进行控制系统设计与改进能力。（毕业要求指标点4-1能够基于机、电、

液、控等原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析机械电子工程领域复杂工程问题的解

决方案/H）

二、课程目标达成的途径与方法

《自动控制理论》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和实验教学，针对单输入/

单输出控制系统，学习建立数学模型，分析稳定性和稳动态性能，并在预期性能输出条件下，

设计控制器的专业基础知识。培养学生运用工程基础知识和自动控制理论专业知识，分析和

解决控制科学与工程领域狂杂工程问题的能力。

（1）课堂教学主要讲述自动控制系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计

方法。并将简单的单输入，单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象

的理论知识，提高学习控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，形成良

好的思维方式和学习方法，在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。

（2）针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学

习环节，训纷:、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。

（3）设计验证性、设计性实验，采用实验教学方式，训练实验技能，培养理论知识的

应用能力、实验数据分析和处理能力和团队协助能力。

三、课程目标与相关毕业要求的对应关系

课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）

课程目标

毕业要求指标点1.3毕业要求指标点2.1毕业要求指标点4.1

课程目标1H

课程目标2H

课程目标3H

注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；

2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。

四、课程主要内容与基本要求

对应课

知识点主要内容基本要求

程目标

第1章（1）自动控制理论发展史L11

绪论（2）自动控制系统的基本概念L21

第2章（1）控制系统数学模型的建立L31

控制系统的数学模型⑵控制模型的有效变换L31

对应课

知识点主要内容基本要求

程目标

⑴控制系统时域响应L32

第3章

（2）控制系统稳定性分析与判断L22

控制系统的时域分析

（3）控制系统稳态分析L32

第4章（1）控制系统的根轨迹绘制L32

根轨迹法（2）根轨迹方法的应用L32

（1）控制系统的频域法建模L21

第5章（2）控制系统的频域特性响应L32

频率响应法（3）控制系统的稳定性分析与判断L32

（4）控制系统相对稳定性的分析与计算L33

（1）控制系统校正的基本原理L22

第6章

（2）控制器结构与参数设计L23

控制系统的校正

（3）控制器参数整定L23

基本要求：LI-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握

五、课程学时安排

学生任务（作业要求、课程

知识点章节教学内容学时数

自学要求、讨论）目标

自动控制系统基本概念1pll1-1、1-21

第1章开环控制与闭环控制1pll1-41

绪论

自动控制系统的分类与性能要

1p!21-51

求

控制系统微分方程模型建立1p582-2、2-31、2

第2章

控制系统的控制系统传递函数模型3P582-5、2-61,2

数学模型系统框图及其等效交换2P592-101、2

控制系统信号流图2P592-111

实验1典型环节的模拟研究32

一阶系统的时域响应2PI063-2、3-4、3-51、2

第3章

控制系统时二阶系统的时域响应3Pl073-7、3-81、2

域分析线性定常系统的稳定性分析2P1083-11、3-123

控制系统稳态误差2Pl083-133

实验2控制系统的瞬态响应及其稳定22

学生任务（作业要求、课程

知识点章节教学内容学时数

自学要求、讨论）目标

性分析

根轨迹的基本概念与绘制规则3P1464-1、4-2、4-31

第4章

参量根轨迹的绘制1PI464-4>4-63

根轨迹

根轨迹法分析控制系统2PI484-14,4-183

频率特性1P2155-1(1)(2)1、2

伯德图绘制2P2155-2(1,2)5-31,2

第5章

频率响应法极坐标图绘制2P2165-5,5-71、2

奈奎斯特稳定判据2P2165-9,5-11,2

相对稳定性分析2P2185-15,5-17,5-203

控制系统校正模型11

第6章

控制系统的超前校正2P2706-1,6-21,2

校正

滞后校正2P2716-4,6-61、2

实验3线性系统的串联校正33

六、实践环节及基本要求

完成下面表格中的3个实验。

序实验实验课程

实验项目学时基本要求学生任务

号性质类别目标

理解和熟悉典型

环节的模拟仿真学生理解典型环

典型环节

电路结构和传递节仿真电路的结

1的模拟研3验证必做1

函数，掌握典型环构，能够分析响应

究

节的阶跃响应特特性。

性。

熟练掌握控制系

控制系统统的瞬态响应测

根据测试方法得

的瞬态响试方法和响应特

22到的曲线，能够分验证必做1

应及其稳性，并分析和实验

析系统稳定性

定性分析验证其在理论上

的稳定性。

熟练掌握二阶系

二阶系统能够掌握阻尼比

统的特征变量（无

特征参数对二阶系统输出

33阻尼自然频率和设计选做2

对系统性特性的影响，分析

阻尼比）对系统输

能的影响系统的性能

出特性的影响：熟

序实验实验课程

实验项目学时基本要求学生任务

号性质类别目标

练掌握控制变量

（开环增益）对系

统输出特性的影

响。

熟练掌握开环和

开环增益闭环零极点对系掌握如何改变开

与零极点统输出性能的影环和闭环零点的

43设计选做2

对系统性响，以及开环增益位置，进而分析系

能的影响对系统输出特性统性能变化

的影响。

热练掌握控制系

统频率特性的测

试方法和响应特掌握频率特性测

频率特性

53性，并用频率法实试方法，并验证频综合选做2

的测量

验分析和验证系响应的正确性

统在理论1:的正

确性。

熟练掌握控制系

统串联校正的模

掌握串联校正的

拟仿真电路结构

线性系统模拟电路结构，能

和设计方法，并分

6的串联校3够分析串联校正设计选做3

析和实验验证串

正对系统性能的改

联校正方法对系

善

统稳动态性能的

改善。

共计8个实验学时

七、考核方式及成绩评定

考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例

含到课率、课堂讨论发言、点名记录、课堂发言记录、

过程考核50%

线上讨论、线上平时作业作业完成质量和实验报告

期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准50%

考核类别考试

成绩登记方式百分制

八、课程目标考核环节和达成标准

课程目标教学环节成绩评定

作业A©

课程目标1讲授

期末考试bo

实验实验成绩Go

目标达成度1=0.1xA|/A|()+07xB|/Bio+O.2xC|/Cio

作业A20

讲授

期末考试Bo

课程目标22

实验实验成绩C20

目标达成度2=0.1XA2/A2O+O.7XB2/B2O+O.2XC2/C2O

作业A30

讲授

期末考试Bao

课程目标3

实验实验成绩C30

目标达成度3=0.1XA3/A30+O.7XB3/B30+O.2XC3/C30

注：上述AMBMCxo分别达作业、期末考试和实验成绩中对应于课程目标x的题目或是实验的总分:

Ax、B、、U分别是作业、期末考试和实验成绩中对应于课程目标x的题目或是实验中学生的平均得分。

九、推荐教材与主要参考书

推荐教材：

1.《自动控制理论》，邹伯敏，机械工业出版社，2008年第3版

主要参考书：

1.《自动控制原理》，王万良、赵燕伟，机械工业出版社，2015年第2版

2.《自动控制原理》，胡寿松，科学出版社，2007年第5版

3.《自动控制原理学习辅导与习题解答》，徐颖秦、潘丰，机械工业出版社，2015年

4.丁红，贾玉瑛主编《自动控制原理实验教程》，北京大学出版社，2015年

5.《自动控制原理的MATLAB仿真与实践》，刘超、高双，机械工业出版社，2015年

附件

一、作业评分标准表

考核内容A(90-100)B(80-89)C(70-79)D(60-69)E(<60)

知识及概念学知识及概念学知识及概念学知识及概念学知识及概念学没有掌握知识

握程度（权重握全面，运用握较全面，能握较全面，能握程度一般，及概念，不会

30%）得当正确运用够运用，但没并不能正确运运用公式

有考虑约束条用

件

解题过程的正解题过程正解题过程较正解题过程基本解题过程中存解题过程错误

确性、完整性确、完整，逻确、完整，逻正确、完整，在错误，答案且不完整，答

（权重70%）辑性强，答案辑性较强，答答案正确率超正确率超过案正确率低于

正确率超过案止确率超过过70%60%60%

90%,书写清80%»书写清

晰晰

二、实验考核标准表

考核内容A(90-100)B(80-89)C(70-79)D(60-69)E(<60)

现场操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程

熟练性（权重正确、熟练程基本正确、熟基本正确、会正确性失误较错误，不熟练，

40%)度高练程度较高有小失误，熟多，不够熟练实验原理和目

练程度尚可的不清

试验结果正确试验结果正试验结果较合试验结果较合试验结果合试验结果不合

性和试验报告确，完整，数理、完整，数理、完整性欠理、完整性欠理，存在明显

规范性（权重据分析合理，据分析较合缺，数据分析缺，数据分析错误，数据分

60%)试验报告书写理，试验报告不够合理，试不合理，试验析错误，试验

规范、内容清书写较规范、验报告书写较报告书写不够报告书写不规

晰内容较清晰清晰规范、清晰范、不清晰

三、课程试卷设计方案

考察点占比

序号课程目标备注

期末期末

理解自动控制系统的基本概题型；填空题、选择题、

念，熟悉控制系统分析与设计