《自動控制原理》2020版教學大綱

--PAGE9---PAGE8-《自動控制原理》課程教學大綱執(zhí)筆人：xxx 審核人：xxx一、基本信息中文名稱：自動控制原理英文名稱：AutomaticControlTheory課程代碼：課程性質：專業(yè)必修課學 分：4 總學時：64（其中理論：58實踐：6適用專業(yè)：交先修課程：開課單位：開課學期：二、課程地位與作用本課程是本科生必修的重要學科基礎課，它是自動控制技術的基礎理論，具有很強的理論性。三、課程教學目標知識目標：了解自動控制理論的發(fā)展歷史，掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念。掌握自動控制系統(tǒng)的數(shù)學建模方法。掌握線性系統(tǒng)經典的時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法。掌握線性系統(tǒng)各種常用的校正方法和校正裝置的設計原則。掌握線性離散系統(tǒng)的分析與設計方法。能力目標：培養(yǎng)學生的辯證思維能力、抽象化能力、實操能力和自學能力。培養(yǎng)嚴謹細致、認真負責的工作態(tài)度。素質目標：培養(yǎng)學生學習的興趣和熱情、良好的思維習慣、自主學習的積極性。培養(yǎng)學生勇于表達自己的觀點。培養(yǎng)學生勤于思考的好習慣和嚴謹、務實、細致的學習態(tài)度。激勵學生汲取中華民族不懈努力的精髓，刻苦鉆研，腳踏實地，勇于擔當，開拓進取。鐵路站場課程思政教學內容教學內容課程思政元素教學方法素質目標第一章愛國主義介紹建設成就激發(fā)愛國主義情感自動控制的一般概念第二章創(chuàng)新精神典型工程案例激發(fā)創(chuàng)新意識控制系統(tǒng)的數(shù)學模型第三章工匠精神典型工程案例培養(yǎng)精益求精精神線性系統(tǒng)的時域分析法第四章敬業(yè)奉獻典型工程案例培養(yǎng)職業(yè)責任、奉獻精神線性系統(tǒng)的根軌跡法四、教學方式及學時分配序號主要內容主要教學方式學時數(shù)1第一章自動控制的一般概念理論授課42第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型理論授課83第三章線性系統(tǒng)的時域分析法理論授課84第三章線性系統(tǒng)的時域分析法實踐授課45第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法理論授課66第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法實踐授課27第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法理論授課88第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法實踐授課29第六章線性系統(tǒng)的校正方法理論授課610第六章線性系統(tǒng)的校正方法實踐授課211第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法理論授課81212第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法實踐授課213第八章非線性控制系統(tǒng)分析理論授課4五、主要教學內容第一章自動控制的一般概念（4學時）教學目標了解：基本的自動控制方式。理解：反饋控制系統(tǒng)的構成。掌握：如何將控制系統(tǒng)原理圖轉換為方框圖、如何對控制系統(tǒng)的設計提出要求。教學內容自動控制的基本原理與方式。反饋控制原理和反饋控制系統(tǒng)的構成。自動控制系統(tǒng)的分類。對自動控制系統(tǒng)的基本要求。教學重點自動控制系統(tǒng)示例；對自動控制系統(tǒng)的基本要求；典型輸入信號。教學難點反饋控制原理和反饋控制系統(tǒng)的構成；控制系統(tǒng)原理圖轉換為控制系統(tǒng)方框圖；對控制系統(tǒng)的基本要求。第二章識圖控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（8學時）教學目標了解：開環(huán)、閉環(huán)傳遞函數(shù)概念。理解：方框圖繪制方法、對方框圖等效變換的目的、等效變換規(guī)則。掌握：如何應用規(guī)則對系統(tǒng)的方框圖進行簡化、系統(tǒng)的信號流圖，它與方框圖的區(qū)別，如何利用梅森增益公式計算控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)、如何通過實驗方法獲取控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。教學內容控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型。控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型?？刂葡到y(tǒng)的方框圖及其等效變換規(guī)則?？刂葡到y(tǒng)的信號流圖及梅森增益公式。數(shù)學模型的實驗測定法。教學重點模型的實驗測定法。教學難點控制系統(tǒng)方框圖的繪制及其等效變換規(guī)則；利用信號流圖和梅森增益公式計算控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。第三章線性系統(tǒng)的時域分析法（12學時）教學目標了解：動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程定義與計算方法。理解：一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)、高階系統(tǒng)的時域分析方法、二階系統(tǒng)單位階躍響應的性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系以及改進二階系統(tǒng)性能的基本方法（比例-微分控制，測速反饋控制）。掌握：閉環(huán)主導極點的概念；系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件，勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據和勞斯穩(wěn)定方法、減小或消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。教學內容系統(tǒng)典型輸入信號；系統(tǒng)時間響應的性能指標。改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高階系統(tǒng)的時域分析；高階系統(tǒng)閉環(huán)主導極點的作用。線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義；線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件以及穩(wěn)定性代數(shù)判據。穩(wěn)態(tài)誤差定義及分析；減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施。或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施。或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施。教學難點二階系統(tǒng)的單位階躍響應以及性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系；改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高二階系統(tǒng)的單位階躍響應以及性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系；改進二階系統(tǒng)性能的基本方法；高第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法（8學時）教學目標了解：根軌跡概念。理解：閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點之間的關系。法對系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能進行定性分析的方法。教學內容根軌跡法的基本概念。根軌跡的基本特性及繪制法則。參數(shù)根軌跡的繪制方法。利用根軌跡法分析系統(tǒng)的性能。教學重點根軌跡法的基本概念；根軌跡的基本特性及繪制法則；參數(shù)根軌跡的繪制方法；利用根軌跡法分析系統(tǒng)的性能；引入開環(huán)零點對根軌跡及系統(tǒng)性能的影響。和穩(wěn)態(tài)性能。4和穩(wěn)態(tài)性能。第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法（6學時）教學目標了解：頻率特性的概念，頻率特性的三種典型表示方法–幅相頻率特性曲線，對數(shù)頻率特性曲線和對數(shù)幅相曲線。理解：最小相位和非最小相位典型環(huán)節(jié)的定義方法以及它們的頻率特性。標的轉換關系；如何根據開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。教學內容頻率特性基本概念。典型環(huán)節(jié)的定義方法及其頻率特性。開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法。傳遞函數(shù)頻域實驗測定法。頻域穩(wěn)定判據（奈奎斯特穩(wěn)定判據和對數(shù)頻率穩(wěn)定判據）及應用。控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。閉環(huán)系統(tǒng)頻域性能指標。從開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。頻率特性基本概念；頻率特性幾何表示法；典型環(huán)節(jié)及其頻率特性；開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法；最小相位環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）頻率特性基本概念；頻率特性幾何表示法；典型環(huán)節(jié)及其頻率特性；開環(huán)系統(tǒng)頻率特性曲線繪制方法；最小相位環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）用；控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；從開環(huán)頻率特性研究閉環(huán)系統(tǒng)的性能。統(tǒng)性能的影響。統(tǒng)性能的影響。第六章線性系統(tǒng)的校正方法（8學時）教學目標了解：校正的目的和意義，系統(tǒng)的帶寬選取原則，常用的幾種校正方式及其適應場合。理解：常用的校正裝置及其特性。掌握：PID控制器設計方法；串聯(lián)校正系統(tǒng)的頻域設計方法（包括串聯(lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后–超前校正）串聯(lián)校正和反饋校正的設計方法。教學內容系統(tǒng)的設計與校正問題。頻域性能指標與時域性能指標之間的關系?？刂葡到y(tǒng)經典的校正方法。常用校正裝置及其特性。開環(huán)系統(tǒng)期望頻率特性的設計原則。串聯(lián)校正方法；反饋校正方法；復合校正方法（含前饋校正）。PID教學重點本控制規(guī)律和PID教學難點開環(huán)系統(tǒng)期望頻率特性的設計原則；用頻率法對系統(tǒng)進行各種串聯(lián)校正（串聯(lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后–超前校正），校正裝置參數(shù)的計算方法；反饋校正方法；復合校正方法。第七章線性離散系統(tǒng)的分析方法（10學時）教學目標理解：離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性概念以及s域和z變換理論；離散系統(tǒng)的數(shù)學模型–差分方程和脈沖傳遞函數(shù)，以及利用這兩種模型求解系統(tǒng)響應的方法。掌握：A/D轉換器和D/Aw教學內容線性離散系統(tǒng)的基本概念。信號的采樣與保持。香農采樣定理。（4）z變換理論，用z變換法求解差分方程。離散系統(tǒng)的數(shù)學模型（差分方程和脈沖傳遞函數(shù)）。開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據；離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。變換理論；離散系統(tǒng)的數(shù)學模型（差分方程和脈沖傳遞函數(shù)）；用Z變換法求解差分方程；開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)；離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據；離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。4.教學難點信號的采樣與保持，香農采樣定理；z變換理論；系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的求取方法；采用z反變換法求取離散系統(tǒng)的時域響應；離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義及穩(wěn)定性判據；離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。第八章法非線性控制系統(tǒng)分析（4學時）教學目標了解：非線性控制理論的意義。理解：各種常見的非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響、非線性系統(tǒng)常用的分析與設計方法，描述函數(shù)法。掌握：電各種典型非線性特性的描述函數(shù)；非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法，包括自激振蕩（周期運動）振幅和周期的計算方法。教學內容非線性控制系統(tǒng)概述。常見非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響。非線性系統(tǒng)的分析與設計方法。描述函數(shù)的基本概念。典型非線性特性的描述函數(shù)。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的描述函數(shù)法。4.教學難點運用描述函數(shù)法分析非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自激振蕩。六、教學方法教學手段方面，擴大小班化教學覆蓋面，如多媒體、CAI（1）充分利用已學過的知識，適當提高起點。教師應在課程實施過程中，以形象思維與抽象思維相互補充，以發(fā)散思維與收斂思維相互促進，增強學生對高速鐵路線路及車站一般性理論和方法的理解，進而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。教師應在課程實施過程中，以形象思維與抽象思維相互補充，以發(fā)散思維與收斂思維相互促進，增強學生對高速鐵路線路及車站一般性理論和方法的理解，進而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。課程授課采用PPT關鍵點要講準確、講清楚，課堂作業(yè)要按時按量完成，有錯誤要隨時指正。七、課程考核和成績評定方式本課程采用形成性考核及終結性考核相結合的考核方式