《自动控制原理3》课程教学大纲

《自动控制原理3》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CTL123811035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6C讲授|48实验12上机0|实践0|课外学时|56

适用专业电气工程及其自动化授课语言中文

先修课程

本课程是电气工程及其自动化专业的专业基础理论课之一,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、

频域分析法及其校正和设计、线住离散系统的基础理论与分析方法等知识。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设计方法，加深对控制问题本身的理解奠定学生在控制理论与应用方面的扎实基础，为学习后继的专业课

程、进行科研以及实际工作等都打下良好的理论基础。

Thiscourseisoneottheprofessionalbasiccoursesoielectricalengineeringandautomationmajor.Thiscourse

课程简介focusesonthemathematicalmodelofthecontrolsystem,thetimedomainanalysismethod,therootlocusmethodandthe

（必修）frequencydomainanalysisanddesignmethodforlinearcontinuous-timesystems,thebasictheoryandantlysismethodfor

lineardiscrete-timesystems.Bystudyingthiscourse,thestudentsareexpectedtonwsterthebasiccorceptsand

principlesofautomaticcontrolsystems,befamiliarwiththeanalysisanddesignmethodsfortheautomtticcontrol

systems,andenhancetheunderstandingofthecontrolproblems.Throughthestudyofthiscourse,thestudentscouldlay

asolidfoundationforthecontroltheoryandapplication,andbereadyforstudyingthefollowingprofessionalcourses,

scientificresearchandpracticalwork.

负责人大纲执笔人市核人

二'课程目标

毕业要月也指标点

序号代号课程目标OBE

任务自选

目标I：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，隹够从控制系统角度出发

1Ml是1.2

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题，

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，

2M2是1.2

将工程问题转换为数学问题，并能够进行多种模型的简化或转换，了解各模型的特点和适用场合

目标3：掌握经典控制理论中线性定常控制系统的时域、根轨迹和频域分析方法。掌握线性定常离散

3M3系统的分析计算方法。能够针对自动控制系统，进行稳定性、稳态误差和暂态特性等控制指标的定是1.2

量或定性的分析。

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、负反馈原理和控制系统的分类、

1第1章Ml

股概念基本要求等。本章难点：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

自动控制技术的发用，结合代表性人物（瓦特、维纳、钱学森、卡尔曼.何毓埼讲授/讨论

21.1MI0.50.5阅读

展概况等）介绍控制理论的发展.结合反馈原理使学生理解空制论的匍转课堂

忠想及其在诸多方面的应用。

自动控制系统的基讲授/讨论

31.2自动控制实例、原理方框图MI0.50.5作业

本组成.翻转课堂

自动控制系统的分讲授/讨论

41.3开环与闭环系统；反馈控制原理；其他分类方法MI0.50.5作业

类/翻转课就

自动控制系统的基讲授/讨论

51.4稳定性、快速性、准确性、时域指标、族域指标Ml0.50.5作业/自学

本性徒要求，'翻转课堂

实验一：认识实际撰写实验

61.5认识实际的控制系统Ml2实验1

的控制系统报告

第至动态系统的本章重点：建立机理模型的思路和方法，传递函数的概念.结

7第2堂M2////

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，动态模讲授/讨论

R21引言M20505作出

型，各种建模方法。.翻转课堂

92.2物理装置的数学模机理模型：力学定律、电学定律、热力学定律、化学反应定律M21.5讲授/讨论1.5作业/自学

型等机理；物料平衡、能量平衡等方法），非线性环节的线性化.，翻转课堂

无量纲增量的微分方程“

控制系统的数学模建模举例.负载效应与信号的单向性，拉普拉斯变换及其应讲授/讨论

102.3M223作业/自学

型用。，翻转课堂

传递函数与动态结传递函数与动态结构图的概念；典型环节传递函数.动态结构讲授/讨论

112.4M222作业/自学

构图图的变换与简化“/翻转课堂

讲授，‘讨论

122.5信号流图信号流图基本概念，梅逊增益公式及其应用.M222作业/自学

.翻转课堂

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响应的性能指标与特征参数之间的关系，调节规律及参数对

13第3章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。

讲授，‘讨论

143.1引言时域分析法的特点，典型输入信号和时域性能指标，M311作业

/翻转课堂

一阶系统的瞬态响阶跃响应分析，系统参数与瞬态性能的关系，其他典型输入信讲授/讨论

153.2M322作业

应号响应.线性系统的特性（叠加原理、积分性质、微分性质）。.翻转课堂

二阶系统的瞬态响典型二阶系统的阶跃响应，特征根与特征参数的关系，动态性讲授/讨论

163.3M333作业/自学

应能指标的计算，零极点的影响、二阶系统瞬态性能的改善。/翻转课就

高阶系统的瞬态响三阶系统的阶跃响应，高阶系统的阶跃响应分析（各种响应分讲授/讨论

173.4M322作业/自学

应量与特征根分布的关系），主导极点的概念。，'翻转课堂

稳定性定X.稳定的充要条件.稳定判据及其应用.用对稳定

讲授，'讨论

183.5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

系统的重要意义，以及影响稳定性的因素和分析方法，

稳态误差概念，开环系统的型别（按1/s因子个数判断），误差

系数计算：即，Kv.Ka）,扰动作用下的稳态误差.参数变化时讲授「讨论

193.6模友课并分析M322作业/自学

引起的稔态误差及反演系统的特点，动态俣差系数,PH）参数/翻耨课意

及规律对系统性能的影响。

实验二：典型环节掇写实验

203.7典型环节瞬态响应M33实睑1

瞬态咱应报告

本章重点：负反馈控制系统根轨迹的绘制方法，闭环极点与瞬

第率线性系统的

21第4章态响应的关系，P1D参数对系统性能的影响等。本至珪点：根M3//!/

根轨迹法

轨迹的绘制方法，闭环极点与瞬态响应的关系。

时域分析法的局限性，根轨迹法及其发展。介绍一元高次方程

求根问题的发展历史及代表性人物，并指导学生阅读方程求根讲授，‘讨论

224.1引言M30.51自学

与数域的扩展、群论的诞生等拓展资料，引导学生探索问题的『翻转课堂

本质并理解方程求根问题对现代数学理论发展的重要意义。

讲授，讨论

234.2根轨迹方程根轨迹方程.蝙值条件和相角条件。M30.51作业/自学

，,翻转课堂

根轨迹的绘制法则与举例，正反馈根轨迹绘制法则.参量根轨讲授/讨论

244.3根轨迹绘制M323作业/自学

迹的绘制。.翻转课堂

闭环系统特征根与瞬态性能的关系，根轨迹JL主导极点辨定，

254.4根轨迹分析开环零极点对系统性能的影响.P1D参数（Kp.Ti.Td）的参M31讲授，讨论1作业/自学

盘根轨迹及对系统性能的影响。

实验三：控制系统撰写实验

264.5控制系统的根轨迹M32实验1

的根轨迹报告

本章重点：频率特性的概念，典型环节的频率特性，Nyquist

第至线性系统的稳定判据，开环领域指标（3c.Y）与闭环撅域指标（Mp,

27第5章M3////

频率分析法3b）,典型二阶系统的频域分析。本章难点：Nyquisl度定判

据，典型二阶系统的频域分析。

讲授/讨论

285.1频率特性的概念频率特性的定义，频率特性与传递函数的关系。M322作业

.翻转课堂

撅率特性的几种曲讲授/讨论

295.2奈奎斯特图、波特图M311作业

线表示法/翻转课堂

305.3典型环节的频率特频率特性的定义，频率特性与传递函数的关系。M32讲授，‘讨论2作业/自学

性，翻转课堂

讲授/‘讨论

315.4Nyquist稳定判据幅角原理.由开环Nyquisl曲线、跳力，曲线判断闭环稳定性。M333作业/自学

.翻转课堂

最小相位系统与稳由开环Bode曲线确定最小相位系统的开环传递函数,开环频率讲授/讨论

325.5M322作业/自学

定裕度的概念特性与闭环频率特性之间的关系。.翻转课堂

由开环频率特性确定误差系数(Kp.Kv,Ka),频率鳌性的一些

重要性质，闭环频率特性.频率特性指标(放大系数.稳定裕

讲授/讨论

335.6系统性能分析度、穿越胶率、谐振峰值、谐振须率、强带宽度等).典型一阶M322作业/自学

『翻转课堂

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。

实睑四：控制系统撰写实验

345.7控制系统频率特性测试M33实验1

撅率特性测试报告

第叁线性系统的本章重点：超前校正与滞后校正，PID参数对系统性能的影

35第6章M3/////

校正方法响。本章定点：超前校正与滞后校正。

系统的设计与校正讲授/讨论

366.1性能指标、系统校正与系统设计M311作业

问遨.翻转课堂

串联超前校正，串联滞后校正.串联超前一滞后校正,期望筹讲授/讨论

376.2校正装置M311作业/自学

率特性校正法。/翻转课就

讲授/讨论

386.3撅率特性校正法介绍校正方法的思想.校正步骤结合案例课外自学。M333作业/自学

，'翻转课堂

实验五：控制系统撰写实验

396.4控制系统校正M32实验1

校正报告

本章重点选点：离散时间系统的特点，采样系统的数学描述及

线性离散控制系统

40第7章分析设计方法。本章难点：采样系统的数学描述及分圻设计方M3////

的分析与校正

法。

离散系统的基本概讲授/讨论

417.1采样信号相点，连续信号采样，采样定理。M30.50.5自学

念，翻转课堂

讲授/讨论

427.2Z变换理论介绍Z变换、Z变换的性质、Z反变换M30.50.5作业,自学

/翻转课堂

离散系统的数学模讲授/讨论

437.3差分方程，脉冲传递函数。M322作业/自学

型，翻转课堂

讲授/讨论

447.4离散系统的分析离散系统的稔定性、稳态误差及性能分析。M322作业/自学

翻转课堂

四'考核方式

序号考核环节操作细节总评占比

1.完成每个知识点布茸的作业。

1平时表现25%

2.参加课堂活动.如随堂测武、提问、课堂讨论等。

1.完成在线课堂的各章节知识点学习。

2在线学习2.完成在线课堂的各章测试。15%

3.完成在线综合测试。

L本课程共5个实晚.12学时。

3实脸2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。10%

3.考核学生对自动控制的理解、对自动控制系统的分析和设计的能力。

1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。

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、线性离散系统以及非线性系统的分析能力

4期末考试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40%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平时表现40%

确,控制系统结构图基本能够表示实际控制系统，4控制问题描述不清晰,控制系统结构图不能体现控制

系统的组成及控制方式。

3Ml实验20%根据实验完成情况评分。

A-能够根据系统的运行机理准喇建立控制系统的数学模型，并能够通准需地通过控制系统结构图和信号深

图进行表达与化简。B-能够根据微分方程模型建立控制系统的传递函数模型，在利用结构图等效变换和信

4M2平时表现30%号修图求传递函数时结果基本正确：。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，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-不能建立控制系统的传递函数模型,不能利用控

制系统结构图和信号流图表达控制系统。

5M2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。

6M2期末考试50%依据试卷评分标准。