自動控制原理(經(jīng)典部分)課程教案

1、山東科技大學(xué)自動控制原理（經(jīng)典部分）課程教案授 課 時 間：20072008學(xué)年第1學(xué)期適用專業(yè)、班級：自動化20051、2、3班編 寫 人：高宏巖編寫時間：2007年7月授課學(xué)時：4學(xué)時章節(jié)名稱第一章 緒 論第一節(jié) 自動控制的基本原理與方式第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)示例第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類第四節(jié) 對自動控制系統(tǒng)的基本要求備注教學(xué)目的和要求1、 了解自動控制的發(fā)展概況。2、 掌握反饋控制系統(tǒng)的組成及原理。3、 會根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)繪制系統(tǒng)方框圖。4、 掌握控制系統(tǒng)性能的基本要求。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別；反饋控制系統(tǒng)的組成及原理；控制系統(tǒng)性能的基本要求；根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)繪制系統(tǒng)

2、方框圖。難點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)繪制系統(tǒng)方框圖。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講多問的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min）從“自動化技術(shù)發(fā)展歷史和應(yīng)用”引入新課。二、 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）自動控制的發(fā)展和應(yīng)用 （約5min）1、 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空、航天、核反應(yīng)等領(lǐng)域。2、 發(fā)展（1） 經(jīng)典控制理論（2） 現(xiàn)代控制理論（二）自動控制的基本概念 （約42min）1、 人工控制和自動控制：以水箱控制系統(tǒng)為例講解2、 基本概念：（舉例）（1

3、） 自動控制：在無人直接參加的情況下，利用控制裝置使被控對象和過程自動地按預(yù)定規(guī)律變化的控制過程。（2） 被控對象：要求實(shí)現(xiàn)自動控制的機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過程。（3） 被控量：表現(xiàn)于控制對象或系統(tǒng)輸出端，要求實(shí)現(xiàn)自動控制的物理量。（4） 給定值：作用于控制對象或系統(tǒng)輸入端，并可使系統(tǒng)具有預(yù)定功能或預(yù)定輸出的物理量。（5） 擾動：所有影響控制量對被控量按要求進(jìn)行正?？刂频囊蛩?（6） 自動控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對象所組成3、 組成和方框圖以水箱控制系統(tǒng)為例，繪制系統(tǒng)方框圖。4、 反饋控制系統(tǒng)基本原理：用偏差糾正偏差。（三）基本控制方式 （約30min） 1、 開環(huán)控制：只有前向通道而無反饋通道

4、，輸出信號不影響控制作用。特點(diǎn)是輸出不影響輸入、控制精度不高。以電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為例講解按擾動控制和按給定控制兩種開環(huán)控制方式。2、 閉環(huán)控制：既有前向通道又有反饋通道，輸出信號影響控制作用。特點(diǎn)是輸出影響輸入、控制精度高，因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)和振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。以電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為例講解閉環(huán)控制方式。 3、 復(fù)合控制：開環(huán)控制和閉環(huán)控制的結(jié)合。（舉例） （四）自動控制系統(tǒng)示例 （約50min） 1、 函數(shù)記錄儀（例題）2、 電阻爐溫度控制系統(tǒng)（練習(xí)）3、 鍋爐液位控制系統(tǒng)（例題）（五）自動控制系統(tǒng)的分類 （約35min）1、按給定量變化規(guī)律分類：（1） 定值控制系統(tǒng)：輸出量以一定的精度等于

5、給定值，而給定值一般不變化。（舉例）（2） 程序控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)的被控制量是根據(jù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)。（舉例）（3） 隨動控制系統(tǒng)：輸出量能以一定精度跟隨給定值變化的系統(tǒng)。（舉例）2、按主要元件特性分類：（1） 線性控制系統(tǒng)； （2） 非線性控制系統(tǒng)。3、 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化（1） 定常系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的參數(shù)在工作過程中不隨時間而變化。（2） 時變系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的參數(shù)在工作過程中隨時間而變化。4、 按信號是否連續(xù)（1） 連續(xù)系統(tǒng)：如果系統(tǒng)中傳遞的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)，則稱為連續(xù)系統(tǒng)。（2） 離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個傳遞的信號是時間上斷續(xù)的信號，則稱為離散系統(tǒng)。舉例分析系統(tǒng)

6、的分類。（六）對自動控制系統(tǒng)的基本要求 （約30min）1、 基本要求：（1） 穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。（2） 準(zhǔn)確性：說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)。（3） 快速性：系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，衡量系統(tǒng)過渡過程的形式和快慢。2、 典型外作用：階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)、斜坡函數(shù)、正弦函數(shù)。三、 小結(jié)： （約3min）1、 基本控制方式和組成原理2、 自動控制系統(tǒng)的分類3、 對自動控制系統(tǒng)的基本要求4、 示例四、 作業(yè)： （約2min）p16習(xí)題1-1，1-557授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第二章 第一節(jié) 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型備注教學(xué)目的和要求1、掌握控制系統(tǒng)微分分程的建

7、立和求解方法。2、了解非線性微分分程線性化思想。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：控制系統(tǒng)微分分程的建立；線性定常微分方程求解。難點(diǎn)：非線性微分分程線性化。教學(xué)方法教學(xué)手段1、教學(xué)方法：課堂講授法為主；用分析舉例的方法突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)。2、教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min）從“建模重要性”引入新課。二、 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）建立微分方程的一般步驟 （約5min）1、 確定輸入和輸出量2、 依據(jù)定律列寫原始方程3、 消去中間變量，寫出微分方程4、 將微分方程標(biāo)準(zhǔn)化。（二）線性元件的微分方程 （約30min）例題講解：（1） r

8、lc網(wǎng)絡(luò)（2） 電樞控制直流電動機(jī)（3） 彈簧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)。（三）控制系統(tǒng)微分方程建立 （約15min） 1、由系統(tǒng)原理圖畫出系統(tǒng)方框圖或直接確定系統(tǒng)中各個基本部件；2、列寫各方框圖的輸入輸出之間的微分方程，要注意前后連接的兩個元件中，后級元件對前級元件的負(fù)載效應(yīng)；3、消去中間變量以速度控制系統(tǒng)為例講解。（四）線性系統(tǒng)特性 （約10min）疊加原理：（1）可疊加性 （2）齊次性（五）線性定常微分方程的求解 （約15min）1、直接求解法（舉例）2、拉氏變換法（舉例）（六）非線性微分方程的線性化 （約15min）介紹小偏差法，講解例題。三、 小結(jié)： （約5min）1、 微分方程的建立2、 線性

9、定常微分方程的求解作業(yè)： p70習(xí)題2-4(a) （約2min）授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第二章 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型備注教學(xué)目的和要求1、掌握傳遞函數(shù)的定義和求取。2、了解傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)對輸出的影響。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：傳遞函數(shù)的定義和求取。難點(diǎn)：傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)對輸出的影響。教學(xué)方法教學(xué)手段1、教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講多練的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min）從“分析求解微分方程給系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)帶來不方便”引入新課。二、 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一

10、）傳遞函數(shù)的定義 （約15min）定義：零初始條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。（從用拉氏變換求解rc網(wǎng)絡(luò)的輸出引出傳遞函數(shù)的定義） 例題講解。（二）傳遞函數(shù)的性質(zhì) （約15min）1、傳遞函數(shù)是以復(fù)變量s為自變量的有理真分式。2、傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與外作用的形式無關(guān)。3、傳遞函數(shù)與微分方程有相通性。4、傳遞函數(shù)是系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)的拉氏變換。（三）傳遞函數(shù)的局限性1、只適用于線性定常系統(tǒng)。2、只描述系統(tǒng)的外部特性。3、不能反映非零初始條件下的全部響應(yīng)。（四） 傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn) （約10min）1、零、極點(diǎn)表達(dá)式_零點(diǎn)，_極點(diǎn)。2、時間常數(shù)表達(dá)式（五）傳遞函

11、數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)對輸出的影響 （約20min） 傳遞函數(shù)的極點(diǎn)就是微分方程的特征根，極點(diǎn)形成系統(tǒng)的模態(tài)，零點(diǎn)不形成系統(tǒng)的模態(tài)，但影響各模態(tài)所占的比重。舉例分析。例題講解。（六）典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) （約26min）1、 比例環(huán)節(jié)：例如電位器，測速發(fā)電機(jī)（以轉(zhuǎn)速為輸入），減速器等。2、 微分環(huán)節(jié)：例如測速發(fā)電機(jī)（以角位移為輸入）。3、 積分環(huán)節(jié)：例如具有積分功能的運(yùn)算放大器。4、 慣性環(huán)節(jié)：例如rc網(wǎng)絡(luò)，單容水槽，電樞控制直流電動機(jī)等。5、 振蕩環(huán)節(jié)：例如rlc無源網(wǎng)絡(luò)，雙容水槽。6、 延遲環(huán)節(jié)：三、小結(jié)： （約3min）1、傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)和求取2、典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)四、作業(yè)： （約1mi

12、n）p70習(xí)題2-9，2-10授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第二章 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖（1）備注教學(xué)目的和要求1、會繪制結(jié)構(gòu)圖。2、會由結(jié)構(gòu)圖等效變換求傳遞函數(shù)。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：結(jié)構(gòu)圖的繪制；由結(jié)構(gòu)圖等效變換求傳遞函數(shù)。 難點(diǎn)：復(fù)雜結(jié)構(gòu)圖的等效變換。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講多練的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min）從“用數(shù)學(xué)圖形描述系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)”引入新課。二、 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一） 結(jié)構(gòu)圖的組成 （約7min）1、 信號線：表示

13、信號的傳遞方向。2、 方框：表示輸入和輸出的運(yùn)算關(guān)系，即c(s)=r(s)*g(s)。3、 比較點(diǎn)：表示兩個以上信號進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算。4、 引出點(diǎn)：一個信號引出兩個或以上分支。（二） 結(jié)構(gòu)圖的繪制 （約40min）繪制：列寫微分方程組，并列寫拉氏變換后的子方程；繪制各子方程的結(jié)構(gòu)圖，然后根據(jù)變量關(guān)系將各子結(jié)構(gòu)圖依次連接起來，得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。例題講解。（二） 結(jié)構(gòu)圖的簡化 （約46min）任何復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，各方框之間的基本連接方式只有串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接三種。方框結(jié)構(gòu)圖的簡化是通過移動引出點(diǎn)、比較點(diǎn)、交換比較點(diǎn)，進(jìn)行方框運(yùn)算后，將串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接的方框合并，求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)。1、 串聯(lián)的簡

14、化：2、 并聯(lián)的簡化：3、 反饋連接方框的簡化： 4、 比較點(diǎn)的移動：移動前后保持信號的等效性。比較點(diǎn)前移比較點(diǎn)后移5、 引出點(diǎn)的移動：移動前后保持信號的等效性。引出點(diǎn)前移引出點(diǎn)后移例題講解。三、小結(jié)： （約3min）1、結(jié)構(gòu)圖的繪制2、結(jié)構(gòu)圖的簡化四、作業(yè)： （約1min）p74習(xí)題2-17(c)(d)授課學(xué)時：4學(xué)時章節(jié)名稱第二章 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖（2）備注教學(xué)目的和要求1、掌握信號流圖的概念和繪制方法；2、會用梅森公式求傳遞函數(shù)。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：信號流圖的繪制；用梅森公式求傳遞函數(shù)。難點(diǎn)：梅森公式的應(yīng)用。教學(xué)方法教學(xué)手段1、教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講多練的方法突

15、出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min）從“用結(jié)構(gòu)圖簡化復(fù)雜系統(tǒng)的不方便”引入新課。二、 教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一） 信號流圖的組成及性質(zhì) （約30min）1、 組成：由節(jié)點(diǎn)和支路組成。節(jié)點(diǎn)代表變量，支路表示兩個變量之間的傳輸關(guān)系，相當(dāng)于乘法器。 2、 性質(zhì)：（1） 節(jié)點(diǎn)代表變量；（2） 支路相當(dāng)于乘法器； （3） 信號在支路上只能沿箭頭方向單向傳遞； （4） 對于給定系統(tǒng)，信號流圖不唯一。3、 術(shù)語（1） 源節(jié)點(diǎn)：只有輸出支路，無輸入支路的節(jié)點(diǎn)。（2） 阱節(jié)點(diǎn)：只有輸入支路，無輸出支

16、路的節(jié)點(diǎn)。（3） 混合節(jié)點(diǎn)：既有輸入支路，又有輸出支路的節(jié)點(diǎn)。（4） 前向通路：信號從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)傳遞時，每個節(jié)點(diǎn)只通過一次的通路。（5） 回路：起點(diǎn)和終點(diǎn)在同一個節(jié)點(diǎn)，而且信號通過每一節(jié)點(diǎn)不多于一次的閉合通路。（6） 不接觸回路：回路之間沒有公共節(jié)點(diǎn)。舉例講解。（二） 信號流圖的繪制 （約40min）1、由微分方程繪制：（1） 列出微分方程；（2） 取拉氏變換并考慮初始條件（3） 將方程式整理成因果關(guān)系式（4） 將變量用節(jié)點(diǎn)表示，根據(jù)方程所確定關(guān)系，依次畫出各節(jié)點(diǎn)的支路。例題講解。2、由結(jié)構(gòu)圖繪制用支路代替結(jié)構(gòu)圖的方框，傳遞函數(shù)就是支路增益；用節(jié)點(diǎn)代替結(jié)構(gòu)圖中的信號線，相加點(diǎn)用一個混合

17、節(jié)點(diǎn)代替。例題講解。（三）梅森增益公式及其應(yīng)用 （約77min）1、梅森增益公式輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)公式表示為：_從源節(jié)點(diǎn)到阱節(jié)點(diǎn)的第k條前向通路總增益；，稱為特征式；為中除去與第k條前向通路相接觸的部分。2、由梅森公式求傳遞函數(shù)例題講解（四）閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) （約20min）1、輸入信號下的閉環(huán)傳遞函數(shù)2、擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)3、閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)三、本章總結(jié)、練習(xí) （約26min）四、小結(jié)： （約3min）1、由梅森公式求傳遞函數(shù)2、閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)五、作業(yè)： （約1min）p74習(xí)題2-19(d)，2-21(a)授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第三章 線性系統(tǒng)時域分析法第三章

18、 第一節(jié) 系統(tǒng)時間響應(yīng)的性能指標(biāo)第三章 第二節(jié) 一階系統(tǒng)的時域分析備注教學(xué)目的和要求1、 掌握系統(tǒng)時間響應(yīng)的性能指標(biāo)；2、 掌握一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和典型響應(yīng)；3、 熟練計(jì)算一階系統(tǒng)性能指標(biāo)。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和典型響應(yīng)；一階系統(tǒng)性能指標(biāo)的計(jì)算。難點(diǎn)：一階系統(tǒng)的典型響應(yīng)。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“時域分析法的特點(diǎn)”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）典型輸入信號 （約15min）名稱時域

19、表達(dá)式復(fù)域表達(dá)式單位階躍函數(shù)單位斜坡函數(shù)單位加速度函數(shù)單位脈沖函數(shù)1正弦函數(shù)（二）動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程 （約5min）5、 動態(tài)過程：系統(tǒng)在典型信號作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過程。6、 穩(wěn)態(tài)過程：系統(tǒng)在典型信號作用下，當(dāng)時間t趨于無窮時，系統(tǒng)輸出量的表現(xiàn)方式。（三）動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能 （約20min）1、動態(tài)性能： （1） 延遲時間td （2） 上升時間tr（3） 峰值時間tp（4） 調(diào)節(jié)時間ts（5） 超調(diào)量：2、穩(wěn)態(tài)性能：穩(wěn)態(tài)誤差（四）一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型： （約5min）（五）一階系統(tǒng)的典型響應(yīng) （約45min）1、單位階躍響應(yīng) 性能指標(biāo)：2、單位脈沖響應(yīng)3、 單位斜坡響應(yīng)

20、4、 單位加速度響應(yīng)三、小結(jié)： （約5min）1、系統(tǒng)時間響應(yīng)的性能指標(biāo)；2、一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和典型響應(yīng)；3、 一階系統(tǒng)性能指標(biāo)的計(jì)算四、作業(yè)： （約2min）p133習(xí)題3-1授課學(xué)時：4學(xué)時章節(jié)名稱第三章 第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時域分析第三章 第四節(jié) 高階系統(tǒng)的時域分析備注教學(xué)目的和要求1、 掌握二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和典型響應(yīng)；2、 熟練計(jì)算欠阻尼二階系統(tǒng)性能指標(biāo)。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：欠阻尼二階系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算難點(diǎn)：欠阻尼二階系統(tǒng)分析。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（

21、含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“分析二階系統(tǒng)的意義”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型： （約10min）閉環(huán)一般形式：閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)形式：自然振蕩頻率阻尼比或阻尼系數(shù)閉環(huán)極點(diǎn)：（二）二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) （約50min） 1、 負(fù)阻尼系統(tǒng)，s1,2在s右半平面，系統(tǒng)響應(yīng)發(fā)散。2、 無阻尼系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)是等幅振蕩7、 欠阻尼系統(tǒng)，令有阻尼振蕩頻率阻尼角，系統(tǒng)響應(yīng)是衰減振蕩8、 臨界阻尼系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)是無超調(diào)單調(diào)上升過程。5、過阻尼系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)是無超調(diào)單調(diào)上升過程。（三）欠阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)過程分析 （約50min）1、 延遲時間：2、 上升時間：3、

22、峰值時間：4、 超調(diào)量：5、 調(diào)節(jié)時間：例題講解（四）過阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)過程分析 （約20min）例題講解（五）二階系統(tǒng)性能的改善 （約30min）1、比例微分控制：超前作用，詳細(xì)分析2、測速反饋控制：增加阻尼，詳細(xì)分析。舉例分析比例微分控制和測速反饋控制控制性能。（六）高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) （約30min）1、閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)距離虛軸最近且其附近無零點(diǎn)的極點(diǎn)，利用主導(dǎo)極點(diǎn)概念可以把高階系統(tǒng)近似為一階或二階系統(tǒng)。例題講解2、高階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的近似分析例題講解三、小結(jié)： （約5min）1、二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3、 欠阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)過程分析4、 二階系統(tǒng)性能的改善5、

23、高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)四、作業(yè)： （約2min）p134習(xí)題3-5，3-7授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第三章 第五節(jié) 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析備注教學(xué)目的和要求1、 掌握線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；2、 掌握勞思穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；勞思穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用。難點(diǎn)：勞思穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“研究控制系統(tǒng)穩(wěn)定性重要性”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一

24、）穩(wěn)定性的基本概念 （約10min）系統(tǒng)受擾動后偏離了平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動消除后能自動恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，稱系統(tǒng)穩(wěn)定；否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。對線性定常系統(tǒng)，若其脈沖響應(yīng)收斂，則系統(tǒng)穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定（二）線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 （約5min）閉環(huán)系統(tǒng)特征根均具有負(fù)實(shí)部。（三）穩(wěn)定判據(jù) （約25min）1、赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)特征方程：必要條件：系統(tǒng)特征方程的各項(xiàng)系數(shù)為正數(shù)充分必要條件：由特征方程各項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的主行列式及其順序主子式全部為正。例題講解。2、勞思穩(wěn)定判據(jù)勞思表中第一列各值為正，系統(tǒng)穩(wěn)定。若不穩(wěn)定，第一列符號改變次數(shù)是特征方程正實(shí)部根的數(shù)目。例題講解。（四）勞思穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況 （約

25、25min）1、某行第一列元素為0，該行元素不全為0時，用因子（s+a）乘以原特征方程，其中a為任意正數(shù)，再對新特征方程應(yīng)用勞思穩(wěn)定判據(jù)。2、某行元素全為0時：用上行構(gòu)成的輔助方程，求導(dǎo)后的新方程系數(shù)代入。舉例分析。（五）勞思穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用 （約15min）1、判別系統(tǒng)的特征根是否在s=-a垂線以左2、確定參數(shù)對穩(wěn)定性的影響例題講解三、小結(jié)： （約5min）1、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；2、勞思穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用；四、作業(yè)： （約2min）p135習(xí)題3-11，3-12（3），3-13授課學(xué)時：4學(xué)時章節(jié)名稱第三章 第五節(jié) 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析備注教學(xué)目的和要求1、 掌握穩(wěn)態(tài)誤差的定義；2、

26、 會用終值定理計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差；3、 會用靜態(tài)誤差系數(shù)法計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差；重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)誤差的定義；計(jì)算穩(wěn)態(tài)誤差。難點(diǎn)：靜態(tài)誤差系數(shù)法。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“穩(wěn)態(tài)誤差是穩(wěn)定性能的技術(shù)指標(biāo)”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）誤差與穩(wěn)態(tài)誤差 （約15min）1、誤差的兩種定義：（1）從輸入端定義：（2）從輸出端定義2、兩種定義的誤差間關(guān)系 ，對單位反饋系統(tǒng)，此時有：穩(wěn)態(tài)誤差：3、計(jì)算的一般方法（終值定

27、理法）：（二）輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 （約30min） 開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為：系統(tǒng)類型（型別）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中所含純積分環(huán)節(jié)個數(shù)。與輸入與系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)1、時： 靜態(tài)位置誤差系數(shù)，2、時：靜態(tài)速度誤差系數(shù)3、時 靜態(tài)加速度誤差系數(shù)表1 輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差例題講解（三）擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 （約25min）控制系統(tǒng)在擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，反映了系統(tǒng)的抗干擾能力。由于在擾動信號作用下系統(tǒng)的理想輸出為零，故擾動n(t)作用下的輸出端誤差為例題講解（四）減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法 （約20min）1、增大系統(tǒng)開環(huán)增益或擾動作用點(diǎn)之前系統(tǒng)的前向通道增益。（舉例）2、在系統(tǒng)的前向通道或主反饋通道設(shè)置

28、積分環(huán)節(jié)。（舉例3、采用串級控制抑制內(nèi)回路擾動。4、采用復(fù)合控制方法（在第六章詳細(xì)講解）三、小結(jié)： （約5min）1、誤差與穩(wěn)態(tài)誤差；2、輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算；3、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差；4、減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法四、作業(yè)： （約2min）p136習(xí)題3-15（3）， 3-16（2）授課學(xué)時：2學(xué)時章節(jié)名稱第四章 第一節(jié) 根軌跡法的基本概念第四章 第二節(jié) 根軌跡繪制的基本法則備注教學(xué)目的和要求1、掌握根軌跡法的基本概念。2、根據(jù)根軌跡繪制的基本法則繪制根軌跡重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：根軌跡方程；根軌跡的繪制。難點(diǎn)：繪制復(fù)雜系統(tǒng)的根軌跡。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講加練習(xí)

29、的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“根軌跡法的理論和實(shí)際意義”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（一）根軌跡概念 （約50min）1、根軌跡概念：當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從0到變化時，閉環(huán)極點(diǎn)在s平面上變化的軌跡。例題：系統(tǒng)如圖所示。系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：根軌跡增益。閉環(huán)傳遞函數(shù)為：閉環(huán)特征方程為：閉環(huán)特征根為： 當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)從零變化到無窮時，閉環(huán)極點(diǎn)的變化情況如表所示。s1s200-20.5-0.3-1.71-1-12-1+j-1-j5-1+j2-1-j2-1+j-1-j2、根

30、軌跡與系統(tǒng)性能（1）穩(wěn)定性：對于任何，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。（2）穩(wěn)態(tài)性能：（3）動態(tài)性能：， 閉環(huán)極點(diǎn)位于實(shí)軸上，系統(tǒng)為過阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)為非周期過程，閉環(huán)兩個實(shí)數(shù)極點(diǎn)重合，系統(tǒng)為臨界阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)為非周期過程，閉環(huán)極點(diǎn)為復(fù)數(shù)極點(diǎn)，系統(tǒng)為欠阻尼系統(tǒng)，響應(yīng)為衰減振蕩過程，超調(diào)量隨增加而增大。3、閉環(huán)零極點(diǎn)與開環(huán)零極點(diǎn)之間的關(guān)系：（1）閉環(huán)零點(diǎn)=前向通道的零點(diǎn)+反饋通道的極點(diǎn)（2）閉環(huán)極點(diǎn)與開環(huán)零點(diǎn)，開環(huán)極點(diǎn)和根軌跡增益都有關(guān)系4、根軌跡方程：閉環(huán)特征方程：開環(huán)傳遞函數(shù)：根軌跡方程：注意：滿足相角條件的s，也一定有對應(yīng)的使之滿足模值條件，所以相角條件是判定s在不在根軌跡上的充要條件。當(dāng)s滿足相角條件時，

31、它一定在根軌跡上，所對應(yīng)的值，由模值條件確定。（二）繪制根軌跡的基本法則 （約140min）法則1： 根軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)：根軌跡起始于開環(huán)極點(diǎn)，終止于開環(huán)零點(diǎn)；如果開環(huán)零點(diǎn)個數(shù)m少于開環(huán)極點(diǎn)個數(shù)n，則有(n-m)條根軌跡終止于無窮遠(yuǎn)處。由 可知，起點(diǎn)對應(yīng)，終點(diǎn)法則2：根軌跡的分支數(shù)、對稱性和連續(xù)性根軌跡的分支數(shù)max(m,n)，連續(xù)且對稱于實(shí)軸。法則3：根軌跡的漸近線。當(dāng)時，有（）條漸近線。漸近線與實(shí)軸交點(diǎn)漸近線與實(shí)軸夾角法則4：實(shí)軸上根軌跡。實(shí)軸上某一區(qū)域右側(cè)開環(huán)實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)個數(shù)之和為奇數(shù)，則該區(qū)域必是根軌跡。例題講解法則5：根軌跡的分離點(diǎn)和分離角。設(shè)分離點(diǎn)坐標(biāo)為d例題講解法則6：根軌跡的起

32、始角和終止角。出射角 ：根軌跡離開開環(huán)復(fù)數(shù)極點(diǎn)的切線與正實(shí)軸的夾角入射角：根軌跡進(jìn)入開環(huán)復(fù)數(shù)零點(diǎn)的切線與正實(shí)軸的夾角例題講解法則7：根軌跡與虛軸的交點(diǎn)。利用勞思判據(jù)求解，令實(shí)部為0，求虛部。例題講解法則8：根之和。 三、小結(jié)： （約5min）1、根軌跡基本概念；2、繪制根軌跡的基本法則；四、作業(yè)： （約2min）p176習(xí)題4-4（1）（3），45（1），4-6（3）授課學(xué)時：4學(xué)時章節(jié)名稱第四章 第三節(jié) 廣義根軌跡第四章 第四節(jié) 系統(tǒng)性能的分析備注教學(xué)目的和要求1、 掌握參數(shù)根軌跡和零度根軌跡的繪制方法；2、 掌握主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子的概念。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：參數(shù)根軌跡和零度根軌跡的繪制。難點(diǎn)：

33、非最小相位系統(tǒng)根軌跡的繪制。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“常規(guī)根軌跡和廣義根軌跡的不同”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì) （一）參數(shù)根軌跡 （約50min）以非開環(huán)參數(shù)增益為可變參數(shù)繪制的根軌跡稱為參數(shù)根軌跡。將進(jìn)行等效變換為，則等效開環(huán)傳遞函數(shù)為，按照等效開環(huán)傳遞函數(shù)繪制根軌跡。例題講解。（二）零度根軌跡 （約50min）正反饋或者非最小相位系統(tǒng)中包含s最高次冪的系數(shù)為負(fù)的因子。正反饋滿足：，即根軌跡方程為

34、。將180根軌跡部分法則修改。法則3：漸近線與實(shí)軸夾角法則4：實(shí)軸上根軌跡。實(shí)軸上某一區(qū)域右側(cè)開環(huán)實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)個數(shù)之和為奇偶數(shù)，則該區(qū)域必是根軌跡。法則6：根軌跡的起始角和終止角。出射角 ：根軌跡離開開環(huán)復(fù)數(shù)極點(diǎn)的切線與正實(shí)軸的夾角入射角：根軌跡進(jìn)入開環(huán)復(fù)數(shù)零點(diǎn)的切線與正實(shí)軸的夾角例題講解。（三）非最小相位系統(tǒng) （約25min）在s右半平面有開環(huán)極點(diǎn)或零點(diǎn)的系統(tǒng)。例如： 和 （四）增加開環(huán)零、極點(diǎn)對根軌跡的影響 （約30min）用舉例分析方法說明增加開環(huán)零、極點(diǎn)對根軌跡的影響，結(jié)論：增加開環(huán)零點(diǎn)有利于改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增加開環(huán)極點(diǎn)不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般不單獨(dú)增加開環(huán)極點(diǎn)。（五）主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極

35、子 （約20min）主導(dǎo)極點(diǎn)：距離虛軸最近且其附近無零點(diǎn)的極點(diǎn)，利用主導(dǎo)極點(diǎn)概念可以把高階系統(tǒng)近似為一階或二階系統(tǒng)。偶極子：閉環(huán)零、極點(diǎn)相近很近，距離比它們各自的模值小一個數(shù)量級，這樣的閉環(huán)零、極點(diǎn)稱為偶極子。利用偶極子概念，可以增加零點(diǎn)，以抵消對動態(tài)過程影想不利的極點(diǎn)。舉例：利用主導(dǎo)極點(diǎn)概念估算高階系統(tǒng)的性能。三、小結(jié)： （約5min）1、 參數(shù)根軌跡的繪制；2、 零度根軌跡的繪制；3、 增加開環(huán)零、極點(diǎn)對根軌跡的影響四、作業(yè)： （約2min）p168習(xí)題4-14，4-16五、本章小結(jié) （約15min）授課學(xué)時：6學(xué)時章節(jié)名稱第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法第一節(jié) 引言第二節(jié) 頻率特性第三節(jié) 開

36、環(huán)系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)分解和開環(huán)頻率特性曲線的繪制備注教學(xué)目的和要求1、 掌握頻率特性基本概念；2、 會繪制開環(huán)幅相特性曲線；3、 會繪制開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線；4、 會由開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線確定傳遞函數(shù)。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：頻率特性基本概念；開環(huán)幅相特性曲線；開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線。難點(diǎn)：繪制開環(huán)幅相特性曲線。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、 引入 （約3min） 從“頻率特性分析法的特點(diǎn)”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì) （一）引言 （約7m

37、in）頻率特性的特點(diǎn)：（1） 頻率特性可以運(yùn)用分析法和實(shí)驗(yàn)法獲得。（2） 頻率特性物理意義明確。（3） 控制系統(tǒng)的頻率設(shè)計(jì)可以兼顧動態(tài)特性和噪聲抑制。（4） 頻域分析法既適用于線性定常系統(tǒng)，還可以推廣應(yīng)用于某些非線性系統(tǒng)。頻率特性基本概念 （約30min） 1、 基本概念以rc網(wǎng)絡(luò)為例，引出頻率特性的定義：在正弦信號作用下，系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)值稱為頻率響應(yīng)。輸出穩(wěn)態(tài)分量的幅值與輸入的幅值之比，稱為幅頻特性；輸出穩(wěn)態(tài)分量的相位與輸入的相位之差稱為相頻特性；二者合稱為頻率特性。2、 幾何表示法（1）幅相頻率特性曲線：以為自變量，將幅頻和相頻同時表示在復(fù)平面上。以rc網(wǎng)絡(luò)為例繪制。（2）對數(shù)頻率特性曲線

38、：對數(shù)幅頻特性曲線橫坐標(biāo)是，按照分度， ，單位是db；對數(shù)相頻特性曲線縱坐標(biāo)是。（三）幅相頻率特性曲線的繪制 （約100min）1、 典型環(huán)節(jié)幅相頻率特性曲線名稱和傳遞函數(shù)幅頻特性相頻特性幅相頻率特性曲線比例環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)一階慣性一階微分二階振蕩二階微分非最小相位系統(tǒng)的幅相特性曲線與非最小相位系統(tǒng)的幅相特性曲線關(guān)于實(shí)軸對稱。2、 開環(huán)幅相特性曲線的繪制（1） 將開環(huán)傳遞函數(shù)按照典型環(huán)節(jié)分解（2） 確定幅相曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)起點(diǎn)：終點(diǎn)：（最小相位系統(tǒng)）（3） 曲線與實(shí)軸交點(diǎn)：令虛部為0，求實(shí)部。（4） 曲線與虛軸交點(diǎn)：令實(shí)部為0，求虛部。例題講解。（四）對數(shù)頻率特性曲線 （約100min）1

39、、典型環(huán)節(jié)對數(shù)頻率特性曲線名稱和傳遞函數(shù)對數(shù)幅頻特性對數(shù)相頻特性對數(shù)幅頻特性曲線比例環(huán)節(jié)(1)積分環(huán)節(jié)(2)微分環(huán)節(jié)(1)一階慣性(2)一階微分(1)二階振蕩(2)二階微分2、開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線的繪制（1）將開環(huán)傳遞函數(shù)寫成尾1型的典型環(huán)節(jié)。（2）繪制起始段：斜率為，通過點(diǎn)。（3）從第一個交接頻率開始，每經(jīng)過一個交接頻率，直線斜率變化一次。一階慣性變化，一階微分變化，二階振蕩變化，二階微分變化。（4）對數(shù)幅相曲線的繪制，將各典型環(huán)節(jié)的相角相加，求出該點(diǎn)的相角，用描點(diǎn)法繪制。例題講解。（五）延遲環(huán)節(jié) （約10min）（六）傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒?yàn)確定 （約30min）（1）由起始段確定，同時確定k。

40、（2）找到交接頻率，由斜率變化確定典型環(huán)節(jié)。例題講解。小結(jié)： （約8min） 1、 頻率特性基本概念2、 幅相頻率特性曲線的繪制3、 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線的繪制4、 傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒?yàn)確定作業(yè)： （約2min） p215習(xí)題5-5，5-6，5-11，5-12授課學(xué)時：3學(xué)時章節(jié)名稱第五章 第四節(jié) 頻率域穩(wěn)定判據(jù)備注教學(xué)目的和要求1、 掌握奈氏判據(jù)和對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)；2、 會應(yīng)用奈氏判據(jù)和對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。重 點(diǎn)難 點(diǎn)重點(diǎn)：奈氏判據(jù)和對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用。難點(diǎn)：奈氏判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。教學(xué)方法教學(xué)手段1、 教學(xué)方法：課堂講授法為主；用精講的方法突出重點(diǎn)，用分析舉例的方法突破難點(diǎn)。2、 教學(xué)手段：以傳統(tǒng)的口述、粉筆加黑板的手段為主。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)（含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、時間分配等）一、引入 （約3min）從“時域穩(wěn)定判據(jù)”引入新課。二、教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì) （一）奈氏判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) （約50min）1、幅角原理設(shè)一復(fù)變函數(shù)，當(dāng)s沿s平面上c曲線順時針運(yùn)動一周，在平面上映射出一條閉合曲線，若c曲