《自动控制原理》课程实施大纲.docx
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1、控制装置课程实施大纲目录1 .教学理念1.课程介绍32 .教师简介7.先修课程83 .课程目标9.课程内容124 .课程实施17.课堂要求465 .课程实验教学48.课程考核方式及评分规程496 .学术诚信规定50.课堂规范517 .课程资源52.其它说明548 .学术合作备忘录55秀文化传统,形成对国家、民族命运的责任感,树立为祖国建设做贡献的人生理 想;通过控制理论发展史教学,可以使学生从杰出人物身上、从人类科学技术的 发展进程中体验到生命的价值和人生的意义,形成健康的审美情趣,形成真诚、 善良、健全的人格和求真、求实、创新的科学态度;通过控制发展史教学,使学 生认识人类社会发展的统一性和
2、多样性,理解和尊重世界各国、各地区、各民族 的文化传统,形成开放的世界意识。6.课程内容课程的内容概要第一章明确自动控制的基本概念;掌握开、闭环控制的基本原理和特点;建 立系统概念。第二章熟悉常用元部件的数学模型;明确传递函数、微分方程、结构图和信 号流图之间的关系;熟练掌握利用结构图等效变换和Mason公式求系统传递函数 的方法。第三章熟悉系统阶跃响应性能指标;明确典型系统阶跃响应的特点及其动态 性能与系统参数、零极点分布的关系;明确稳定性概念及系统稳定的充要条件, 熟练掌握老斯判据及其应用;明确误差和稳态误差的定义,明确利用终值定理计 算稳态误差的限制条件;熟练掌握用终值定理求稳态误差的方
3、法;明确影响稳态 误差的因素。第四章明确根轨迹的有关概念;熟练掌握绘制根轨迹的方法,能够利用根轨 迹定性分析系统性能随参数变化的趋势。第五章明确频率特性的物理意义及数学本质;熟悉典型环节的频率特性;熟 练掌握绘制开环对数频率特性的方法;熟练掌握由最小相位系统的开环对数频率 特性求传递函数的方法;理解奈奎斯特判据的原理,牢固掌握运用奈奎斯特判据 判断系统稳定性的方法;正确理解稳定裕度的概念及意义,会计算稳定裕度;掌 握开环对数频率特性与系统稳态、动态性能的关系,理解三频段的概念;明确闭 环频率特性与时域性能指标之间的关系。第六章熟悉超前、滞后网络的特性;掌握串联校正的方法;理解PID控制器 的作
4、用。第七章熟练掌握判断离散系统稳定性和计算离散系统稳态误差的方法;明确 z平面闭环极点分布与系统动态响应间的关系。第八章明确描述函数的定义及有关概念,掌握用描述函数法分析非线性系统 稳定性和分析自振、计算自振参数的方法。6. 2教学重点、难点第一章自动控制的一般概念(1)教学目的:掌握自动控制系统组成结构和基本要素,理解自动控制的 基本控制方式和对系统的性能要求,了解一些实际自动控制系统的控制原理。(2)基本要求:掌握基本概念:自动控制、反馈、控制系统的构成。要求初步了解如何由系统原理图形成系统的原理方块图及判别控制方式的 方法。要求初步了解本门课程的意义与作用。(3)教学提示:透彻分析自动控
5、制系统的反馈原理。(4)教学内容:a、自动控制的任务;b、自动控制的基本方式;c、对控制 系统的性能要求。(5)教学重点与难点:重点:基本控制方式及特点;对控制系统性能的基本要求难点:建立元件方块图的方法;自动控制系统实例(6)基本知识点:本章内容包括自动控制的定义、基本控制方式及特点, 对控制系统性能的基本要求,建立元件方块图的方法,自动控制系统的分类,自 动控制系统实例。第二章自动控制系统的数学模型(1)教学目的:掌握传递函数及动态结构图的概念、意义、求取方法和简 化方法;理解自动控制系统的建模方法和步骤;了解非线性微分方程的线性化方 法,掌握梅森增益公式的应用。(2)基本要求:掌握传递函
6、数基本概念及性质,传递函数及动态结构图。掌 握求传递函数基本方法:结构图的变换。(3)教学内容:a、自动控制系统微分方程的建立;b、非线性微分方程的 线性化;c、传递函数;d、动态结构图;e、系统的脉冲响应函数;f、典型反馈 系统的传递函数;g、信号流图与梅森增益公式;(4)教学提示:着重阐明拉普拉斯变换与传递函数、动态结构图的关系。(5)教学重点与难点:重点:典型环节及其传递函数;方块图基本结构及化简;信流图和梅森公式 难点:拉氏变换;小偏差线性化(6)基本知识点:典型环节及其传递函数、结构图及化简、信流图和梅森 公式,控制系统传递函数的表示方法,小偏差线性化,分析建模法。第三章时域分析法(
7、1)教学目的:掌握系统微分方程的拉普拉斯变换解法及判定系统稳定性 赫尔维茨判据、林纳德判据、劳思判据,理解针对一阶和二阶系统的分析计算以 及稳态误差的分析计算,了解改善系统响应的措施。(2)基本要求:掌握基本概念:典型响应、渐近稳定性及时域性能指标、 稳态误差。(3)教学内容:a、时域分析介绍;b、一阶和二阶系统分析与计算;c、系 统稳定性分析;d、稳态误差分析及计算。(4)教学提示:一、二阶系统的时间响应,暂态性能指标,主导极点的概 念,稳定性概念,劳思判据,稳态误差及终值定理。着重阐明稳定性判据和稳态 误差计算。(5)教学重点与难点重点:一、二阶系统的时间响应;稳定性概念;稳态误差难点:稳
8、态误差的分析和计算(6)基本知识点:掌握基本方法:一、二阶系统性能指标的计算和参数选 择;系统稳定性和稳态误差的分析和计算。典型响应以阶跃响应为主。 第四章根轨迹(1)教学目的:掌握根轨迹概念、闭环零极点与开环零极点的关系,理解 绘制根轨迹的基本法则及其应用,了解系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系。(2)教学要求:掌握基本概念:根轨迹、零极点、主导极点、偶极子。掌 握基本方法:根轨迹草图的绘制。掌握基本规律:根轨迹方程及其应用;零极点 分布与阶跃响应的关系。(3)教学内容:a、根轨迹与根轨迹方程;b、绘制根轨迹的基本法则;c、 广义根轨迹;d、系统闭环零、极点分布与阶跃响应的关系;e、系统阶跃
9、响应的 根轨迹分析。(4)教学提示:着重阐述根轨迹基本法则及其应用。(5)教学重点与难点:重点:根轨迹的概念、原理、绘制法则难点:利用根轨迹对系统性能的分析(6)基本知识点:根轨迹的概念、原理、绘制法则,利用根轨迹对系统性 能的分析,偶极子和主导极点的概念、添加零极点对系统性能的影响。第五章频率域方法(1)教学目的:掌握系统频率特性概念、一些典型环节的频率特性以及系 统开环频率特性曲线的绘制方法,并掌握频率稳定性判据。理解稳定欲度以及系 统闭环、开环频率特性与阶跃响应的关系。(2)教学基本要求:掌握基本概念:频率特性、峰值、频带、截止频率、 稳定裕度、三频段。掌握基本方法、环节及开环系统对数频
10、率特性曲线的绘制、 稳定性的判别及裕度的计算。掌握基本原理:稳定判据、频率特性和时域响应的 关系。要明确单反馈的最小相位与非最小相位在计算中的差别。3、教学内容:a、频率特性;b、典型环节的频率特性;c、系统开环频率特 性;d、频率稳定性判据;e、系统闭环频率特性与阶跃响应的关系;3系统开 环频率特性与阶跃响应的关系。(4)教法提示:着重讲解傅立叶变换与频率特性的联系以及频率特性的求 法。(5)教学重点与难点重点:频率特性的概念;典型环节频率特性;开环频率特性Nyquist图和 Bode图的绘制难点:奈氏判据(6)基本知识点:频率特性的概念,典型环节频率特性,最小相位系统, 非最小相位系统,开
11、环频率特性Nyquist图和Bode图的绘制,奈氏判据,稳定 裕量,频域性能指标,频率特性与系统性能的关系。第六章控制系统的校正(1)教学目标:理解系统校正和设计概念,掌握系统校正的基本方式和方 法。(2)教学基本要求:掌握基本概念:串联(超前、滞后、PID)、反馈及复合 校正的特性及其作用。掌握基本方法:串联校正计算的对数频率法(二阶最佳模 型法)校正器参数的计算。(3)教学内容:a、系统校正设计基础;b、串联校正;c、串联校正的理论 设计方法;d、反馈校正;e、复合校正;4、教法提示:重点阐明串联校正及其 各种方法。(5)教学重点与难点重点:校正的基本概念;基本校正方式难点:各种校正方式对
12、系统性能的影响。(6)基本知识点:校正的基本概念,常用校正装置及作用,基本校正方式, 以串联校正为主的频率响应综合法和根轨迹综合法,反馈校正的作用,复合校正 的概念。第七章系统采样理(1)教学目的:理解采样过程、采样定理以及脉冲传递函数的意义、掌握 Z变换及其反变换方法,并能对采样系统进行性能分析和数字校正。(2)教学基本要求:学习数字系统的数学模型、分析与设计方法,重点掌 握差分方程和脉冲传递函数数学模型,主要掌握数字控制系统的分析,学会模拟 控制器的数值化方法。(3)教学内容:a、采样过程和采样定理;b、信号的恢复和零阶保持器;c、 Z变换及其反变换;d、脉冲传递函数;e、采样系统的性能分
13、析;f、采样系统 的数字校正。(4)教法提示:重点讲明采样过程分析和Z变换及其反变换方法。(5)教学重点和难点教学重点:采样过程与采样定理,信号保持,Z变换及Z反变换。教学难点:开环及闭环脉冲传递函数,采样系统的性能分析。(6)基本知识点:采样过程及采样定理。Z变换。脉冲传递函数。采样系 统时域分析。采样系统根轨迹法。采样系统的稳态误差。第八章非线性系统分析(1)教学目标:掌握相平面法和描述函数法,掌握相平面结构和奇点类型, 了解非线性系统的稳定性分析方法。(2)教学基本要求:掌握基本概念:串联(超前、滞后、PID)、反馈及复合 校正的特性及其作用。掌握基本方法:串联校正计算的对数频率法(二阶
14、最佳模 型法)校正器参数的计算。(3)教学内容:a、非线性问题概述;b、常见非线性因素对系统运动特性 的影响;c、相平面法基础;d、非线性系统的相轨迹分析;e、描述函数;3用 描述函数法分析非线性系统。(4)教法提示:着重阐明相平面法和描述函数法及其应用。(5)教学重点与难点:常见非线性因素对系统运动特性的影响、非线性系 统的相轨迹分析、用描述函数法分析非线性系统。(6)基本知识点:本章主要介绍工程上常用的相平面法和描述函数法,并 通过这两种方法揭示非线性系统的一些出别于线性系统的现象。6. 3学时安排理论教学学时66早内容学时自动控制的一般概念4自动控制系统的数学摸型6.时域分析法12四根轨
15、迹法8五频率特性法12八控制系统的校正与综合6七采样控制系统分析10八非线性系统分析4中期测试与期末总结2+2另外:实验教学学时6;开学初期的“matlab应用实训” 1周,以配合控 制理论教学;同时在课堂教学中演示控制理论的科学计算,强化matlab的应用; 在第5期的“系统建模与仿真课程设计” 2周中进一步强化控制理论的学习, 以深入理解控制理论间的有机体系,学生控制理论的研究方法,对不明白的理论 部分可自行设计实验加以验证,培养计算机应用能力和控制系统设计创新能力。 7.课程实施第一章自动控制的一般概念(1)教学目的及要求:1、明确该课程的性质和任务及在专业中的地位2、明确控制系统的任务
16、、组成及自动控制的基本概念(被控对象,被控量, 给定量,干扰量等)。3、明确什么叫自动控制,正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系 统等概念。4、正确理解三种控制方式,特别是闭环控制。教学内容提要:1.1 自动控制系统的基本原理自动控制的发展简史几个重要概念自动控制 在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象的被控量自 动地按预先给定的规律去运行。自动控制系统 指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的 名词,主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统, 对被控对象的状态实行自动控制,有时又泛称为控制器或调节器。被控对象给定元件自动控制系统控制装置(控制器
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