《自動控制原理》課程教學(xué)大綱

1、ADDIN CNKISM.UserStyle自動控制原理課程教學(xué)大綱一、課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。它是自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是一門理論性較強(qiáng)的工程科學(xué)。課程的主要任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握自動控制的基本原理以及時域、頻域等分析方法。同時通過實驗，將理論與實踐有機(jī)地結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的實際動手能力。它為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課如現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)控制系統(tǒng)等課程打下堅實的理論基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)本課程主要內(nèi)容為經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)內(nèi)容，其中包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻率分析法以及控制系統(tǒng)的校正設(shè)計。要求學(xué)生在理解有關(guān)自動控制系統(tǒng)的基

2、本概念以及控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，熟悉并靈活運用時域法、根軌跡法和頻率法對系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計，明確三種方法各自的特點及其內(nèi)在聯(lián)系。通過課程理論學(xué)習(xí)，使得學(xué)生對各章概念能夠融會貫通，并建立起經(jīng)典控制理論的基本框架，從而培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力和綜合分析能力。通過課程實驗，使得學(xué)生掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模擬的方法，實際系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)過渡過程及頻率特性的測量方法，常用實驗儀器設(shè)備的正確使用方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實際以及實際動手能力，為日后解決實際工程問題打下基礎(chǔ)。同時，作為控制基礎(chǔ)課程對于更高級人才的培養(yǎng)，如碩士生培養(yǎng)，博士生培養(yǎng)，專業(yè)高級管理人才的培養(yǎng)，奠定牢固、扎實的學(xué)科基礎(chǔ)。本課程的分目標(biāo)如下

3、：分目標(biāo)1：掌握控制理論的基礎(chǔ)知識，包括控制系統(tǒng)的分類，控制系統(tǒng)基本設(shè)計要求等。培養(yǎng)學(xué)生對于自動控制理論基本概念與原理的理解以及靈活運用的能力。分目標(biāo)2：熟悉控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，掌握數(shù)學(xué)建模方法，并通過計算機(jī)仿真來驗證模型的有效性，其中包括模擬仿真和數(shù)字仿真。培養(yǎng)學(xué)生對于復(fù)雜系統(tǒng)運行規(guī)律的抽象能力以及利用計算機(jī)模擬系統(tǒng)的能力。分目標(biāo)3：掌握控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、頻率法三種分析方法。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會從不同角度對系統(tǒng)進(jìn)行綜合和設(shè)計，具備解決自動控制系統(tǒng)實際問題的能力。分目標(biāo)4：掌握控制系統(tǒng)的綜合校正方法，包括超前校正、滯后校正以及滯后-超前校正。培養(yǎng)學(xué)生能夠根據(jù)不同的系統(tǒng)，選擇合適的校正方案，

4、從而能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用實際，具備解決復(fù)雜工程問題能力。表1：畢業(yè)要求、課程目標(biāo)與課程內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1：工程知識1-2 掌握自動控制、計算機(jī)、檢測技術(shù)與儀表的基礎(chǔ)知識，能用于自動化系統(tǒng)的反饋和控制問題教學(xué)目標(biāo)1要求掌握控制理論的基礎(chǔ)知識，具備靈活運用自動控制理論基本概念及原理的能力。畢業(yè)要求2：問題分析2-1 能運用數(shù)理和工程知識進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中的內(nèi)涵識別與理解分析教學(xué)目標(biāo)4要求掌握控制系統(tǒng)的綜合校正方法，培養(yǎng)學(xué)生將理論應(yīng)用實際系統(tǒng)，具備解決復(fù)雜工程問題的能力。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案3-2 能針對需求獨立進(jìn)行算法和程序設(shè)計，并能驗證算法和程

5、序的正確性教學(xué)目標(biāo)2要求掌握控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和計算機(jī)仿真方法，具備復(fù)雜系統(tǒng)運行規(guī)律的抽象能力以及利用計算機(jī)模擬系統(tǒng)的能力。畢業(yè)要求10：溝通10-1 能夠?qū)﹄姎夂妥詣踊こ虇栴}的關(guān)鍵技術(shù)和難點進(jìn)行口頭或書面表達(dá)，跟公眾和同行有效溝通并能夠合理決策教學(xué)目標(biāo)3要求掌握控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、頻率法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會從不同角度對系統(tǒng)進(jìn)行綜合和設(shè)計，具備解決實際問題的能力。三、課程內(nèi)容第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論教學(xué)目標(biāo)（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 了解自動控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)、特點及其工作原理；(2) 掌握反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計基本要求，即穩(wěn)定性、瞬態(tài)性以及穩(wěn)態(tài)性;(3) 通過示例，掌握由系統(tǒng)工作原

6、理圖畫出系統(tǒng)方塊圖的方法。教學(xué)內(nèi)容：(1) 自動控制的基本原理；(2) 自動控制系統(tǒng)示例；(3) 自動控制系統(tǒng)的分類；(4) 自動控制系統(tǒng)的基本要求；(5) 自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計工具。教學(xué)方法：講授法、研討法教學(xué)評價：(1) 討論：家用冰箱系統(tǒng)屬于何種系統(tǒng)？基于工作原理，畫出方塊圖。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化自動控制原理的基本概念和實際系統(tǒng)的簡單框圖的繪制方法。第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型教學(xué)目標(biāo)（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 掌握數(shù)學(xué)模型的建立方法；(2) 掌握傳遞函數(shù)的基本概念，會利用拉普拉斯變換求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。(3) 掌握結(jié)構(gòu)圖與信號流圖的等效與化簡。教學(xué)內(nèi)容：(1) 傅里葉變換與拉普拉斯

7、變換；(2) 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型；(3) 控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型；(4) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖。教學(xué)方法：講授法、多媒體演示法、自主學(xué)習(xí)教學(xué)評價：(1) 討論：時域數(shù)學(xué)模型到復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)本質(zhì)。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化數(shù)學(xué)模型的建立方法及傳遞函數(shù)求解方法。第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法教學(xué)目標(biāo)（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 了解用于時域分析的典型信號；(2) 掌握一階與二階系統(tǒng)的分析與時域性能指標(biāo)的計算方法；(3) 了解系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的影響，能夠定性分析高階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)過程。(4) 掌握判別控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件，會利用勞斯穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(5) 理解穩(wěn)態(tài)

8、誤差的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法。教學(xué)內(nèi)容：(1) 系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)；(2) 一階系統(tǒng)的時域分析；(3) 二階系統(tǒng)的時域分析；(4) 高階系統(tǒng)的時域分析；(5) 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；(6) 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算。教學(xué)方法：講授法、多媒體演示法、討論法教學(xué)評價：(1) 討論：比較比例-微分控制系統(tǒng)與測速反饋控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的差別。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時域指標(biāo)的計算方法；強(qiáng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性判別方法；強(qiáng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法。第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 了解根軌跡的基本概念及分類原則；(2) 理解根軌跡的繪制原則，

9、熟練掌握常規(guī)根軌跡的繪制方法；(3) 掌握廣義根軌跡轉(zhuǎn)化為常規(guī)根軌跡的方法；(4) 應(yīng)用主導(dǎo)極點、偶極子等概念分析系統(tǒng)的性能。教學(xué)內(nèi)容：(1) 根軌跡法的基本概念；(2) 常規(guī)根軌跡的繪制法則；(3) 廣義根軌跡；(4) 系統(tǒng)性能的分析。教學(xué)方法：講授法、自主學(xué)習(xí)、分組討論法教學(xué)評價：(1) 討論：利用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化根軌跡的繪制方法；強(qiáng)化利用根軌跡分析系統(tǒng)的性能。第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 了解頻率特性的概念，并明確其不同的表示方法；(2) 熟悉典型環(huán)節(jié)的特點，掌握伯德圖繪制方法；(3) 掌握奈氏圖的繪制方法，并

10、根據(jù)奈氏穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(4) 掌握系統(tǒng)穩(wěn)定裕量的概念及其計算方法。教學(xué)內(nèi)容：(1) 頻率特性；(2) 典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)頻率特性；(3) 頻域穩(wěn)定性判據(jù)；(4) 頻域穩(wěn)定裕度。教學(xué)方法：講授法、多媒體演示法、歸納法教學(xué)評價：(1) 討論：探討開環(huán)系統(tǒng)的比例環(huán)節(jié)變化與穩(wěn)定裕度之間的關(guān)系。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化伯德圖與奈氏圖的繪制方法；強(qiáng)化奈氏穩(wěn)定性判據(jù)；強(qiáng)化系統(tǒng)穩(wěn)定裕量的計算方法。第六章 線性系統(tǒng)的校正方法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）(1) 了解控制系統(tǒng)校正的基本概念；(2) 掌握典型串聯(lián)校正的基本原理及設(shè)計方法；(3) 理解三種串聯(lián)校正的特點及適用范圍，掌握基本的校正步驟；(

11、4) 掌握PID校正方法，以及PID校正的適用范圍。教學(xué)內(nèi)容：(1) 系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題；(2) 常用校正裝置及其特性；(3) 串聯(lián)校正；(4) PID校正。教學(xué)方法：講授法、歸納法、分組討論法教學(xué)評價：(1) 討論內(nèi)容：探討幾類系統(tǒng)的校正方法，并做具體比較。(2) 作業(yè)內(nèi)容：強(qiáng)化串聯(lián)校正的適用范圍及校正步驟；強(qiáng)化PID校正方法。實驗一：典型環(huán)節(jié)的電路模擬教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 掌握THKKL-6型控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)實驗箱和THKKL-6軟件的使用方法；(2) 掌握各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)特性及其電路模擬；(3) 掌握測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線的方法，并了解參數(shù)變化對其動態(tài)特性的

12、影響。教學(xué)內(nèi)容：(1) 設(shè)計并組建各典型環(huán)節(jié)的模擬電路；(2) 測量各典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)，并研究參數(shù)變化對其輸出響應(yīng)的影響。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法教學(xué)評價：(1) 討論：探討實驗中實際曲線與理論曲線有一定誤差的原因。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化各典型環(huán)節(jié)的實驗電路的搭建及其傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)；強(qiáng)化參數(shù)變化對動態(tài)特性的影響分析方法。實驗二：二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 通過實驗了解參數(shù) (阻尼比)、(阻尼自然頻率)的變化對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；(2) 掌握二階系統(tǒng)動態(tài)性能的測試方法。教學(xué)內(nèi)容：(1) 觀測二階系統(tǒng)的阻尼比分別在01三種情況下的單位階躍響應(yīng)曲線；(2) 調(diào)節(jié)二階系統(tǒng)的

13、開環(huán)增益K，使系統(tǒng)的阻尼比，測量此時系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間 (= 0.05) ；(3) 為一定時，觀測系統(tǒng)在不同時的響應(yīng)曲線。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法教學(xué)評價：(1) 討論：為什么本實驗中二階系統(tǒng)對階躍輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零？(2) 作業(yè)：強(qiáng)化二階系統(tǒng)的實驗電路圖的搭建及其傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)；強(qiáng)化參數(shù)變化對二階系統(tǒng)動態(tài)特性的影響分析方法。實驗三：高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性分析教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 通過實驗，進(jìn)一步理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外作用及初始條件均無關(guān)的特性；(2) 理解系統(tǒng)的開環(huán)增益K或其它參數(shù)的變化對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。教學(xué)內(nèi)容：觀測三階

14、系統(tǒng)的開環(huán)增益K為不同數(shù)值時的階躍響應(yīng)曲線。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法 教學(xué)評價：(1) 討論：對三階系統(tǒng)，為使系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，開環(huán)增益K應(yīng)適量取大還是取小？(2) 作業(yè)：強(qiáng)化分析開環(huán)增益對系統(tǒng)動態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響。實驗四：根軌跡分析的MATLAB方法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 掌握繪制控制系統(tǒng)的零、極點圖和根軌跡圖的方法；(2) 掌握利用根軌跡圖進(jìn)行系統(tǒng)性能分析；(3) 理解閉環(huán)零、極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。教學(xué)內(nèi)容：(1) 繪制開環(huán)系統(tǒng)的零極點圖；(2) 繪制控制系統(tǒng)的根軌跡圖并分析根軌跡的一般規(guī)律；(3) 根據(jù)控制系統(tǒng)的根軌跡，分析控制系統(tǒng)的性能；(4) 研究閉環(huán)系統(tǒng)的零、極

15、點對系統(tǒng)性能的影響。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法 教學(xué)評價：(1) 討論：探討系統(tǒng)的零、極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響程度。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化設(shè)計根軌跡增益K使得系統(tǒng)具有穩(wěn)定性能的方法。實驗五：頻率特性分析的MATLAB方法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 掌握SIMULINK仿真方法，并歸納出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的規(guī)律；(2) 掌握繪制Bode圖的方法；(3) 掌握Nyquist圖的繪制方法，并利用Nyquist判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。教學(xué)內(nèi)容：(1) 分別對于具有不同頻率的正弦信號通過穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行SIMULINK仿真，并觀測響應(yīng)曲線的特點；(2) 繪制系統(tǒng)的Bode圖；(3) 繪制控制系統(tǒng)的Nyqusit圖

16、，并根據(jù)Nyquist圖判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法 教學(xué)評價：(1) 討論：探討系統(tǒng)的零、極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響程度。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化設(shè)計根軌跡增益K使得系統(tǒng)具有穩(wěn)定性能的方法。實驗六：串聯(lián)超前校正設(shè)計的MATLAB方法教學(xué)目標(biāo)：（重點內(nèi)容：）(1) 掌握對給定系統(tǒng)設(shè)計滿足頻域性能指標(biāo)的串聯(lián)校正裝置的方法；(2) 掌握頻率法串聯(lián)有源和無源超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法。教學(xué)內(nèi)容：(1) 繪制未校正系統(tǒng)的Bode圖，確定系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度；(2) 設(shè)計串聯(lián)超前裝置，確定有源超前校正裝置提供的相位超前量；(3) 計算校正網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)折頻率，并確定校正器的傳遞函數(shù)；(4) 畫出校正后

17、的Bode圖，并驗證已校正系統(tǒng)的相位裕度。教學(xué)方法：直觀演示法、練習(xí)法 教學(xué)評價：(1) 討論：比較串聯(lián)有源和無源超前校正網(wǎng)絡(luò)的異同。(2) 作業(yè)：強(qiáng)化串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法。四、學(xué)時分配表2：各章節(jié)的具體內(nèi)容和學(xué)時分配章節(jié)內(nèi)容名稱學(xué)時分配第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論 SUM= 3第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型8第三章線性系統(tǒng)的時域分析法14第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法12第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法19第六章線性系統(tǒng)的校正方法16實驗一典型環(huán)節(jié)的電路模擬3實驗二二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)3實驗三高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性分析3實驗四根軌跡分析的MATLAB方法3實驗五頻率特性分析的MATLAB方法3實驗六串聯(lián)超前校正

18、設(shè)計的MATLAB方法3總計90五、教學(xué)進(jìn)度表3：教學(xué)進(jìn)度表授課順序周次日期章節(jié)名稱內(nèi)容提要講授課時數(shù)作業(yè)及要求備注一1-2第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型自動控制系統(tǒng)及拉普拉斯變換; 建立數(shù)學(xué)模型的一般方法；傳遞函數(shù)的概念；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖11作業(yè)：1、課后作業(yè) 2、部分補充習(xí)題要求：1、掌握自動控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。2、掌握建立系統(tǒng)的時域和復(fù)域數(shù)學(xué)模型的一般方法。二3-5第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)；一階系統(tǒng)的時域分析；二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)分析；高階系統(tǒng)的時域分析；線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；穩(wěn)態(tài)誤差分析及計算14作業(yè)：1、課后作業(yè) 2、部分補充習(xí)題要求：1、能夠掌握

19、系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)計算方法；2、掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法三6-7實驗一、實驗二、實驗三典型環(huán)節(jié)的電路模擬；二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)；高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性分析9作業(yè)：按照實驗書要求，利用THKKL-6準(zhǔn)確搭建實驗主體并觀測示波器的波形。 要求：熟練使用THKKL-6；會驗證書本上的結(jié)論。四8-9第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法根軌跡的基本概念；繪制根軌跡的基本條件和基本規(guī)則；參量根軌跡；系統(tǒng)的根軌跡分析12作業(yè)：1、課后作業(yè) 2、部分補充習(xí)題要求：1、掌握部分繪制根軌跡的基本規(guī)則； 2、掌握繪制常規(guī)與廣義根軌跡的基本規(guī)則五10-12第五章控制系統(tǒng)的頻率特性分析法頻率特性；典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)頻率特性；頻域

20、穩(wěn)定判據(jù)；頻域穩(wěn)態(tài)裕度；閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)19作業(yè)：1、課后作業(yè) 2、部分補充習(xí)題要求：1、掌握頻率特性的基本概念；2、會繪制Bode圖與Nyquist曲線; 3、掌握Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)六13-15第六章 線性系統(tǒng)的校正方法系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題；常用校正裝置及其特性；串聯(lián)滯后校正；超前-滯后校正16作業(yè)：1、課后作業(yè) 2、部分補充習(xí)題要求：1、掌握三種校正器的特性以及相互區(qū)別；2、會根據(jù)實際問題選擇合適的校正器 七16-17實驗四、實驗五、實驗六根軌跡分析的MATLAB方法；頻率特性分析的MATLAB方法；串聯(lián)超前校正設(shè)計的MATLAB方法9作業(yè)：按照實驗書要求，利用MATLAB構(gòu)建

21、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并給出合適的設(shè)計方法。要求：熟練使用MATLAB；會驗證書本上的結(jié)論。六、推薦教材及教學(xué)參考書1 胡壽松. 自動控制原理基礎(chǔ)教程（第三版）M. 科學(xué)出版社，2012.2 戴忠達(dá). 自動控制理論基礎(chǔ)M. 清華大學(xué)出版社，1991.3 吳麒等. 自動控制原理M. 清華大學(xué)出版社，2001.4 田玉平等. 自動控制原理M. 電子工業(yè)出版社，2002.5 程鵬. 自動控制原理M；高等教育出版社,2003.6 王建輝等. 自動控制原理M. 清華大學(xué)出版社，2007.七、教學(xué)方法針對本課程學(xué)時少，內(nèi)容多，發(fā)展快，理論性強(qiáng)的特點，采取精講多練和啟發(fā)教學(xué)。在教學(xué)方式上，課堂教學(xué)模式采用“引

22、導(dǎo)式”、“互動式”模式。在課堂教學(xué)中，運用講授法、多媒體演示法、提問互動法、討論探討法等多種教學(xué)方法相結(jié)合；在教學(xué)內(nèi)容安排上，注重理論聯(lián)系實際，通過列舉日常生活中的通俗易懂的實例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在進(jìn)行理論推導(dǎo)同時，對理論推導(dǎo)結(jié)果給出恰當(dāng)?shù)奈锢斫忉?，加深學(xué)生對相應(yīng)知識的認(rèn)識和理解。在實驗教學(xué)過程中，采用實驗練習(xí)法，強(qiáng)化所學(xué)知識的理解和運用，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。教學(xué)內(nèi)容體系、前后關(guān)聯(lián)和相關(guān)重點如圖1所示。結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：控制系統(tǒng)導(dǎo)論、線性系統(tǒng)的根軌跡。教學(xué)內(nèi)容的理論性比較強(qiáng)，其中實際控制系統(tǒng)的方塊圖畫法、廣義根軌跡為教

23、學(xué)難點。在教學(xué)中采用講授法、演示法、實驗練習(xí)法以及討論法相結(jié)合，將抽象問題具體化。在講授控制系統(tǒng)實際示例的過程中，以家用冰箱為例，給學(xué)生講授其工作原理，利于學(xué)生建立控制系統(tǒng)的直觀概念，加深學(xué)生對于控制框圖的理解和認(rèn)識。在講授廣義根軌跡的過程中，作為引例，在開環(huán)傳遞函數(shù)中的非增益部分引入變化參數(shù)，輔助以MATLAB仿真程序，給學(xué)生以直觀感覺，從而加深廣義根軌跡與常規(guī)根軌跡的根本區(qū)別。再以小組討論的方式，展開該部分內(nèi)容的教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生對于根軌跡定義的理解，培養(yǎng)學(xué)生對于知識的靈活應(yīng)用能力?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的時域分析方法。教學(xué)內(nèi)容主要包括控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模方法、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、時域性能指標(biāo)

24、、穩(wěn)態(tài)誤差分析等。在教學(xué)中采用講授法、演示法和實驗練習(xí)法相結(jié)合。在講授系統(tǒng)時域數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，引入系統(tǒng)的傳遞函數(shù)概念、結(jié)構(gòu)圖的概念，增強(qiáng)學(xué)生對于數(shù)學(xué)模型內(nèi)容體系的理解。再結(jié)合經(jīng)典RLC電路，引入一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的概念，從而導(dǎo)出系統(tǒng)的運動規(guī)律，深化學(xué)生對于時域分析方法的認(rèn)識與理解。在設(shè)計實驗內(nèi)容時，考慮到內(nèi)容設(shè)置的前后邏輯性，并啟發(fā)學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)問題并予以解決。例如在實驗一中，學(xué)生是第一次接觸實際系統(tǒng)。由實驗儀器觀測到的電路系統(tǒng)輸出與書本上的理論輸出存在一定差異。引導(dǎo)學(xué)生思考并展開討論，產(chǎn)生誤差的根本原因，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考與創(chuàng)新的能力。在實驗二中，提供實驗需要實現(xiàn)的目標(biāo)，程

25、序以及實驗裝置搭建需要學(xué)生自己完成，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力與實際動手能力。在前兩個實驗基礎(chǔ)上，在實驗三中，我們給學(xué)生設(shè)定更為高階的系統(tǒng)，讓學(xué)生自主實現(xiàn)線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性僅取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)這一結(jié)論。自主設(shè)計程序框架，協(xié)調(diào)各模塊的工作，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程的能力。線性系統(tǒng)的頻域分析方法、線性系統(tǒng)的校正方法。教學(xué)內(nèi)容主要涉及線性系統(tǒng)的頻率特性、伯德圖和奈氏圖、奈氏判據(jù)、穩(wěn)定裕度、串聯(lián)校正、反饋校正和前饋校正。這部分內(nèi)容在自動控制原理中占有的分量較大，且難點較多。如果只是參照教材單純講知識點，學(xué)生會抓不住重點，導(dǎo)致對重點知識無法領(lǐng)悟和消化。針對一特點，在教學(xué)中我們采用講授法、實驗練習(xí)法、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)

26、法以及自學(xué)指導(dǎo)法相結(jié)合。例如在線性系統(tǒng)的頻率特性的講授中，結(jié)合MATLAB的仿真程序，在正弦信號的作用下，讓學(xué)生觀察穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出信號特點，并給出輸出信號的具體表達(dá)式，從而深化學(xué)生對頻率特性的理解，培養(yǎng)學(xué)生概括與歸納能力。又如，在引入校正概念之前，通過不斷增大開環(huán)系統(tǒng)的比例環(huán)節(jié)，讓學(xué)生做一組對比仿真，基于MATLAB分別計算出系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，然后通過小組討論的形式，讓學(xué)生歸納出穩(wěn)定裕度與比例環(huán)節(jié)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，讓學(xué)生提出達(dá)到所需穩(wěn)定裕度的解決方案，進(jìn)而加強(qiáng)對校正概念的理解，為解決更為復(fù)雜控制問題打下一定的基礎(chǔ)。 圖1. 教學(xué)體系在實際教學(xué)過程中，需要根據(jù)學(xué)生實際情況，靈活應(yīng)用教學(xué)方法。在具體的教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，制定適合學(xué)生的教學(xué)方案。對于一些理論程度較深或者較為抽象的知識點，如廣義根軌跡、系統(tǒng)的頻率特性等，若教學(xué)效果不好，學(xué)生對知識點理解程度不高時，應(yīng)適當(dāng)增加演示法或討論法的比重，讓學(xué)生相對容易接受這塊教學(xué)內(nèi)容。對于一些與實際聯(lián)系相對緊密的知識