2022年自动控制原理课程教学大纲 .pdf

1 自动控制原理（经典部分） 课程教学大纲课程编码课程名称自动控制原理（经典部分）课程英文名称Theory of Automatic Control(classical) 先修课程数学分析、 高等代数、 复变函数与积分变换、 电路、 模拟电子技术、 数字电子技术适用专业自动化总学时： 90 讲课学时： 72 实验学时： 18 上机学时： 0 总学分： 5 制订单位信息与电气工程学院制订时间： 2006.06 一、课程的性质和目的本课程是自动化专业必修的专业基础课，是该专业的学生进行控制系统的分析和设计最基本的理论基础。学习该课程的目的在于培养学生在实际中的分析问题与解决问题的能力，培养学生分析和设计控制系统的能力。该课程为过程控制与仪表、计算机控制技术、自动控制原理（现代部分）及运动控制系统等后继课程打下了必需的理论基础。二、课程的基本要求通过本课程的学习，要求学生熟悉自动控制的基本概念和控制系统的数学模型；掌握时域分析法、 根轨迹法和频域分析法；理解稳定性的有关概念，稳定性判据； 掌握线性系统的校正方法；掌握线性离散系统的分析及校正方法；掌握非线性系统的分析方法。三、课程内容与要求第一章：自动控制的一般概念（4 学时）1、学习目的和要求通过本章学习，掌握反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象等基本概念，能根据控制系统工作原理图绘制方块图。2、课程内容（1）自动控制理论发展概况；（2）自动控制的基本概念与方式；（3）自动控制系统分类；（4）对自动控制系统的基本要求；（5）自动控制系统组成和方框图。3、考核知识点和考核要求（1）识记：自动控制的基本概念和分类；（2）领会：控制系统组成和方框图；（3）综合应用：根据实际控制系统绘制系统方框图。第二章控制系统的数学模型（ 10 学时）1、学习目的和要求通过本章学习， 能够用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型微分方程，会典型元部件的传递函数的求取，会结构图和信号流图的绘制，会由结构图等效变换求传递函数，会由梅森公式求传递函数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 2、课程内容（1）建立控制系统的微分方程；（2）传递函数的概念和求取；（3）结构图和信号流图的绘制；（4）由结构图等效变换求传递函数；（5）由梅森公式求传递函数。3、考核知识点和考核要求（1）识记：传递函数的概念；梅森公式。（2）领会：传递函数；结构图和信号流图；传递函数的极点和零点。（3）综合应用：建立控制系统的微分方程；结构图和信号流图的绘制；由结构图等效变换求传递函数；由梅森公式求传递函数。第三章线性系统的时域分析法（10 学时）1、学习目的和要求牢固掌握一阶和二阶系统的数学模型和典型响应，熟练计算一阶和二阶欠阻尼系统性能指标；掌握稳定性的定义和劳斯稳定判据；熟练计算系统的稳态误差；理解主导极点的概念。2、课程内容（1）时域性能指标的定义；（2）一阶系统的时间响应及动态性能；（3）二阶系统的时间响应及动态性能；（4）二阶系统性能改善的方法；（5）高阶系统的时间响应及动态性能；（6）稳定性的定义和劳斯稳定判据及其应用；（7）稳态误差的分析与计算，减小或消除稳态误差的方法。3、考核知识点和考核要求（1）识记：一阶和二阶系统的数学模型；时域性能指标的定义；稳定性的定义；主导极点的概念。（2）领会：稳定判据；一阶和二阶系统性能指标；稳态误差的分析与计算；减小或消除稳态误差的方法；二阶系统性能改善的方法。（3）综合应用：劳斯稳定判据及其应用；一阶和二阶系统性能指标的求取。第四章线性系统的根轨迹法（ 8 学时）1、学习目的和要求通过本章学习， 能依据根轨迹的绘制规则绘制系统的根轨迹；用根轨迹法分析系统性能。2、课程内容（1）根轨迹的概念；（2）根轨迹方程；（3）绘制根轨迹的基本法则；（4）用根轨迹法分析系统性能。3、考核知识点和考核要求（1）识记：根轨迹的概念；根轨迹方程。（2）综合应用： 依据根轨迹的绘制规则绘制系统的根轨迹；用根轨迹法分析系统性能。第五章线性系统的频域分析法（14 学时）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 1、学习目的和要求通过本章学习， 能概略绘制系统的开环幅相曲线、对数频率特性曲线；能用频域稳定判据判定闭环系统稳定性；熟练计算稳定裕度；由对数幅频特性曲线确定相应系统传递函数。2、课程内容（1）频域特性的基本概念和图形表示方法；（2）典型环节的频率特性；（3）开环频率特性曲线的绘制；（4）由对数幅频特性曲线确定相应系统传递函数；（5）频域稳定判据；（6）稳定裕度；（7）闭环系统的频域性能指标。3、考核知识点和考核要求（1）识记：频域特性的基本概念；频域稳定判据；稳定裕度。（2）领会：典型环节的频率特性；频域稳定判据；稳定裕度；系统的频域性能指标与时域性能指标之间关系。（3）综合应用：系统的开环幅相曲线、对数幅频特性曲线的绘制；由对数幅频特性曲线确定相应系统传递函数；频域稳定判据的应用。第六章线性系统的校正方法（ 8 学时）1、学习目的和要求掌握 PID 控制规律； 掌握串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后超前校正方法；掌握复合校正方法；理解反馈校正。2、课程内容（1）PID 控制规律（2）串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后超前校正网络及校正方法；（3）复合校正；（4）反馈校正。3、考核知识点和考核要求（1）识记： PID 控制规律。（2）领会：超前、滞后校正网络特性；串联校正、复合校正和反馈校正思想。（3）综合应用：串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后超前校正。第七章线性离散系统的分析与校正（10 学时）1、学习目的和要求通过本章学习， 掌握 z 变换和 z 反变换基本原理；能熟练求取系统的开环和闭环脉冲传递函数；会判定离散系统的稳定性；会计算离散系统的稳态误差。2、课程内容（1）信号的采样与保持；（2）z 变换理论；（3）离散系统的数学模型；（4）离散系统的稳定性与稳态误差；（5）离散系统的动态性能分析；（6）离散系统的数字校正。3、考核知识点和考核要求名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 （1）识记： z 变换理论。（2）领会：离散系统的数学模型；离散系统的稳定性与稳态误差；离散系统的动态性能分析。（3）综合应用：求取系统的开环和闭环脉冲传递函数；离散系统的稳定性的判定；离散系统的稳态误差的计算；最小拍系统设计。第八章非线性控制系统分析（ 8 学时）1、学习目的和要求通过本章学习， 了解非线性系统的特点；了解相平面分析法；会用描述函数法分析非线性系统的稳定性和自激振荡。2、课程内容（1）非线性特性对系统的影响；（2）非线性系统的特点；（3）相平面分析法；（4）描述函数法。3、考核知识点和考核要求（1）识记：相平面和描述函数基本概念。（2）领会：非线性系统的特点；相平面分析法；描述函数法。（3）综合应用：用描述函数法分析非线性系统的稳定性和自激振荡。四、 理论教学学时分配章讲 课 内 容学时一自动控制的一般概念4 二控制系统的数学模型10 三线性系统的时域分析法10 四线性系统的根轨迹法8 五线性系统的频域分析法14 六线性系统的校正方法8 七线性离散系统的分析与校正10 八非线性控制系统分析8 总计72 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 五、实验名称与学时安排实验名称与学时安排表序号实验名称学时分配1 典型环节的时域响应实验2 2 典型系统瞬态响应和稳定性分析实验2 3 线性系统的根轨迹分析实验2 4 线性系统的频率响应分析实验2 5 线性系统的校正实验（设计实验）2 6 离散系统的稳定性分析实验2 7 采样控制系统的校正实验2 8 典型非线性环节实验2 9 二阶非线性系统实验2 合计18 六、教材及主要教学参考书教材：胡寿松 . 自动控制原理 . 第 4 版. 科学出版社 .2001 参考书：1 李友善 . 自动控制原理. 第 3 版 . 国防工业出版社.2005 2 谢克明 . 自动控制原理. 第 1 版 . 电子工业出版社.2004 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -