《自動控制原理4》課程教學(xué)大綱

《自動控制原理4》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱自動控制原理AutomaticControlPrinciple課程編碼CTL123721020開課院部控制科學(xué)與工程學(xué)院課程團(tuán)隊自動控制原理教學(xué)團(tuán)隊學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時34講授28實驗6上機0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)電子信息工程授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、電路分析、大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理（2-2）、復(fù)變函數(shù)與積分變換、模擬電子技術(shù)課程簡介（限選）（課程簡介...）自動控制原理是圍繞自動控制系統(tǒng)的基本理論與應(yīng)用，介紹控制系統(tǒng)的物理概念和分析設(shè)計方法，是一門理論性和實用性較強的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，對自動控制系統(tǒng)的基本工作原理、數(shù)學(xué)模型有明確的了解，并且能對系統(tǒng)做部分定性和定量的分析，掌握自動控制系統(tǒng)的分析方法，包括時域法、頻域法、和根軌跡法。（對應(yīng)畢業(yè)要求：1.1，3.4，5.4）(Courseintroduction...)theprincipleofautomaticcontrolisatheoreticalandpracticalcoursethatfocusesonthebasictheoryandapplicationofautomaticcontrolsystemandintroducesthephysicalconceptandanalysisanddesignmethodofcontrolsystem.Throughthestudyofthiscourse,studentsarerequiredtoestablishtheconceptofsystemandhaveaclearunderstandingofthebasicworkingprincipleandmathematicalmodelofautomaticcontrolsystem,andbeabletomakepartialqualitativeandquantitativeanalysisofthesystem,andmastertheanalysismethodsofautomaticcontrolsystem,includingtimedomainmethod,frequencydomainmethodandrootlocusmethod.(Correspondinggraduationrequirements:1.1,3.4,5.4)負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：理解并掌握基于拉式變換和z變換的控制的基本概念和方法，并具有將其運用到基礎(chǔ)工程任務(wù)和電子信息工程專業(yè)領(lǐng)域的能力。是1.11.12M2目標(biāo)2：掌握經(jīng)典控制理論中的主要系統(tǒng)分析方法，能夠用方框圖、電路原理圖、程序流程圖或設(shè)計報告等形式表示設(shè)計成果。是3.33.33M3目標(biāo)3：掌握機理建模的方法，傳遞函數(shù)的求取及參數(shù)分析，針對電子信息等領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題，能夠開發(fā)或選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ撸瑢?fù)雜問題建模和處理。是5.25.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章自動控制系統(tǒng)的一般概念本章重點：控制系統(tǒng)的組成、負(fù)反饋原理和控制系統(tǒng)的分類、基本要求等。本章難點：控制系統(tǒng)的基本性能要求。M1////21.11.1自動控制技術(shù)的發(fā)展概況介紹控制論的核心思想及其在社會、經(jīng)濟(jì)、工程等領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合代表性人物（瓦特、維納、錢學(xué)森、卡爾曼、何毓琦等）介紹控制理論的發(fā)展，結(jié)合反饋原理使學(xué)生理解控制論的思想及其在諸多方面的應(yīng)用。M10.5講授0.5閱讀31.21.2自動控制系統(tǒng)的基本組成自動控制實例、原理方框圖M10.5講授、討論0.5課后作業(yè)41.31.3自動控制系統(tǒng)的分類開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)；反饋控制原理；其他分類方法M10.5講授0.5作業(yè)51.41.4自動控制系統(tǒng)的基本性能要求穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性、時域指標(biāo)、頻域指標(biāo)M10.5講授/討論0.5作業(yè)/自學(xué)6第2章第2章動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型本章重點：建立機理模型的思路和方法，傳遞函數(shù)的概念，結(jié)構(gòu)圖等效變換。本章難點：結(jié)構(gòu)圖等效變換。M2////72.12.1引言數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)系，靜態(tài)模型，動態(tài)模型，各種建模方法。則；掌握儀器安裝和拆卸的順序；M20.5講授0.5作業(yè)82.22.2物理裝置的數(shù)學(xué)模型機理模型（力學(xué)定律、電學(xué)定律、熱力學(xué)定律、化學(xué)反應(yīng)定律等機理；物料平衡、能量平衡等方法），非線性環(huán)節(jié)的線性化，無量綱增量的微分方程。M21.5講授1作業(yè)92.32.3控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建模舉例，負(fù)載效應(yīng)與信號的單向性，拉普拉斯變換及其應(yīng)用。（2）簽字確認(rèn)實習(xí)安全承諾書，培養(yǎng)集體主義思想和社會責(zé)任感。M23講授3作業(yè)/自學(xué)102.42.4傳遞函數(shù)與動態(tài)結(jié)構(gòu)圖傳遞函數(shù)與動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的概念；典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換與簡化。M22講授/討論2作業(yè)112.52.5信號流圖信號流圖基本概念，梅遜增益公式及其應(yīng)用。M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)12第3章線性系統(tǒng)的時域分析法本章重點：穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差和瞬態(tài)性能的概念，二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)與特征參數(shù)之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)規(guī)律及參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響等。本章難點：穩(wěn)態(tài)誤差，調(diào)節(jié)規(guī)律及參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。M2////133.13.1引言時域分析法的特點，典型輸入信號和時域性能指標(biāo)。M21講授1作業(yè)143.23.2一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)階躍響應(yīng)分析，系統(tǒng)參數(shù)與瞬態(tài)性能的關(guān)系，其他典型輸入信號響應(yīng)，線性系統(tǒng)的特性（疊加原理、積分性質(zhì)、微分性質(zhì)）。M22講授2作業(yè)153.33.3二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)典型二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，特征根與特征參數(shù)的關(guān)系。動態(tài)性能指標(biāo)的計算，零極點的影響，二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能的改善。M22講授/討論2作業(yè)163.43.4高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析（各種響應(yīng)分量與特征根分布的關(guān)系），主導(dǎo)極點的概念。M21講授1作業(yè)/自學(xué)173.53.5穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性定義，穩(wěn)定的充要條件，穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用，相對穩(wěn)定性的概念。引導(dǎo)學(xué)生從動態(tài)系統(tǒng)的觀點出發(fā)思考問題，理解穩(wěn)定性對動態(tài)系統(tǒng)的重要意義以及影響穩(wěn)定性的因素和分析方法。M22講授/討論2作業(yè)183.63.6穩(wěn)態(tài)誤差分析穩(wěn)態(tài)誤差概念，開環(huán)系統(tǒng)的型別（按1/s因子個數(shù)判斷），誤差系數(shù)計算（Kp，Kv，Ka），擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差，參數(shù)變化時引起的穩(wěn)態(tài)誤差及反饋系統(tǒng)的特點，動態(tài)誤差系數(shù)，PID參數(shù)及規(guī)律對系統(tǒng)性能的影響。M22講授2作業(yè)19第5章線性系統(tǒng)的頻率分析法本章重點：頻率特性的概念，典型環(huán)節(jié)的頻率特性，Nyquist穩(wěn)定判據(jù)，開環(huán)頻域指標(biāo)（ωc，γ）與閉環(huán)頻域指標(biāo)（Mp，ωb），典型二階系統(tǒng)的頻域分析。本章難點：Nyquist穩(wěn)定判據(jù)，典型二階系統(tǒng)的頻域分析。M2,M3////205.15.1頻率特性的概念頻率特性的定義，頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系。M2,M31講授1作業(yè)215.25.2頻率特性的幾種曲線表示法奈奎斯特圖、波特圖M21講授1作業(yè)225.35.3典型環(huán)節(jié)的頻率特性頻率特性的定義，頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系。M2,M31講授1作業(yè)235.45.4Nyquist穩(wěn)定判據(jù)幅角原理，由開環(huán)Nyquist曲線、Bode曲線判斷閉環(huán)穩(wěn)定性。M22講授2作業(yè)245.55.5最小相位系統(tǒng)與穩(wěn)定裕度的概念由開環(huán)Bode曲線確定最小相位系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，開環(huán)頻率特性與閉環(huán)頻率特性之間的關(guān)系。簡介頻率系統(tǒng)的性能分析M22講授2作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時表現(xiàn)1.完成每章布置的作業(yè)。2.參加課堂活動，如隨堂測試、提問、課堂討論等。15%2實驗1.本課程6個學(xué)時實驗，共3次實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學(xué)生對電力拖動自動控制系統(tǒng)知識的應(yīng)用能力，針對交直流電機調(diào)速系統(tǒng)中的控制問題，能夠根據(jù)用戶需求確定設(shè)計目標(biāo)，從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得有效結(jié)論。10%3考勤隨機點名、刷卡點名等5%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對自動控制基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。70%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時表現(xiàn)30%A-能夠根據(jù)系統(tǒng)的運行機理準(zhǔn)確建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能夠通準(zhǔn)確地通過控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和信號流圖進(jìn)行表達(dá)與化簡。B-能夠根據(jù)微分方程模型建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，在利用結(jié)構(gòu)圖等效變換和信號修圖求傳遞函數(shù)時結(jié)果基本正確。C-基本掌握控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型的建立方法，在使用結(jié)構(gòu)圖等效變換及信號流圖化簡時存在少量錯誤。D-不能建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，不能利用控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和信號流圖表達(dá)控制系統(tǒng)。2M1實驗20%根據(jù)實驗成績評定3M1期末考試50%依據(jù)試卷評分標(biāo)準(zhǔn)4M2平時表現(xiàn)40%A-能夠準(zhǔn)確計算一階、二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)和性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)求系統(tǒng)參數(shù)。在計算時能夠準(zhǔn)確運用拉氏變換及線性系統(tǒng)性質(zhì)，簡化計算過程。B-能夠準(zhǔn)確計算一階、二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)和性能指標(biāo)，并根據(jù)性能指標(biāo)求系統(tǒng)參數(shù)。拉氏變換性質(zhì)和線性系統(tǒng)的性質(zhì)的使用基本正確。C-通過拉氏變換求解系統(tǒng)時域響應(yīng)的方法和時域性能指標(biāo)的計算步驟和結(jié)果基本正確。D-不能掌握求解線性系統(tǒng)的時域響應(yīng)和系統(tǒng)性能指標(biāo)的計算方法。5M2期末考試60%依據(jù)試卷評分標(biāo)準(zhǔn)6M3平時表現(xiàn)30%A-能夠根據(jù)系統(tǒng)模型的形式，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?zhǔn)確分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動態(tài)特性，能夠準(zhǔn)確分析參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。B-能夠準(zhǔn)確分析系統(tǒng)動態(tài)特性與穩(wěn)定性分析，能夠較為準(zhǔn)確地分析系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。C-系統(tǒng)動態(tài)特性和穩(wěn)定性分析的基本正確，理解系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。D-不能采用合適的方法分析系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，或得到錯誤結(jié)論。7M3考勤10%根據(jù)出勤狀況劃分8M3期末考試60%依據(jù)試卷評分標(biāo)準(zhǔn)評分等級說明：;[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];六、教材與參考資料序號教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書|自動控制原理(第六版),胡壽松,科學(xué)出版社,2013.（*主