《自动控制原理2》课程教学大纲

《自动控制原理2》教学大纲

一、课程基本信息

自动控制原理

课程名称

AutomaticControlPrinciple

课程编码CTL123611035开课院部控制科学与工程学院课程团队自动控制原理教学团队

学分3.5课内学时56讲授56实聆0上机0|实践0|课外学时56

适用专业自动彳授课语言中文

高等数学（2T）、高等数学（2-2）、大学物理（27）、大学物理实聆（2-1）,电路分析、电路分析实验、大学物理（2-2）、大学物理实验

先修课程

（2-2）、模拟电子技术

本课程是自动化专业最重要的专业基础理论课之一,也是本专业的主干涕程，重点介绍动态系统的数学模型建立、线性系统的时域分

析法、根轨迹法、领域分析法及其校正和设计、线性离散系统的基础理论与分析方法、非线性系统的基本概念等知识。通过本课程的学

习，使学生掌握自动控制系统的基本思想，熟悉自动控制系统的分析方法和综合方法，奠定其在控制理论与应用方面的专业知识基础，同

时促进学生家国情怀、科学与人义精神的培养，为学习后继学习、科研及工作莫定良好基叱。（对应毕业要求.1.2、1.3、2,1、2.2、

2.4）

Thiscourseisoneofthemostimportantprofessionalbasiccoursesofautomationmajor,anditisalsothe

课程简介essentialcourseofthismajor.Thiscoursefocusesonthemathematicalmodelofthecontrolsystem,thelimedomain

（必修）analysismethod,therootlocusmethod,andthefrequencydomainanalysisanddesignmethodforlinearcontinuous-time

systems,thebasictheoryandanalysismethodforlineardiscrete-timesystems,andthebasicconceptsfornonlinear

systems.Bystudyingthiscourse,thestudentsareexpectedtomasterthebasicconceptsandprinciplesofautomatic

controlsystems,befami1iarviththeanalysisanddesignmethodsfortheautomaticcontrolsystems,ancenhancethe

understandingofIhecontrolproblems.Atthesametime,itpromotesthecullivationofstudents'natioralfeelings,unci

bereadyforstudyingthefolowingprofessionalcourses,scientificresearch,andpracticalwork.(Correspondingto

graduationrequirements:1.2,1.3,2.1,2.2,2.4,4.1)

负责人大纲执笔人审核人

二、课程目标

序号代号课程目标OBE毕业要求指标点

任务自选

日标1：理解与掌握自动控制系统的基本原理、组成、分类以及性能要求，能够从控制系统角度出发

1Ml是2.1

进行分析，绘制符合控制系统基本组成的方框图.提炼出具体的控制问2L

是

2M2目标2:能够运用高等数学、复变函数与积分变换和大学物理等知识建立自动控制系统的数学模型。1.2

目标3:能够将工程问题转换为控制系统数学模型,并能够进行多种模型的简化或转换.了解各模型

3M3是2.2

的特点和适用场合。

目标4:能够应用常微分方程求解、拉氏变换等数学知识求解自动控制系统的时域解.掌握自动控制

4Ml是1.3

系统性能指标的计算方法.

目标5:掌握经典控制理论中线性定常控制系统的时域、根轨迹、频域分析方法和系统校正与设计技

术。掌握线性定常褐散系统的分析计算方法.了解典型非线性系统的描述函数法的基本原理和计算

5M5是2.4

方法。能够针对自动控制系统，进行稔定性、稳态误差和暂态特性等控制指标的定量或定性的分

析，并设计校正装置：

三、课程内容

支撑课课内课外

序号章节号标题课程内容/重难点教学方式课外环节

程目标学时学时

自动控制系统的一本章重点：控制系统的组成、负反馈原理以及控制系统的分类

1第1章Ml/

般概念和性能要求.本至难点：控制系统的基本性能要求。

介绍控制诒的核心思想及其在社会、经济、工程等领域的应

1.1自动控制技术用，结合代表性人物（瓦特、维纳、钱学森、卡尔曼.何毓埼

21.1Ml0.5讲授0.5阅读

的发展概况等）介绍拄制理论的发展.结合反馈原理使学生理解控制论的

思想及其在诸多方面的应用。

L2自动控制系统

31.2自动控制实例、原理方框图Ml0.5讲授0.5作业

的基本组成

L3自动控制系统

41.3开环与闭环系统，反馈控制原理；其他分类方法Ml0.5讲授0.5作业

的分类

L4自动控制系统

51.4稳定性、快速性、准确性、时域指标、频域指标Ml0.5讲授/讨论0.5作业/自学

的基本性能要求

第2堂动态系统本章重点：建立机理模型的思路和方法，传递函数的概念,结

6第2章M2,M3////

的数学模型构图等效变换“本章难点：结构图等效变换.

数学模型与系统分析和系统设计的关系，静态模型，动态模

72.12.1引言M20.5讲授0.5作业

型，各种建模方法。

机理模型：力学定律、电学定律、热力学定律、化学反应定律

2.2物理装置的数

82.2等机理；物料平衡、能量平衡等方法），非线性环节的线性化，M21.5讲授1.5作业/自学

学模型

无量纲增量的微分方程。

2.3控制系统的数建模举例,负载效应与信号的单向性，拉普拉斯变换及其应

92.3M24讲授/讨论4作业/自学

学模型用。

2r传递函数与动传递函数与动态结构图的概念；典型环节传递函数，动态结构

102.4M32讲授/讨论2作业/自学

态结构图图的变换与简化。

112.52.5信号流图信号流图基本概念，梅逊增益公式及其应用。M32讲授/讨论2作业/自学

本章重点：稳定性、稳态误差和瞬态性能的概念，二阶系统阶

线性系统的时域分跃晌应的性能指标与特征参数之间的关系，调节规律及参数对

12第3亲M3////

析法系统性能的影响等。本章难点：稳态误差，调节规律及参数对

系统性能的影响。

133.13.1引言时域分析法的特点，典型输入信号和时域性能指标。M31讲授1作业

3.2一阶系统的瞬阶跃响应分析.系统参数与瞬态性能的关系.其他典型输入信

143.2M32讲授2作业

态响应号响应，线性系统的特性（叠加原理、积分性质、微分性质）。

3.3二阶系统的瞬典型二阶系统的阶跃响应.特征根与特征参数的关系,动态性

153.3M33讲授/讨论3作业/自学

态响应能指标的计算,零极点的影响，二阶系统瞬态性能的改善.

3.4高阶系统的瞬三阶系统的阶跃响应，高阶系统的阶跃响应分析（各冲响应分

163.4M32讲授/‘讨论2作业/自学

态响应量与特征根分布的关系），主导极点的概念，

稳定性定义，稔定的充要条件，稳定判据及其应用，相对稳定

讲授/讨论

173.53.5稳定性分析性的概念。引导学生通过动态系统的观点，理解稳定性对动态M322作业/自学

，翻转课堂

系统的里要意义,以及影响稳定性的因素和分析方法，

183.63.6稳态误差分析稳态误差极念,开环系统的型别（按"S因子个数判断）,误差M32讲授/‘讨论2作业/自学

判据

5.5最小相位系统由开环Bodo曲线喻定最小相位系统的开环传递函数，开环频率

295.5M42讲授/讨论2作业/自学

与稳定裕度的概念特性与闭环族率特性之间的关系。

由开环频率特性确定误差系数(Kp.Kv,Ka),频率牝性的一些

重要性质,闭环频率特性.强率特性指标(放大系数.稳定裕

305.65.6系统性能分析度、穿越撅率、谐振峰值、谐振股率、频带宽度等).典型一阶Ml2讲授/讨论2作业/自学

系统、二阶系统的频率特性与时域性能指标的关系,高阶系统

性能估计。

第6至线性系统本章重点：超前校正与滞后校正.PID参数对系统性能的影

31第6章M4////

的校正方法响.本章垂点：超前校正与滞后校正。

6.1系统的设计与

326.1性能指标、系统校正与系统设计M41讲授1作业

校正问题

串联超前校正,串联滞后校正，串联超前一滞后校正,期望频

336.26.2校正装置Ml1讲授/讨论1作业/自学

率特性校正法。

6.3频率特性校正

346.3介绍校正方法的思想，校正步骤结合案例课外自学。Ml2讲授/讨论2作业/自学

法

本章重点茂点：离散时间系统的特点，采样系统的数学描述及

线性祸散控制系统

35第7章分析设计方法。本章难点：采样系统的数学描述及分析设计方M4////

的分析与校正

法。

7.1离散系统的基

367.1采样信号特点.连续信号采样.采样定理。M21讲授1自学

本概念

377.27.2Z变换理论Z变换的基本概念.常用的Z变换M21讲授1作业/自学

?.3离散系统的数

387.3差分方程，脉冲传递函数。M31讲授/讨论1作业/自学

学模型

7r离散系统的分

397.4离散系统的稳定性.稳态误差及性能分析、M12讲授/讨论2作业/自学

析

407.57.5离散系统的动了解相关概念、方法，后续课程《计算机控制》深入学习。M40课外自学1作业/自学

态性能分析及数字

校正

本章重点：描述函数概念及其分析系统稳定性的方法，本登难

第8今非线性控

41第8章点：描述函数概念及其分析系统稳定性的方法，相平面的概念M4////

制系统分析

及其分析控制系统的方法。

实际控制系统中的非线性因素,典型非线性特性，非线性系统

428.18」引言M41讲授1作业

的特点，分析非线性系统的方法。

描述函数的概念及其计算.描述函数分析非线性系统稳定性的

438.28.2描述函数法M44讲授/讨论2作业/自学

方法。

相平面的概念.相轨迹性质，二阶线性控制系统的相轨迹.绘

448.38.3相平面法制相轨迹的方法.相平面与时域的关系.典型非线性控制系统Ml1讲授/讨论3作业/自学

相平面分析。

四'考核方式

序号考核环节操作细节总评占比

1.完成布置的作业。

1线下表现20%

2.参加课堂活动.如随堂测试、提问、课堂讨论等。

1.完成在线课堂的各章节攵识点学习。

2在线学习2.完成在线课堂的各堂测试。15%

3.完成在线综合测试。

1.结合社会、经济、工业生产等实际背景中的具体问题，应用自动控制原理知识进行分析，提出该过程包含的控制问

题。

3大作业2.完成时域分析的大作业。15%

3.完成频域分析与校正的大作业。

1学生查阅资料，使用适当的计算软件完成计算与设计，撰写报告。

1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分】oo分。

4期末考试2.针对控制系统建模、时域分析、频域分析等方面考查学生对线性定常系统、线性昌散系统以及非线性系统的分析能力50%

和数学知识的应用能力。

3.试题类型主要包括计算、绘图、分析、设计等。

五、评分细则

序号课程目标考核环节大致占比评分等级

1Ml在线学习50%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩.，

A-控制问题描述准确，语言简练，控制系统方框图能够准确表示实际控制系统，绘图清晰规范。B-控制问

题描述蛟为准确，控制系统方框图表示较为规范与准确。c-控制问题描述与控制系统结构图表示基本正

2Ml大作业50%

确,控制系统结构图基本能够表示实际控制系统。D控制问题描述不清晰,控制系统结构图不镜体现控制

系统的组成及控制方式。

A-能够根据系统的运行机理准确建立控制系统的数学模型。B-能够根据微分方程模型建立控制系统的传递

3M2线下表现30%函数模型。C基本掌握控制系统的传递函数、脉冲传递函数模型的建立方法。D-不能建立控制系统的传递

函数模型.

4M2在线学习20%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩，

5M2期末考试50%依据试卷评分标准

A能够通港埔地完成控制系统结构图和信号流图的表达与化简。B在利用结构图等效变换和信号修图求传

6M3线下表现30%递函数时结果基本正确。C-在使用结构图等效变换及信号流图化简时存在少量错误。D-不能利用控制系统

结构图和信号流图表达控制系统。

7M3在线学习20%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩，

8M3期末考试50%依据试卷评分标准

A-能够准确计算一阶、二阶系统的时域响应和性能指标,并根据性能指标求系统参数.在计算时能够准确

运用拉氏变换及线性系统性质.简化计算过程。B-能够准确计算一阶'二阶系统的时域响应和