《自动控制原理C》课程教学大纲（本科）.docx

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1、自动控制原理c(Principles of Automatic Control ： C)课程代码：05410050学分：2.5学时：40 （其中：课题教学学时：36实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：高等数学、电路原理A、信号与系统A、复变函数与积分变换适用专业：电子信息科学与技术教材：自动控制原理，刘国海、杨年法主编，机械工业出版社，第1版一课程性质与课程目标（一）课程性质本课程是电子信息科学与技术专业的一门较为重要的专业选修课。它是自动控制技 术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。通过本课程的学习，使学生掌握自动控 制系统的基本概念、自动控制理论的开展历史，学会建立和

2、简化自动控制系统的数学模 型，着重掌握自动控制系统的时域分析法和频率特性分析法，并学习自动控制系统综合 与校正的一般方法。（二）课程目标课程目标1：自动控制原理C是一门研究自动控制技术的基础理论，是以原理为主 的理论性课程。主要从数学模型出发，讲述自动控制的基本原理和控制系统分析与设计 的基本方法。课程目标2：通过本课程的学习，使学生能够正确理解和运用课程的基本概念和理论， 掌握一套较完整的分析、设计自动控制系统的方法。为专业课的学习打好基础，而且为 以后从事实际工作和科研奠定一定的理论基础。课程的具体目标如下：1、知识目标自动控制原理C课程主要介绍经典控制理论的基本概念和基本原理，自动控制

3、系统的分析和设计方法。简单介绍控制系统的传递函数和结构图概念。重点介绍时域分 析法、频域分析法、控制系统校正方法、离散控制系统的分析方法等，包括：1.1 掌握控制系统的基本要求（稳定性、快速性、准确性）及其指标参数；掌握控制系统的传递函数和结构图概念；1.2 掌握一阶、二阶系统的时域分析方法；1 .采用多媒体教学手段，采用讲授、讨论相结合，多种教学手段综合运用。2 .课后共需完成大约2530道习题作业，以加深学生对所学内容的理解和掌握，建 议学生利用网络教学平台和网络学习资源。2017年9月10日1.4 掌握基本的频率特性分析法；掌握控制系统的常用校正装置及其校正方法；1.5 掌握离散控制系统

4、的分析方法。2、能力与素质方面能够针对实际控制系统建立数学模型，并画出系统结构图。2.1 能够熟练运用时域分析法和频率特性分析法分析控制系统的稳定性、快速性和 准确性。2.2 能够运用频率法对控制系统进行校正。2.3 能够构建离散控制系统的结构图，求解系统的脉冲传递函数，并分析离散控制 系统的性能。2.4 能够根据自动控制系统的基本要求（稳定性、快速性、准确性）分析解决基本 工程问题。2.5 逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；二、课程内容与教学要求第一章绪论（-）课程内容1 .自动控制系统的基本概念、组成与分类

5、。2 .控制系统应用实例。3 .自动控制理论的开展。4 .自动控制系统的要求:稳定性、快速性、准确性。（-）教学要求.了解本课程的性质、研究对象与基本任务。1 .掌握自动控制系统的基本概念、基本原理。2 .掌握自动控制系统的要求:稳定性、快速性、准确性。3 . 了解自动控制系统的应用实例、自动控制理论的开展。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点自动控制系统的特点；自动控制系统的要求:稳定性、快速性、准确性；本课程的篇章结构和它们之间的联系。1 .难点自动控制系统的要求:稳定性、快速性、准确性；本课程的篇章结构和它们之间的联系。第二章自动控制系统的数学模型（一）课程内

6、容1 .控制系统的微分方程：线性系统微分方程的建立。2 .控制系统传递函数：定义，时间常数表示形式和零极点表示形式。3 .典型环节及其传递函数：比例、积分、微分、惯性、振荡等环节的微分方程及 其传递函数。4 .控制系统的结构图：组成、建立；结构图的等效变换：原那么（变换前后，系统 的数学关系不变），环节的合并（串联、并联、反应），信号分支点或比拟点的移动（左 移、右移、互换）。5 .信号流图和梅逊公式：信号流图的组成（节点、支路、支路传输），信号流图的 常用术语（源节点、阱节点、混合节点、通路、前向通路、回路、前向通路传输增 益、回路传输增益、不接触回路），梅逊公式，应用梅逊公式求控制系统的传

7、递函数。（二）教学要求. 了解控制系统有哪些数学模型1 .熟悉传递函数的概念及其表示形式；.熟悉典型环节及其传递函数；具有建立控制系统结构图的能力；2 .掌握结构图等效变换方法和利用信号流图求系统闭环传递函数的方法。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点控制系统传递函数的概念；建立控制系统结构图；控制系统的结构图及其等效变换; 应用信号流图和梅逊公式求系统的闭环传递函数。1 .难点建立控制系统结构图；控制系统的结构图及其等效变换；应用信号流图和梅逊公式 求系统的闭环传递函数。第三章自动控制系统的时域分析法（一）课程内容1 .典型输入信号：单位阶跃函数、单位斜坡函数、单

8、位抛物线函数。2 .系统阶跃响应性能指标：延迟时间、上升时间、峰值时间、最大超调量、调节 时间、稳态误差。3 . 一阶系统的动态性能指标及其求法：调节时间。4 .二阶系统的动态性能指标及其求法：按阻尼比二0、01、=1、1四种情况求系统 的最大超调量、调节时间。5 .线性系统稳定的充要条件：所有的闭环极点都位于s平面的右半平面。6 .稳态误差的定义；给定稳态误差和扰动稳态误差的求法。7 . PID基本控制规律的分析：P控制、PD控制、PI控制、PID控制。（二）教学要求.掌握控制系统阶跃响应性能指标的定义及其含义。1 .掌握二阶系统的动态性能指标及其求法,理解动态性能指标与特征参数的关系。2

9、.掌握应用劳斯稳定判据判断系统稳定性的方法。3 .掌握求解系统稳态误差的方法。4 .能够理解PID基本控制规律。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点控制系统阶跃响应性能指标的定义及其含义；二阶系统的动态性能指标及其求法; 应用劳斯稳定判据判断系统稳定性；求解系统稳态误差的方法；系统性能指标与系统特 征参数之间的关系。1 .难点系统性能指标与系统特征参数之间的关系。第五章频率特性分析法（一）课程内容1 .频率特性的基本概念：频率特性的定义，幅频特性，相频特性，实频特性，虚频 特性。2 .频率特性的常用图示方法：幅相频率特性（奈奎斯特图），对数频率特性（伯德 图）。3

10、.典型环节的频率特性（奈奎斯特图、伯德图）：比例、积分、微分、惯性、振荡等环节）。4 .系统的开环频率特性图的绘制：奈奎斯特图（起点、终点、交点、变化趋势）， 伯德图（低频段、转折频率、斜率、对数相频特性的起点、终点和变化趋势）。5 .最小相位系统的定义和特点。6 .奈奎斯特稳定判据，奈氏判据在奈奎斯特图的应用。7 .稳定裕度：伯德图上的相角裕度和幅值裕度。（二）教学要求1 .掌握频率特性的基本概念及其常用图示方法。2 .掌握典型环节的频率特性及其特点。3 .掌握控制系统开环频率特性图的绘制方法，能够构建实验系统，具有分析实验结 果得出结论的能力。4 . 了解最小相位系统的定义和特点。5 .掌

11、握奈奎斯特稳定判据，能够运用奈氏判据在奈奎斯特图上准确判断系统的稳定 性。6 .掌握稳定裕度的概念，能够在伯德图上求解出相角裕度和幅值裕度。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）.重点典型环节的频率特性；系统的开环频率特性图的绘制；奈奎斯特稳定判据；稳定 裕度。1 .难点系统的开环频率特性图的绘制；奈奎斯特稳定判据；稳定裕度。第六章自动控制系统的校正（-）课程内容1 .控制系统校正的定义，校正方式（串联校正，反应校正，复合校正），系统性能 指标。2 .常用校正装置及其特性（超前校正、滞后校正）。3 .串联校正的频率法设计：超前校正、滞后校正。（二）教学要求1 .掌握控制系统

12、校正的定义、校正方式和常用校正装置及其特性。2 .掌握串联校正的频率法设计方法，能够进行超前校正、滞后校正设计，能够构建 实验系统，并进行实验验证，具有分析实验结果得出结论的能力。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）1 .重点常用校正装置（超前校正、滞后校正）及其特性；超前校正、滞后校正的设计步骤 及注意点。2 .难点超前校正和滞后校正的设计步骤及注意点。第七章线性离散控制系统的分析（一）课程内容.线性离散控制系统的概念：离散控制系统、采样控制系统。1 .采样过程和采样定理：采样过程、采样定理，零阶保持器。2 . z变换的定义、基本定理和求法；z反变换的定义和求法。3 .

13、离散控制系统脉冲传递函数：定义，求法（z变换表）；求开环脉冲传递函数（串 联环节之间有采样开关、串联环节之间无采样开关）；求闭环脉冲传递函数。4 .离散控制系统的稳定性分析:稳定的充要条件,离散控制系统的劳斯稳定判据。5 .离散控制系统的动态性能分析：闭环极点分布与暂态响应的关系。（二）教学要求. 了解线性离散控制系统的概念、采样过程和采样定理。1 .掌握z变换和z反变换的求法。2 .掌握离散控制系统脉冲传递函数的定义；熟练求解开环脉冲传递函数（串联环 节之间有采样开关、串联环节之间无采样开关）和闭环脉冲传递函数。3 .理解离散控制系统稳定的充要条件，掌握离散控制系统的劳斯稳定判据。4 . 了

14、解离散控制系统中闭环极点分布与暂态响应的关系。（三）重点与难点（假设不单独列出，需在教学要求中适当注明）1.重点z变换和z反变换；离散控制系统（开环、闭环）脉冲传递函数；离散控制系统的稳定性。2.难点离散控制系统（开环、闭环）脉冲传递函数；离散控制系统的稳定性。三、本课程开设的实验工程编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1典型二阶系统的动态性能和稳定性分析2综合性必做1. 3 2. 2 2. 52典型控制系统的频域研究2综合性必做1.4 2.3注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等；2. “要求”填必做、选做。实验1:典型二阶系统的动态性能和稳定性分析（一）实验目的1 .学习和掌握

15、二阶系统动态性能指标的测试方法。2 .观察不同参数下典型二阶系统的阶跃响应曲线。3 .研究典型系统参数的变化对系统动态性能和稳定性的影响。（二）实验要求.画出系统模拟电路图，并标出电阻、电容的取值。1 .画出各种情况下的系统阶跃响应曲线。2 .填写实验数据表格。3 .分析实验结果并与理论计算值进行比拟，分析误差及其产生的原因。实验2：典型控制系统的频域研究（一）实验目的1 .学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。2 .学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。（二）实验要求.画出系统模拟电路图，并标出电阻、电容的取值。1 .绘制出虚拟示波器上得到的数据表格和描绘点，并

16、用圆滑的曲线将这些点连接起来。2 .在Nyquist曲线上标出频率3的变化方向，并标出特征点，写出放大倍数K 和二阶系统的阻尼系数&的值。3 .将Bode图做渐近幅频特性处理,推算出系统的传递函数及其参数。四、学时分配及教学方法注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上 机课程 实践小 计第一章20002讲授、案例、自学、 讨论1.12. 5第二章60006讲授、研究型教学 法、自学1.22. 1第三章62008讲授、研究型教学 法、自学1. 32.2 2.5第五章1020012讲授、研究型教学 法、自学1.42

17、.3弟八早40004讲授、讨论、自学1.5 2.3 2.6第七章80008讲授、研究型教学 法、自学1.6 2. 4 2. 5合计36400404 .主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案例 等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注平时作业课后完成2530个习题，主 要考核学生对每章中知识点 的复习、理解和掌握度，计算 全部作业的平均成绩再按10%计入总成绩；可让学生查10%阅资料，了解本课程相关技术 开展情况，并根据自身开展需 要，自主学习。课堂表现不定期点名抽查学生的出勤 率，回答下列问题以及解决课堂提 问的积极性和正确性，以此来 了解学

18、生对知识的掌握程度。10%期末考试考试以闭卷的形式，题型包括 填空题、计算题、计算分析题、 计算绘图题4大类，以卷面成 绩的80%计入课程总成绩。 其中考核自动控制理论基础 知识及应用能力的题占90%； 考核能针对个人或职业开展 的需求，采用合适的方法，自 主学习，适应开展占比10%o80%注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、工程设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六 参考书目及学习资料1 .高国槃，余文休等.自动控制原理（第四版），华南理工大学出版社，2013o2 .胡寿松，自动控制原理（第六版），科学出版社，2015。3 .王划一，杨西侠.自动控制原理，国防工业出版社，第2版，2009。4 .夏德铃，翁贻方.自动控制理论，机械工业出版社，第4版，2013.5 .陈来好，彭康拥.自动控制原理学习指导与精选题型详解，华南理工大学出 版社，2004.七、大纲说明