自动控制理论》教学大纲.doc

自动控制理论教学大纲制定人: 制定时间: 年 月所在单位: 一、课程基本信息课程名称自动控制理论课程性质专业课 学 分 数4总学时数64讲课学时58实验学时6适用专业农业电气化与自动化专业先修课程高等数学，理论力学，电工学选用教材1自动控制理论孙扬声中国电力出版社第3版, 2004年5月主要教学参考书1 控制工程基础（第二版）董景新等编著 2003年第2版2 自动控制原理简明教程胡寿松主编科学出版社, 2003年考核方式闭卷本课程在专业课程体系中的地位和作用 自动控制理论是自动化专业的一门重要的专业基础课，同时也是专业的主干课程，其任务让学生掌握分析与综合自动控制系统的基础理论与方法。通过本课程的学习，可以使学生掌握自动控制理论的基本原理和方法，为进一步学习机械工程及自动化专业的后续相关课程打下坚实而宽广的理论基础。二、课程内容与学时分配表序 号章 节 内 容学 时 分 配讲 课实 验其 他1第1章 控制系统的基本概念62第2章 控制系统的数学模型1223第3章 控制系统的时域分析法1224第4章 控制系统的频域分析法1625第5章 控制系统的设计和校正8合 计546机 动4总 计64三、教学内容及基本要求第1章 控制系统的基本概念教学目的：熟练掌握控制系统的基本概念及工作原理。教学重点和难点：掌握控制系统的工作原理主要教学内容及要求：1、了解控制系统的基本组成：被控对象；执行机构；放大装置；检测装置；比较装置；反馈装置；校正装置；输入信号；输出信号；扰动信号。2、了解控制系统的基本类型：按数学模型分类；按控制方式分类；按元件类型分类；按系统功用分类；按输入量的变化规律分类；按输入输出的数量分类。3、了解对控制系统的基本要求：稳定性；准确性；快速性。4、掌握控制系统的工作原理：开环控制；闭环控制；自动控制的发展及现状。第2章 控制系统的数学模型教学目的：熟练掌握控制系统的数学模型。教学重点和难点：掌握拉普拉斯变换、熟练掌握传递函数及系统方框图主要教学内容及要求： 1、了解信号流图；梅逊公式。2、掌握控制系统的运动微分方程：控制系统的时域模型；典型元件微分方程的列写；线性系统微分方程的列写；线性系统微分方程的求解；了解非线性系统的线性化。3、掌握拉普拉斯变换：拉普拉斯变换的基本性质；拉普拉斯反变换；拉普拉斯变换的应用。4、熟练掌握传递函数：传递函数的定义；传递函数的性质；传递函数的零点；传递函数的极点；典型环节的传递函数。5、掌握系统方框图：方框图的概念；方框图的绘制；方框图的等效变换；方框图的简化。6、掌握反馈控制系统的传递函数：开环传递函数；闭环传递函数；输入作用及干扰作用下的闭环传递函数；输入作用及干扰作用下的误差传递函数；闭环系统的误差。第3章 控制系统的时域分析法教学目的：熟练掌握控制系统的时域分析法。教学重点和难点：掌握线性系统时域响应的性能指标、一阶系统的时间响应及二阶系统的时间响应，并熟练掌握稳定性分析。主要教学内容及要求：1、了解高阶系统的时间响应：三阶系统的阶跃响应；高阶系统的阶跃响应；闭环主导极点；偶极子对；高阶系统的性能分析及性能指标估算。2、了解时域特性的计算机辅助分析：MATLAB软件的应用。掌握典型输入信号：阶跃信号；脉冲信号；速度信号；加速度信号；正弦信号。3、掌握线性系统时域响应的性能指标：时域响应；动态过程；稳态过程；动态性能指标；稳态性能指标。4、掌握一阶系统的时间响应：一阶系统的数学模型；一阶系统的脉冲响应；一阶系统的阶跃响应；一阶系统的斜坡响应；一阶系统的加速度响应；一阶系统的性能分析；线性定常系统的一个重要结论。5、掌握二阶系统的时间响应：二阶系统的数学模型；二阶系统的各种类型；二阶系统的脉冲响应；二阶系统的阶跃响应；二阶系统的斜坡响应；二阶系统的性能分析。6、掌握误差分析和计算：控制系统的误差；控制系统的稳态误差；系统类型；静态位置误差系数；静态速度误差系数；静态加速度误差系数；动态误差系数；扰动作用下的稳态误差；提高系统稳态性能的措施。7、熟练掌握稳定性分析：控制系统稳定性定义；控制系统稳定的必要条件；控制系统稳定的充要条件；劳斯判据；劳斯判据的两种特殊情况。第4章 控制系统的频域分析法教学目的：熟练掌握控制系统的频域分析法。教学重点和难点：掌握典型环节的频率特性图及系统开环频率特性图。主要教学内容及要求：1、了解频域特性的计算机辅助分析：MATLAB软件的应用。2、掌握典型环节的频率特性图：典型环节的幅相曲线；典型环节的对数频率特性曲线。3、掌握系统开环频率特性图：控制系统的开环幅相曲线；控制系统的开环对数频率特性曲线；最小相位系统。4、掌握频率特性的基本概念：频域分析的基本概念；频率特性的物理意义；频率特性的概念；幅频特性；相频特性；幅相曲线；对数频率特性曲线。第5章 控制系统的设计和校正教学目的：熟练掌握控制系统的设计和校正。教学重点和难点：掌握PID控制规律。主要教学内容及要求：1、了解控制系统的设计和校正概述：控制系统的设计方法；控制系统的校正方法；性能指标；校正方式；校正装置。2、掌握PID控制规律：P控制；PD控制；PI控制；PID控制。自动控制理论实验教学大纲制定人: 制定时间: 年 月所在单位:一、实验课程基本信息实验课程名称自动控制理论实验课程性质必修课学 时6学 分4适用专业农业电气化与自动化专业选用教材（指导书）1自动控制理论孙扬声中国电力出版社第3版, 2004年二、课程实验的地位、作用和目的本课程是为自动控制理论课程所开的实验。通过本实验，应使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念，控制系统的分析方法和设计方法。同时学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高在控制系统中应用计算机的能力和水平。1. 本门课程理论性强，较抽象难懂，要求学生通过实验，验证所学理论，通过理论联系实际，学好本课程。2. 要求学生能根据系统的框图，用运算放大器及电阻、电容元件，构成对应的模拟系统，并掌握其实验方法，能正确测量系统的各项性能指标。3. 进一步培养学生正确使用有关仪器仪表能力、动手能力、分析实际问题能力和初步的科研能力；培养科学和严谨的工作作风。二、课程实验成绩评定根据学生实验情况及实验报告，评定实验成绩，并作为平时成绩的一部分，占课程总成绩的10%。在笔试中，实验内容亦占考试内容的10%左右。三、课程实验要求序号项目名称实验课时内容提要实验内容及教学要求（了解观察、熟悉、掌握、熟练掌握及运用等）实验类别实验方式备注1自动控制系统的认识实验2掌握自动控制系统的组成1、掌握开环系统与闭环系统的概念及各自的优缺点。2、掌握自动控制系统的组成，工作原理以及干扰对系统的影响。3、熟悉自动控制系统原理实验仪的使用方法及相关软件的使用方法。验证性实验演示2典型环节及其阶跃响应2熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线1、学习构成典型环节的模拟电路。2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。综合性实验实际动手3控制系统的稳定性分析2控制系统的稳定性分析1、观察系统的不稳定现象。2、研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。综合性实验实际动手注：实验类别选填验证性实验、设计性实验、综合性实验或研究创新性实验。 实验方式选填演示、参观、实际动手等。