《自动控制理论》课程教学大纲（本科）

《自动控制理论》课程教学大纲

课程课程

AutomaticControlTheory01M0130

英文名代码

实验/实践学

学分3.5总学时56理论学时56时,

课程性《复变函数与积分变换》、

课程类别学科基础课必修先修课程

质

《电子技术》、《高等数学》

适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院

执笔人审定人制定时间2020年11月

注：课程类别是指公共遣础课/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

（-）课程地位

《自动控制理论》是电气信息类专.业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生利用所

学数学、L程数学知识，分析和设计自动控制系统。通过课程学习，使学生埋解自动控制系

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、丰线性控制系统、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，设计校止控制器，具备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，具有面向

实际自动控制系统复杂工程问题的理解能力,具有使用专业软件工具进行设计、开发、模拟

和分析自动化领域工程问题的能力；通过古代先进的科研技术及当前科研工作者的贡献，引

领学生具有刻苦钻研，责任担当的精神；

2.掌握自动控制系统建模方法，具有将数学、自然科学、工程基础和专业知识，根据实

际工程对象建立数学模型，并针对复杂控制工程问题进吁模拟和预测的能力；

3.熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态能指标的方法，具有应用控制

理论基本原理，针对复杂的控制工程实际问题，进行分析、计算与应用能力；理解稳定对于

控制系统、社会、国家的重要意义，提高学生维护国家意识。

4.熟练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，针对好杂

的控制工程实际问题，进吁控制系统设计与改进能力；引领学生有效利用校正的力量，加强

自身学习，不断成长完善,

二、课程目标达成的途径与方法

《自动控制理论》课程以课堂教学为主，结合期末测试、阶段测试、课堂参与度、大作

业和自主学习等途径和方法来达成。

（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，训练、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）大作业：通过广泛阅读专业文献，使学生能够较全面了解自动控制技术发展现状，

针对某一行业自动化设备优劣，提出一些自己的见解或总结一些发展趋势。

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）

课程目标毕业要求毕业要求毕业要求毕业要求毕业要求

1-32-22-34-35-2

课程目标1HM

课程目标2MM

课程目标3M

课程目标4H

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

第一章绪论

了解自动控制的研究对象与方法、目的、任务；

理解开环控制，闭环控制及自动控制系统的组成；

掌握自动控制系统性能的基本要求，能根据不同自动控制系统的工作示意图，正确分析

其工作原理，并画出系统的方框图；建立元件方框图的方法；自动控制系统实例分析。

第二章线性系统的数学模型

掌握线性系统微分方程的建立及拉普拉斯变化；

理解传递函数的概念、定义和性质；

掌握控制系统数学模型的基本概念、方框图的等效变换、运用Mason公式求传递函数

的方法。

第三章控制系统的时域分析

理解线性定常系统的时域响应；

掌握控制系统的时域响应的性能指标；

熟练应用代数稳定判据判定系统的稳定性，并进行有关分析计算；牢固掌握计算稔态误

差的一般方法；能熟练确定一阶系统、二阶系统的特征参数及动态性能计算方法。

第四章控制系统的复域分析

理解根轨迹的基本概念和表达方法，参量根轨迹的基本概念；

掌握•般及参量根轨迹的绘制；

掌握基于根轨迹的控制系统性能分析方法。

第五章控制系统的频域分析

理解频域法的基本概念，Nyquist曲线图及Bode图、稳定判据与稳定裕度的概念；

掌握Nyquist曲线图及Bode图的绘制，掌握各种频域指标的意义并会计算；

熟练掌握用Bode图、Nyquisi图进行控制系统的稳定性判断。

第六章控制系统的设计与校正

了解校正的基本概念；

掌握校正装置的频率特性及其作用，掌握串联（超前、滞后、PID）、反馈及复合校正的

特性及其作用。重点掌握串联校正的频率设计法，了解反馈校正、复合校正的设计方法，掌

握指标验证方法。

五、课程学时安排

学时对应课程

章节号教学内容学生任务

数目标

1.绪论了解经典控制理论的基本知识

1.1控制理论发展史简述

1.完成1-1作业；

1.2自动控制系统的一般概念课程

第1章42.课后自学控制理论发展史；

1.3开环控制与闭环控制目标1

3.发现身边开环及闭环控制系统

1.4自动控制系统的分类

并分析其工作原理。

1.5对系统性能的要求

控制系统的数学模型

2.掌握列写系统微分方程的一般步

2.1列写系统微分方程式的

骤：了解传递函数概念，掌握传

一般方法

2.2非线性数学模型的线性递函数的推导方法

化课程

1.完成2-1,2-2,2-3,2-4,2-5

第2章12

2.3传递函数

目标2

作业；

2.4系统框图及等效交换

2.5信号流图和梅逊公式应2.课前回顾或自学微分内容；

用

2.6控制系统的反馈特性

3.控制系统的时域分析法掌握一阶，二阶控制系统的时域

3.1典型的测试信号分析方法，了解高阶系统的时域

3.2一阶系统的时域响应课程

响应；掌握线性定常系统的稳定

3.3二阶系统的时域响应

第3章12目标3

3.4高阶系统的时域响应性的判断方法。

3.5线性定常系统稳定性

1.完成3-1,3-2,3-3,3-4作业；

3.6劳斯稳定判据

2.课前自学积分变化内容；

3.7控制系统的稳态误差

4.根轨迹法理解绘制根轨迹的基本规则，掌

4.1根轨迹的基本概念握参量根轨迹的绘制，能够利用

4.2绘制根轨迹基本规则根轨迹分析系统性能课程

4.3参量根轨迹的绘制

1.完成4-1,4-2,4-3,4-4作业；

第4章10目标3

4.4开环零点、极点对根轨迹

2.控制系统性能应用专题讨论。

的影响

4.5用根轨迹法分析控制系

统

理解频率特性，掌握伯德图的绘

制及分析方法，能够利用奈氏图

5.频域分析法

分析系统的稳定性，掌握裕量计课程

5.1频率特性

算方法

5.2对数坐标图目标3

第5章

极坐标图14.完成

5.315-1,5-2,5-3,5-4,5-5课程

奈奎斯特稳定判据

5.4作业；

目标4

5.5相对稳定性分析

2.课前自学极坐标内容；

了解校正他概念,掌握超前-滞后

课程

6.控制系统的校正校正，能够利用伯德图进行系统

目标

6.1超前校正校正设计3

第6章4

6.2滞后校正

1.完成6-1,6-2作业课程

6.3PID控制器及其参数整定

目标4

备注：根据学生学情适当安排教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过阶段测试来

对学生自学情况进行考核。

六、实践环节及基本要求

本课程的的实验在后续《专业基础实验》课程中安排。

七、考核方式及成绩评定

表1考核方式及成绩评定表

考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例

大作业能够较全面概括目前自动化装备发展现状；

针对某一行业自动化设备分析其优劣：提出10%

一些自己的看法或总结一些发展趋势。

以视频观看、阶段测试、问题讨论等成绩为

线上学习考核10%

过程考核依据

作业参考答案和评分标注

作业10%

以学生到课情况、互动表现、随堂测试成绩

课堂表现成绩10%

等为依据

试卷参考答案和评分标准

期末考核闭卷60%

考核类别考试

成绩登记方式百分制

表2课程目标考核环节和达成标准

教学合格

课程目标考核环节

环节标准

大作业A

线上学习考核Bl

作业C

课堂表现成绩D

课程目标

讲授期末考试成绩E10.6

1

目标达成度=0.1X—+0.1X—+0,1X—+0.1X—+0.6x—

4例。C。DoEl0

大作业A

线上学习考核B2

作业C

课堂表现成绩D

课程目标讲授、期末考试成绩E2

0.6

2讨论

目标成度=0.1X—+0.1x-^~+0.1X—+0.1X—+o.6x-^-

A)叫JD°E20

大作业A