自动控制原理(中英文)

1、自动控制原理课程教学大纲课程编号： 020161课程类别： 必修授课对象 : 本科三年级先修课程 : 复变函数，积分变换 , 信号与系统。学分 :4总学时 : 6 课内学时 : 实验学时 : 一、课程性质、教学目得与任务课程性质 : 专业基础课，专业知识链条中得关键环节之一， 自动控制原理就是仪器仪表类、测控类专业得重要基础课之一 , 这些专业主要学习信号传感 ( 获取）、信号处理、控制及光机电系统等知识，而控制就是知识链条中得重要一环，随着科技发展，自动化、智能化已成为仪器、产品、系统等得重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面得知识。教学目得与任务 ：培养学生自动控制原理得基础知识 ,

2、学习掌握经典控制得基本理论、基本方法与控制系统得基本设计方法 , 重点学习分析与设计线性控制系统得基本理论、基本方法及控制系统设计方法 . 主要内容包括 : 控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。二、教学基本要求学习经典控制得基本理论与基本方法 , 重点学习分析与设计线性控制系统得基本理论与基本方法。主要内容包括：控制系统得数学模型、控制系统得时域分析法、控制系统得根轨迹法、控制系统得频域分析法、控制系统得常用校正方法等。三、教学内容第一章控制系统得一般要概念(4课时）自动控制得基本原理与方式 , 自动控制系统示例，自动控

3、制系统得分类，对自动控制系统得基本要求1、基本概念 ;2、反馈系统基本组成；3、基本控制方式；4、控制系统分类 : 开环、闭环、复合控制 ;第二章控制系统得数学模型(8课时）控制系统得时域数学模型 , 拉普拉斯变换，控制系统得复域数学模型，控制系统得状态空间模型 , 控制系统得结构图与信号流图 时域模型、微分方程表示方法 ;2 2 复域模型1、传递函数得定义与性质 ;2、传递函数得零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等;3、典型环节得传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；2 3控制系统得结构图与信号流图1、结构图得等效变换与化简2、信号流图组成与性质a性质、术语（理解）b。由结构图转化为信号

4、流图方法c.梅逊公式第三章线性系统得时域分析法（ 1课时）线性系统时间响应得性能指标, 一阶系统得时域分析， 二阶系统得时域分析 , 高阶系统得时域分析，线性系统得稳定性分析，线性系统得稳态误差计算。3-1线性系统时间响应得性能标，3-2一阶系统得单位阶跃响应，3-3二阶系统得时域响应1、二阶系统得标准数学模型闭环传递函数形式 , 表示为单位反馈系统形式、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形)，3、二阶系统性能改善a 、比例一微分控制掌握原理、特点、测速反馈控制掌握原理、特点及性能参数计算3-4高阶系统时域分析，主导闭环极点概念3-5线性系统稳定性分析劳斯判据及其应用3-6线性系统得稳态误差

5、1、误差传递函数计算、利用终值定理求稳态误差3、系统类型（型别 )、典型参考信号输入下得稳态误差；误差系数5、减小稳态误差方法 : 提高型别、提高开环增益、采用复合控制6、扰动误差得传函、减小扰动误差方法a、增加扰动作用点之前积分环节数目b、增加扰动作用点之前环节得增益c、采用复合控制技术第四章根轨迹（ 6 课时）根轨迹方程 , 根轨迹绘制得基本法则，广义根轨迹，系统性能得分析与估算，基于根轨迹得控制系统校正方法，atl b语言根轨迹分析法。4 1根轨迹方程( 相角、幅值条件）4 2 根轨迹绘制得基本法则 , 绘制根轨迹第五章 线性系统得频域分析（10 课时 )频率特性，典型环节与开环系统频率

6、特性, 奈奎斯特稳定判据，稳定裕度，闭环频率特性，系统时域指标估算，传递函数得实验确定法，a lab语言频域分析法。-2频率特性、基本概念系统频率特性与传函间关系、频率特性表示方法幅相曲线；幅频特性 ; 对数幅频特性曲线；相频特性曲线；对数相频特性曲线5 3典型环节与开环系统频率特性1、典型环节得幅频、相频特性2、开环对数幅频、幅相曲线绘制对数幅频特性采用渐近线法3 、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数得方法5 奈奎斯特稳定性判据1 、奈代判据，实际使用判据 , 幅相曲线对称性2、对数频率特性稳定性判据型以上辅助线作法5-5稳定裕度概念 : 截止频率；相角交界频率; 相角裕度 ; 幅

7、值裕度5-6闭环频率特性（了解）5-7系统时域指标与频域指标关系了解它们之间得联系；第六章 线性系统得校正方法（1课时）系统得设计与校正问题 , 常用校正装置及其特性 , 串联校正 , 反馈校正 , 复合校正， pid调节器，基于 ma ab语言得校正分析法。6-1校正方法串联，反馈，前馈，复合, 原理，特性6-2常用校正装置及其特性 ( 传函 , 特性，重要公式 )1、无源超前2、无源迟后3、无源迟后超前6-3串联校正1、串联超前方法 , 实用范围2、串联迟后方法，实用范围3、串联迟后超前方法 , 实用范围6-4反馈校正（原理，优点 )6-5复合校正a. 按扰动补偿（原理 , 扰动误差传函推

8、导，误差全补偿条件）b按输入补偿（原理 , 误差传函推导，误差全补偿条件)66 pid 控制原理（ p,pd，i ，pi,p d 得特点）实验安排 :实验二直流电机速度控制实验(8 课时 )1、开环控制、闭环控制系统设计2、控制系统得校正设计3、pid 调节器开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作( 实验目得、原理分析 , 实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。四、学时分配总学时 56 学时 讲课 48 学时实验 8 学时 课外学时 6 学时五、教材与参考资料胡寿松等，自动控制原理，国防工业出版社，第4 版 ,20 21 自动控制原理 , 清华大学出版社

9、 , 吴麒主编 ;自动控制原理 , 中国科学技术大学出版社，庞国仲编;3 自动控制原理试题精选与答题技巧, 哈尔滨工业大学出版社，王彤主编;4 自动控制原理常见题型解析及模拟题, 西北工业大学出版社，史忠科, 卢京潮编著 ;5 t a 语言工具箱 -toobox实用指南，西北工业大学出版社， 施阳 李俊等编著；6 matl b语言 - 演算纸式得科学工程计算语言, 中国科学技术大学出版社, 张培强主编；7 系统分析与仿真 tlb 语言及应用 , 国防科技大学出版社 , 黄文梅 杨勇等编著。六、成绩评定期末成绩 80%，平时成绩 ( 作业、平时测验及课堂情况 ) 及综合实验能力 2%。大纲撰写人

10、：段发阶、吴斌大纲批准人 : 段发阶制定日期 : 201年月t uyllabus for“a omati ontrol princ le”code：categor :pul oyfor ：juniorpre quisit：p exvariales ctions，integrl r somation ，si als ad sy mscredts：4eester hou：5 lecture:4 pter ab：81.coursnatu e，teacing go l andissionco rse na ur ： a prfessionb sic course ， o ofth keyliks o

11、essionalkowedge c ain ， autoat c controtheor sone fost otantbasc course i ajo s ofnst uments andmeas e& co trol、these m jors mai ly tudy the knowedge of ignal nsn(for） , si na processing, control ad optomech t oni syst m and o ，ndc n ol is an mpr nl k inhehain knowledge、 along wth thedevelo ment o c

12、i e and techno ogy,automation andintelig nthave b impor antfu tion in insrument, oduction， system， etc 、 this re i es th s udnts mu t ve no ed e of autmati c tr l ects 、teah ng go d mis io ： cult vatesudets hebasicknowledg ofatomatic co ro pr nci e、learnt maste the ba c eory andbaic metod o clasica

13、ont ol, anthebasicdesin method ftheontrol sys m、 learnmai y analsis and dsin o i r c tr lyste f bas th y, h asi methd and control system des nm hod、 th mainotents inlude:he ma h matcal mode of cnrolsyst m, the timedomain anlysismeth d o t e ntr l sy t m， t e rootlo us mtho o theo olys em, th me od f

14、 re uny domainf theontr l systm, th ony se c rrection e h ds o h cnr l systm， t 、2. a ing basic equremnst b sic re irem nts ae lea ning t ebasic ori a t ods f clas i aontrol ， ainly erning he ba icth ory basicmetods f an lys s a esign of lner co trolsyste 、te main content nclu e： he mat em ic l mode

15、lf c tr lsystem,t e tie d ma analys s mthod ofh control sy em，the root loc sm o f he cn ol ysem， te freqenc do ainme hodof the cntr l syste , he ol us d co rection methdsf the cnrol system, c、3、 con nt f courses（ ho r ）chapter one, hee ralcoc pts ofcontrolsyste thebasi rin iplean ns o a cont ol ， au

16、to ticontrol system exmles ， the classifi atio ofthe a t ticcot o s ste , th b sic requirement o automaticco trol sy te1. sic concet2.the asic st cture o fe d ks st m3.he basic cnrol od、c t l sys mc ssifi a ion ： open loo ,lo e loop,po ite ont *c er tw, them the tica model f the contro sys em (8 rs

17、）the ah atical mode ofi e do in ofthecntrol sysem，lapla e transfo， the l domai mathematicalmo elofhe c nt olsy m，t e stat space model e cont olyt m，he s ru ueadsig al flo gra h o he ontrol sste 21the me domain m del,df er n al e uatio ex ress onmetho22 pl x dom odl1.t e d finition andpoe es o the tr

18、a sfer function；2.zero and les e pr ssio , t e open loo gain ， r t lc s gai ， etc 、 f th tr ser f nt on3.the transfe unctis t al l nk（ pr por ion, inertia, ifferen ial and inter l ， oscil at n）；2-3 the str cure nd s nal f ow iag am of the co ro sy em1.the eq vale t transf rmati n andsmpi icationofth

19、e t cture cha t2.sgal flow ch tpos t on pr per e3.prope ie ， t rm（uner tand)a.themethodof strucuecha ran late int si n l f ow g aphb. mas form l c perhree ， imestem （ 10 hours) omain ana ysi mthod of theinearsthe p rformanc index of he line r tem t me res on e,analysis of time domai o t ef st der sy

20、 em,a lysis f time do ain of th seco oder s stem， a al isof t e maiof th high ord r system , ear ystemstab lity analysis， the sta -s ate rorcalcu ati n ofinea sys m3the p omancstandardf r ytem? ?, ，timeesponse ofthe li e3thefirstorder temsuni stp eson3-3 ti e d mi re pon e o e second o ders stem1、th

21、e clo d-lo tr nfer func io ormof theec ndorde syste s s andr ma m t c l m del, expres s asthe form ofunit feedback system e、 i amingst p respca）nse of th econd r e yste （key:，,3、syste per o manc mproved o h second order sytema、 propo tion-dif ren c nr l, sterprincipeand characteris i s、 ve ocity mea

22、sure c lculat on fent ed c co rol,principle， ch r terist cs ste thnd perfo mance p r meter3-4 an lys s he co cept f ti e m i of he leadincloofh -loop p g lesor erss em，3-5 linearsy t m sability aalysis wcr erion and it p cati n36 steady-s te e ror lineary tem1.te calcuatio f r r trasf r u c on2.uing

23、 final al e theorem f r eady st te error3.ys em e(p tern)4.te st dy-s at rror ofyical ref ren e signal inpu； error coeffi i t5.reduce he st ady tatee or metho： im rov pa rn ，mpr v th penoop gai ， and u epo itec ntro 6、 the ransfer funtion f agiat n r r, te ethod oredu eagit t oner r(1 ）、 i cr ase nt

24、e ralhe agitation a plication po ntentnumbe for （2) 、icreas it gralle ent gain befth agita n ap ica ion pointadpted exc n r lecnlogychapef r,oot loc(6 hours) o lo s eqat on， basic nr izedroot ocus，ds m e，the contr ll w o rootl cs edeing ，system perfor a ceaalysi asyste orrectionmethod asedo r ot tra

25、ecory, matla la ge r otlo uanaysismthod 、41 oot locu4-2 basic law pt requt on （angle, am it ecndi iflo usrendering ， dra root locusfv,requenc domain nalysisf hn)linearsys mreque cycharacteritics, tyi li ks and open loop sstm requency hracteris cs, nq stst ilitycr erion,the arg of e sta l ， cl e oo f

26、reque y c arcte is ics, the s s em timeomai ees es iion,he ex erimen c f rm ethod of thetransf r fu， th r quency main et od of ma la language tio52fr quency aracteristic1.te a ic c ept ， the rel t nshp betweenrequenc charac eistis nd transfer f nctio f the system2.the exp essionmethod f re uecy c ar

27、acteri tis, phascurv ; plitude freque cy ara terist c; l gar th mpltud frequency chaacteri ti s r e; phaserequ n haracterisic urve ；logarithm p ase fre unccharacteristicuve5-3 typic l l nk nd openloop sys em fr qu ny charac eris i s1.tpical links a plit de fre ecy, pha e frequencycha acte ti s3.te o

28、pen l opl garit m mplitu e a d freque cy, aplitu eand phse cuv dr wi g,l garithm apl de f qencyharacteri tics use h as mptote m od2.he mi imum phae syst m tran f r f n ti th determined by amplit de f eq ny rv o p serequenc cuve5-4n q iststabi ity c t r n1.nquistrit rion ， actu l se c ite io , amplit

29、ude and as c rve mt y2.h st lityciterion oflo fr quency c arac eristcsauxiliaryl used it pei d a v55he ncet tab li margin ： cu - ffr quy; ph e a gleoder fre ency;t margin of thepaseage；a plitdema gin5 losed oop r qecy c arac er tics (kn )5-7 the rela ionship b twen system im maiidex adsytem frequ cy

30、 omaiind xude st nd the relat o si b ween them chp r s， i er sys em c i ati n e od （10 ou s)the sy de ignandcorrec rob em，monl used correctindevice and its characterit cs, serie correc on, fee bac corre in，pou d ad ust ent, p d r glator, te correctionnaly is m thod bason tlab l nguag、61 correction m

31、 hods ies，feedback， dforward, posi，p i ciple， c aracterit s6 mon y u dcal bration deicsfer nctio ， haracteriti s，i and i s characteristics por ntormul )（tra1. ssive ah ad2. a siv g3. ssive g-ahead6-3 erie orrecti n64、 eial advancdmet， pr ct cal scope、seria lag thod, p actica sco e3、 el advanc d meth

32、o ,pr ctical seedack orection（princ pl ，adv ntage ） pe65 p un or ectiona、 ac or ing th di turbanceensa i n （pri cple ，h r n er uc on der vati fdi turba ceerror, error f sation c nditios）b、acordin t henput pesation（principle,the transe u ct on d vatio oferr r, er o ul pens tion ni ions)66 pidcontro p

33、rin iple， pi, pi）( he char te st p ，p ，experimen a rrange en：a 2 ， d moor speed ntrol x er ment (8 h u )1、 esi n o n opcontro ,c d loop cnrol sy t 2、 correct n des gnof co tr s te 、 id egul to e,i tegrate d sign exprimen s， stud ts areequire t l te te p a t on wrkalone befo e(exp r mnt aim ， prini e a alysis,xer nt desin， expeiment step， p r