《自动控制课程设计》课程教学大纲.docx

自动控制课程设计教学大纲一、课程基本信息课程名称自动控制课程设计Curriculum Design on Automatic Control课程编码CTL123511030开课院部控制科学与工程学院课程团队实践教学与讲座学分3.0课内学时3周讲授0实验0上机0实践3周课外学时0适用专业自动化授课语言中文先修课程电路分析、电路分析实验、模拟电子技术、自动控制原理、自动控制原理实验、现代控制理论、控制系统仿真技术课程简介 （必函自动控制课程设计是自动化专业的一门实践教学类课程，是自动控制学科重要的实践教学环节，主要研究双容水箱的液位控制问题， 具有较强的理论性和实践性。通过本课程的学习，使学生系统加深对自动控制的基本概念、基本理论和基本技能的理解。要求学生能够建 立数学建模，分析系统的性能，利用计算机上进行仿真，分析实验结果，分析与设计双容水箱的液位控制问题。提高学生团队协作能力， 培养学生的自主学习能力，与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流的能力。（对应毕业要求指标点2. 2、2.3、3.1、3.4、4.3、5.4、 9.3、12.2）Curriculum design on automatic control is a practical courses. This course research the liquid level control problem of the double tank. Through the learning of this course, students will deepen the understanding of the basic concepts, basic theory and basic skills of automatic control systems. Students through developing mathematical models, system performances, simulation and the experiment results to design the liquid level control approach of the double tank. Enhance the ability of teamwork, autonomous learning and communication with industry peers and the public. (Corresponding to graduation requirements: 2.2、2.3、3.1、3.4、4.3、5.4、9.3、12. 2)负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：小组成员之间分工明确，能够完成自身的任务，做好各自工作的衔接与配合。是9.32M2目标2 ：能够主动查阅文献、参考资料，遇到问题时能够跟教师和同学进行沟通与交流，寻求解决方 案。是12.23M3目标3 ：理解双容水箱的工作原理，能够利用机理建模和试验建模的方法建立双容水箱液位模型，获 得传递函数和状态方程。是2.24M4目标4 ：能够通过水箱液位实际、机理模型和试验模型的单位阶跃响应曲线的对比，验证所建模型的 正确性，分析建模方法的差异。是2.35M5目标5 ：针对双容水箱液位控制问题，明确研究背景和研究内容、确定设计目标和关键问题，规划技 术路线和研究计划，提出控制设计方案。是3. 16M6目标6：在考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等制约因素的情况下，能够从技术和经济角 度对提出的控制设计方案进行可行性评价。是3.47M7目标7 ：能够搭建等效电路模型，通过OPC服务器建立电路模型与计算机客户端的通信，编写 Matlab程序，模拟双容水箱液位控制问题，实施控制设计方案。是5.48M8目标8 ：能够正确处理实验数据，分析实验结果，通过信息综合得到合理有效的研究结论。是4.34.3三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内 学时教学方式课外学时课外环节11建立二阶水箱液位 对象数学模型通过机理建模、试验建模两种方式建立二阶水箱液位数学模 型。31讨论/实验22搭建二阶水箱液位 对象电路模型根据建立的二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱 上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。71讨论/实验/ /33实验箱与计算机的 通信利用NI USB-6009数据采集卡，通过OPC协议与计算机进行通 信。71讨论/实验/44测试被控对象的开 环特性通过NI USB-6009数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控 对象的开坏特性，验证模拟对象的正确性。4, M51讨论/实验/55自动控制原理部分针对二阶水箱模型进行PID控制、串联校正、采样控制和时滞 系统控制。5,M7/ /65. 1P1D控制分析闭环控制系统随系数变化时控制性能指标的变化，对比实 际控制效果与仿真效果的差异，并进行分析。5, M72讨论/实验/75.2设计串联校正环力根据自定义控制性能指标设计校正装置。1讨论/实验/5, M785.3采样控制系统设计研究采样周期、升坏增益对系统稳定性和稳态误差的影响。5, M71讨论/实验/95.4时滞系统控制器设 计为被控对象增加纯滞后环节并进行控制，分析对比控制效果。Ml, M2, M 5, M71讨论/实验/106现代控制理论部分针对二阶水箱模型进行极点配置、设计观测器，并进行状态反 馈控制5, M7/116. 1控制系统的极点配 置以及状态反馈控 制配置之后闭坏系统的性能指标需要满足一定要求。5, M72讨论/实验/126.2观测器设计设计全维和降维观测器5, M71讨论/实验/136.3基于观测器的状态 反馈控制器设计基于设计全维和降维观测器设计的状态反馈控制器5, M71讨论/实验/147演示与答辩以小组为单位进行成果演示，回答教师和同学的提问。M3, M4, M 5, M6, M7 ,M81演示/答辩2撰写报告四、考核方式序号考核环书操作细节总评占比1平时表现1.课堂表现2.团队协作3.实施情况30%2成果展不1 .模型检查2.演示与答辩30%3报告撰写1 .模型分析2 .设计方案3 .可行性评价40%五、评分细则4.分析与结论序号课程目标考核环小大致占比评分等级1Ml平时表现100%A-能够充分发挥团队优势合作，小组成员分工明确，认真完成自身工作，积极沟通协商，主动做好各自工 作的衔接与配合。B-小组成员分工比较明确，能够完成自身工作，沟通协商，做好各自工作的衔接与配 合。C-小组成员能够进行沟通协商，基本完成自身工作，能够配合小组其他成员的工作。D-小组成员不能 完成自身工作，成员之间缺乏沟通协商，不能够配合小组其他成员的工作。2M2平时表现100%A-遵守纪律，尊重他人；遇到问题时，能够主动查阅文献、参考资料，积极跟老师和同学进行沟通和交 流，寻求解决方案。B-较好遵守纪律，较好尊重他人；遇到问题时，能够查阅文献、参考资料，能够经常 跟老师和同学进行沟通和交流，寻求解决方案。C-基本遵守纪律，基本尊重他人；遇到问题时，不能主动 查阅文献、参考资料，能够跟老师和同学进行沟通和交流，寻求解决方案。D-不能遵守纪律，不懂尊重他 人；遇到问题时，不能主动查阅文献、参考资料，不跟老师和同学进行沟通和交流，不寻求解决方案。3M3成果展示100%A-理解双容水箱的工作原理，能够利用机理建模和试验建模的方法建立双容水箱液位模型，获得正确的传 递函数和状态方程。B-理解双容水箱的工作原理，能够利用机理建模和试验建模的方法建立双容水箱液位 模型，获得的模型比较正确。c-能够利用机理建模和试验建模的方法建立双容水箱液位模型，获得的传递 函数和状态方程基本正确。D-不理解双容水箱的工作原理，不能获得正确的数学模型。4M4报告撰写100%A-能够将水箱液位实际、机理模型、试验模型的单位阶跃响应曲线进行对比，验证所建模型的正确性，明 确两种建模方法的差异。B-能够将水箱液位实际、机理模型、试验模型的单位阶跃响应曲线进行对比，分 析所建模型的正确性，指出两种建模方法的差异。c-能够将机理模型和试验模型的单位阶跃响应曲线进行 对比，分析两种建模方法的差异。D-不能验证所建模型的正确性，不能说明两种建模方法的区别。5M5报告撰写100%A-设计方案完整，研究目标明确，研究内容合理，关键问题合适，技术路线和研究计划科学。B-设计方案 比较完整，研究目标比较明确，研究内容比较合理，关键问题比较合适，技术路线和研究计划比较科学。 c-设计方案基本完整，研究目标基本明确，研究内容基本合理，关键问题基本合适，技术路线和研究计划 基本科学。D-设计方案不完整，研究目标不明确，研究内容不合理，关键问题不合适，技术路线和研究计 划不科学。6M6报告撰写100%A-理解社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对工程实践的制约，能够在考虑诸多制约因素下， 从技术路线的合理性、以及实验设备的经济制约等角度出发，对提出的设计方案进行有效的可行性评价。 B-了解社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对工程实践的制约，能够在考虑诸多制约因素下，从技术路线的合理性、以及实验设备的经济制约等角度出发，对提出的设计方案进行可行性评价。C-可以 在考虑诸多制约因素下，从技术路线的合理性、以及实验设备的经济制约等方面，对提出的设计方案进行 可行性评价。D-对设计方案可行性评价的制约因素考虑不足，可行性评价的结论不止确。7M7平时表现30%A-能够按照研究计划有序进行，清晰明白研究路线，能够熟练使用各种工具，独立地编写Mat lab程序， 设计实现能力强；B-能够比较有序地按照研究计划实施设计方案，比较熟练使用各种工具，编写Mat lab 程序，设计实现能力较强；C-能够按照研究计划基本有序进行，能够使用各种工具，编写Matlab程序，设 计实现能力一般；D-不能按照研究计划实施设计方案，各种工具不熟练，设计实现能力差。8M7成果展示70%A-课程设计内容完成度高；能理解问题内涵，回答问题简明扼要，要点完整。B-课程设计内容完成度比较 高；能理解问题内涵，回答问题正确。C-基本完成课程设计内容；能基本理解问题内涵，回答问题基本正 确。D-能理解问题内涵，回答问题错误。9M8报告撰写100%A-能够正确展示设计结果，利用数据进行了充分地指标分析或对比，获得有效结论。B-能够正确展示设计 结果，能够利用数据进行指标分析或对比，获得的结论正确。C-基本能够展示设计结果，利用数据进行指 标分析或对比不足，获得的结论基本正确。D-不能够展示设计结果，缺乏利用数据进行指标分析或对比， 未能获得有效结论。评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1自动控制课程设计实验指导书，邓晓刚，一，内部实验讲义，2018. （*主教材）2图书1自动控制原理（第六版），胡寿松，科学出版社，2013.3图书1现代控制理论，刘豹，机械工业出版社，2011.4图书1系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社，2013.