《自动控制原理》课程教学大纲 (一)

《自动控制原理》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CTL123811030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3.0课内学时52讲授40实聆12上机0|实践0|课外学时48

适用专业测控技术与仪器授课语言中文

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、复变函数与积分变换、大学物理

先修课程

（2-2）、大学物理实胎（2-2）、模拟电子技术

本课程是测控专业重要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、线性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，加潺对控制问题本身的理解、莫定学生在控制理论与应用方面的扎实基瑞，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逢基础。（对应毕业要求.1.3、2.1、2.2.4.1）

Thiscourseisoneoftheimportantbasictheorycoursesofmeasurementandcontrolmajor.Itfocusesonthe

课程简介knowledgeofmathematicalmodelbuildingofdynamicsystem,timedomainanalysismethodoflinearsysteir,rootlocus

（必修）method,frequencydoniiiinanalysismethodandilscorrectionanddesign,basictheoryandanalysismethocof1inear

discretesystem,etc.Throughthestudyofthiscourse,thestudenlswillmasterthebasicideaofautonaticcontrol

system,befamiliarwiththeanalysisanddesignmethodsofautomaticcontrolsystem,deepentheunderstandingof

controlproblemitself,layasolidfoundationforthestudentsinthecontroltheoryandapplication,3ndlayagood

theoreticalfoundationforthefollowingprofessionalcourses,scientificresearchandpracticalwork.(Correspondingto

graduationrequirements:1.3,2.1,2.2,4.1)

负责人大纲执笔人1审核人

二、课程目标

毕业要月R指标点

序号代号课程目标ORR

任务自选

1Ml目标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是2.1

进行分析,绘制符合控制系统基本组成的方柩图.提煤出具体的控制问题.

目标2:能够运用高等数学、受变函数与积分变换和大学物理等知识建立白动控制系统的数学模型.

2M2是2.2

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。

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、稳态误差和智态特性等控制指标的定是1.3

量或定性的分析.

目标4：掌握系统校正与设计技术，以及PID控制器工作的基本原理,根据被测/控对象特征，设计

4Ml是1.1

校正装置和可行的研究方案。

三'课程内容

支撑课课内课外

序号章节号标题课程内容/更难点教学方式课外环节

程目标学时学时

本章重点：控制系统的组成、负反馈原理和控制系统的分类、

自动控制系统的一

1第1率基本要求等。Ml////

般概念

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

21.1Ml0.5讲授0.5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控制论的

思想及其在诸多方面的应用。

自动控制系统的基

31.2自动控制实例、原理方框图Ml0.5讲授0.5作业

本组成

自动控制系统的分

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

类

自动控制系统的基

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

本惟能要求

熟悉控制系统实骏装置，牢固建立反馈控制系统组成加工作原

认识实际的挥制系撰写实黔

6实验1理的概念,掌握负反馈控制原理.理解控制系统性能指标的意Ml2冥脸2

统报告

义

动态系统的数学模本章重点：建立机理模型的思路和方法，传递函数的概念,结

7第2章M2////

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

82.1引言M20.5讲授0.5作业

型，各种建模方法。

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

92.2M21.5讲授1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，

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

102.3M22讲授/讨论3作业/自学

构图图的变换与简化。

112.4信号流图信号流图基本概念，梅逊增益公式及其应用。M22讲授1作业

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

12笫3章M3,M4////

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，

133.1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0.5作业

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

143.2M31讲授0.5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）。

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

153.3M32讲授/讨论2作业/自学

应能指标的讨算,零极点的影响,二阶系统瞬态性能的改善，

稳定性定义，稳定的充要条件，稳定判据及其应用，相对稳定

性的概念。引导学生从动态系统的观点出发思考问题.理解稳讲授/讨论

163.4稳定性分析M322作业

定性对动态系统的重要意义以及影响稳定性的因素和分析方，翻转课堂

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

173.5稳态误差分析M32讲授/讨论2作业/自学

系数计算：Kp.Kv,Ka）,扰动作用下的稳态误差。

在模拟计算机和数字计算机上进行典型环节特性测试.掌握典

理写实黔

18实验2典型环节瞬态响应型环节瞬态性葭与参数关系，掌握模拟计算机和MATLAB软件的Ml3冥脸3

报告

使用。

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

线性系统的根轨迹

10第4章态响应的关系，PID参数对系统性能的影响等。M3.M4////

法

本章难点：根轨迹的绘制方法，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

204.1引言M31讲授1作业

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

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。

214.2根轨迹方程根轨迹方程,幅值条件和相角条件。M30.5讲授/讨论0.5作业/自学

224.3根轨迹绘制根轨迹的绘制法刖与举例。M32.5讲授2作业

进一步熟悉根轨迹的绘制方法,分析开环等极点变化对根轨迹撰写实蛤

23实验3控制系统的根轨迹M12实验2

的影响.利用根轨迹分析系统性能。报告

本章重点：频率特性的概念.典型环节的频率特性，Nyquisl

线性系统的频率分稳定判据，开环领域指标(3C,Y)与闭环领域指标(Mp.

24第5章M3,M4////

析法3b),典型二阶系统的频域分析。

本章难点：Nyquist稳定判据,典型二阶系统的频域分析。

255.1须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。M31讲授1作业

频率特性的几种曲

265.2奈奎斯特图、波特图M32讲授2作业

线表示法

典型环节的频率特

275.3频率特性的定义.频率特性与传递函数的关系。M32讲授/讨论1作业,自学

性

Nyquist稳定性判

285.4幅角原理，由开环Nyquist曲线、Bode曲线判断闭环稳定性。M33讲授/讨论3作业/自学

据

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，相角裕度

295.5M32讲授/讨论1作业/自学

定裕度的概念和幅值裕度.

控制系统频率特性掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环撰写实验

30支验4M13实验2

测试系统的对数股率特性，确定系统传递函数。报告

31第6章线性系统的校正方本章重点：超前校正与滞后校正.PID参数对系统性能的影M4///

法响。

本章难点：超前校正与滞后校正“

系统的设计与校正

326.1性能指标、系统校正与系统设计M41讲授1作业

问题

336.2校正装置校正装置的分类和特性、连接方式。M41.5讲授/讨论1.5作业/自学

346.3频率特性校正法串联超前校正，串联滞后校正。M42.5讲授/讨论2.5作业/自学

了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态性能的影响,设计校撰写实验

35实验5控制系统校正M42实脸2

正装置并观测其对系统性能的影响“报告

本章重点垂点：离改时间系统的特点，采样系统的数学描述及

线性离散控制系统

36第7章分析设计方法。M2,M3////

的分析与校正

本章难点：采样系统的数学描述及分析设计方法.

离散系统的基本概

377.1采样信号特点，连续信号采样，采样定理。M20.5讲授0.5作业

念

387.2Z交换理论Z变换与Z反交换M21讲授1作业/自学

离散系统的数学模

397.3差分方程,脉冲传递函数M21.5讲授/讨论1.5作业/自学

型

407.4离散系统的分析离散系统的稔定性、稳态误差及性能分析.M32讲授/讨论2作业/自学

四、考核方式

序号考核环节操作细节总评占比

1.完成每聿布置的作业。

1平时表现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知识点学习。

2在线学习2.完成在线课堂的各至冽试。15%

3.完成在线综合测试.，

L本课程12个学时实睑，共五次实验。

3实验15%

2.成绩采用百分制.根据实验完情况评分。

4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。50%

2.针对控制系统建模、时域分析、撅域分析等方面考查学生对线性连续系统、线性离散系统的分析能力和数学知识的应

用能力V

3.试题类型主要包括计算、绘图、分析等。

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，绘图清淅规范。B控制问

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

2Ml平时表现50%

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

系统的组成及控制方式。

好能够根据系统的运行机理准确建立控制系统的数学模型，并能够准确地通过控制系统结构图和信号流图

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号

3M2平时表现30%流图求传递函数时结果基本正鹤，c-某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

用结构图等效交换及信号流图化简时存在少且错误。D-不能建立控制系统的传递函数模型.不筑利用控制

系统结构图和信号流图表达控制系统。

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%依据试卷评分标准评定成绩。

卜能够准确计算一阶、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性能指标，

6M3平时表现20%并根据性能指标求系统参数。拉氏变换性质和线性系统的性质的使用基本正确。c-通过拉氐变换求解系统

时域响应的方法和时域性能指标的计算步骤和结果基本正确。D-不能掌握求解线性系统的时域响应和系统

性能指标的计算方法。

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60%依据试卷评分标准评定成绩。

A-能够建立实际系统的准确的数学模型，编写正确的程序实现数学模型的仿口，并对仿真模型进行适当的

9M4实验60%分析。B-爱够建立实际系统较准确的数学模理，部分程序没有调通，C-建立实际系统基本正确的数学模型

并编程实现仿真的主要步骤。D