控制系統(tǒng)與信號分析教學(xué)大綱

控制系統(tǒng)與信號分析教學(xué)大綱課程中文名稱：控制系統(tǒng)與信號分析課程英文名稱：ControlSystemandSignalAnalysis課程編號：C1335學(xué)分：2.5學(xué)時：40（其中：講課學(xué)時：40實驗學(xué)時：0實踐學(xué)時：0）先修課程：《大學(xué)物理》、《復(fù)變函數(shù)》、《高等數(shù)學(xué)》等課程適用專業(yè)：自動化課程類別：專業(yè)核心課/必修使用教材：劉國良主編.《信號、系統(tǒng)分析與控制（MATLAB版）》.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2013開課單位：電氣與新能源學(xué)院一、課程性質(zhì)本課程是自動化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程。它的任務(wù)是研究信號和線性時不變系統(tǒng)的基本理論和基本分析方法，要求掌握最基本的信號變換理論，并掌握線性時不變系統(tǒng)的分析方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程，以及從事相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)和科學(xué)研究工作奠定堅實的理論基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標(biāo)：1.本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求1、畢業(yè)要求2。2.本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求1中的指標(biāo)點1.2：能針對一個控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題建立合適的數(shù)學(xué)模型，并利用恰當(dāng)?shù)倪吔鐥l件求解。3.本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求2中的指標(biāo)點2.4：能正確表達(dá)控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的解決方案。三、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章信號與控制系統(tǒng)的基本知識1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握信號與系統(tǒng)的基本概念；（2）理解信號的分類及其基本運(yùn)算，掌握信號的函數(shù)表示與圖形表示，掌握典型的連續(xù)信號和奇異信號。（3）理解離散信號定義、特性及其各種運(yùn)算與變換，掌握序列的表示方法及常用序列。（4）理解線性時不變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其分類，理解系統(tǒng)的各種性質(zhì)，理解系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性的含義。掌握線性系統(tǒng)的模擬和方框圖表示。2.重、難點序列、因果系統(tǒng)、系統(tǒng)表示。3.考核要點（1）序列的表示；（2）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排1-3，1-4，1-7第二章基于Matlab的信號分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解Matlab軟件的基本使用方法；（2）了解信號及系統(tǒng)在Matlab軟件中的表示；（3）掌握利用Matlab繪圖及編制簡單計算程序。2.重、難點繪圖及程序編制。3.考核要點（1）Matlab繪圖。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排繪制課本所有圖例第三章信號的時域分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解連續(xù)周期信號的特點，掌握其描述方法。（2）了解連續(xù)非周期信號、奇異信號和單位沖激信號的特點，理解單位沖激響應(yīng)的意義，加權(quán)特新、抽樣特性和尺度變換特性，掌握利用沖激函數(shù)表示非周期信號和利用階躍信號表示周期信號的方法。（3）了解序列的特點，掌握離散信號的描述方法。（4）了解信號的能量和功率，掌握其求解方法。2.重、難點奇異信號、信號的能量和功率求解。3.考核要點（1）利用階躍信號表示周期信號；（2）離散信號的描述。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排2-3,2-9，2-10,2-11第四章信號的時域運(yùn)算與變換1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握信號的相加、相乘、數(shù)除、微分、積分等基本運(yùn)算以及折疊、時移、展縮、倒相等時域變換；（2）理解卷積積分的意義、運(yùn)算規(guī)律及其性質(zhì)，掌握解析求解方法；（3）掌握信號運(yùn)算的計算機(jī)求解。2.重、難點信號的折疊、時移、展縮、倒相等時域變換，卷積的解析求解方法。3.考核要點（1）卷積的解析求解。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排3-7，3-8,3-9第五章連續(xù)信號的頻域分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解頻譜的概念，掌握計算機(jī)求解；（2）了解傅立葉級數(shù)，掌握連續(xù)非周期信號的傅立葉變換和卷積定理；（3）了解拉普拉斯變換的定義，掌握典型信號的拉普拉斯變換，會求一般信號的拉普拉斯變換函數(shù)；（4）了解信號的調(diào)制與解調(diào)過程，會利用計算機(jī)進(jìn)行波形的調(diào)制和解調(diào)分析。2.重、難點傅立葉變換、拉普拉斯變換。3.考核要點（1）信號傅立葉變換計算；（2）信號拉普拉斯變換計算。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排4-3,4-4，4-13,4-15,4-17,4-19第六章離散信號的頻域分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）掌握和理解Z變換的定義、收斂域及其基本性質(zhì)，理解Z變換各種性質(zhì)的應(yīng)用條件，理解Z變換與拉氏變換的關(guān)系。；（2）掌握常用序列的Z變換，能夠利用Z變換的定義和性質(zhì)求序列的ZZ變換。（3）了解利用冪級數(shù)展開法和留數(shù)法求Z反變換的方法，掌握用部分分式法求Z反變換的方法；（4）了解周期序列的離散傅里葉級數(shù)的定義，掌握利用Matlab計算離散傅里葉級數(shù)；（5）了解離散傅立葉變換DFT的定義，掌握離散圓周卷積的計算；（6）掌握循環(huán)移位和循環(huán)卷積計算。2.重、難點Z變換、Z反變換和循環(huán)卷積計算。3.考核要點（1）Z變換計算；（2）循環(huán)卷積計算。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排5-1，5-2，5-4，5-13第七章快速傅立葉變換FFT1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解FFT的概念，掌握基2算法；（2）掌握計算機(jī)實現(xiàn)FFT的方法，會利用計算機(jī)用FFT進(jìn)行信號分析。2.重、難點基2算法的計算過程。3.考核要點基2算法的蝴蝶圖。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排6-1，6-11第八章連續(xù)系統(tǒng)的時域和頻域分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解連續(xù)系統(tǒng)的輸入輸出微分方程的建立方法。（2）掌握線性常系數(shù)微分方程的時域求解方法，理解特征多項式、特征方程和特征根（固有頻率）的意義。（3）理解系統(tǒng)的全響應(yīng)可以分解為：零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)；自由響應(yīng)與強(qiáng)迫響應(yīng)；暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（4）了解常系數(shù)差分方程的時域求解方法，掌握離散系統(tǒng)各種響應(yīng)（尤其是單位取樣響應(yīng)）的意義及其全響應(yīng)的分解方式。（5）了解頻域相應(yīng)與頻域分析法的定義，掌握復(fù)頻域分析求解方法，會用拉普拉斯變換求解微分方程。2.重、難點零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)，常系數(shù)差分方程的時域求解方法，拉普拉斯變換求解微分方程。3.考核要點（1）常系數(shù)差分方程的時域求解方法；（2）拉普拉斯變換求解微分方程。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排7-2，7-12，7-24第九章離散系統(tǒng)的時域和頻域分析1.教學(xué)內(nèi)容（1）了解離散系統(tǒng)的時域模型，掌握差分方程的迭代解法；（2）掌握差分方程的Z域解法；（3）了解離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，掌握用FFT進(jìn)行離散系統(tǒng)的分析。2.重、難點差分方程的Z域解法。3.考核要點（1）差分方程的求解。4.教學(xué)方法課堂講解，平時作業(yè)5.作業(yè)安排8-2,8-7,8-8，8-11,8-16四、學(xué)時分配及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐章節(jié)教學(xué)內(nèi)容支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點學(xué)時分配講課實驗實踐第一章信號與控制系統(tǒng)的基本知識掌握信號與系統(tǒng)的基本概念；理解信號的分類及其基本運(yùn)算，掌握信號的函數(shù)表示與圖形表示，掌握典型的連續(xù)信號和奇異信號。理解離散信號定義、特性及其各種運(yùn)算與變換，掌握序列的表示方法及常用序列。理解線性時不變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其分類，理解系統(tǒng)的各種性質(zhì)，理解系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性的含義。掌握線性系統(tǒng)的模擬和方框圖表示。1.2400第二章基于Matlab的信號分析了解Matlab軟件的基本使用方法；了解信號及系統(tǒng)在Matlab軟件中的表示；掌握利用Matlab繪圖及編制簡單計算程序。1.2、2.4200第三章信號的時域分析了解連續(xù)周期信號的特點，掌握其描述方法。了解連續(xù)非周期信號、奇異信號和單位沖激信號的特點，理解單位沖激響應(yīng)的意義，加權(quán)特新、抽樣特性和尺度變換特性，掌握利用沖激函數(shù)表示非周期信號和利用階躍信號表示周期信號的方法。了解序列的特點，掌握離散信號的描述方法。了解信號的能量和功率，掌握其求解方法。2.4400第四章信號的時域運(yùn)算與變換掌握信號的相加、相乘、數(shù)除、微分、積分等基本運(yùn)算以及折疊、時移、展縮、倒相等時域變換；理解卷積積分的意義、運(yùn)算規(guī)律及其性質(zhì)，掌握解析求解方法；掌握信號運(yùn)算的計算機(jī)求解。2.4400第五章連續(xù)信號的頻域分析了解頻譜的概念，掌握計算機(jī)求解；了解傅立葉級數(shù)，掌握連續(xù)非周期信號的傅立葉變換和卷積定理；了解拉普拉斯變換的定義，掌握典型信號的拉普拉斯變換，會求一般信號的拉普拉斯變換函數(shù)；了解信號的調(diào)制與解調(diào)過程，會利用計算機(jī)進(jìn)行波形的調(diào)制和解調(diào)分析。2.4600第六章離散信號的頻域分析掌握和理解Z變換的定義、收斂域及其基本性質(zhì)，理解Z變換各種性質(zhì)的應(yīng)用條件，理解Z變換與拉氏變換的關(guān)系；掌握常用序列的Z變換，能夠利用Z變換的定義和性質(zhì)求序列的ZZ變換。了解利用冪級數(shù)展開法和留數(shù)法求Z反變換的方法，掌握用部分分式法求Z反變換的方法；了解周期序列的離散傅里葉級數(shù)的定義，掌握利用Matlab計算離散傅里葉級數(shù)；了解離散傅立葉變換DFT的定義，掌握離散圓周卷積的計算；掌握循環(huán)移位和循環(huán)卷積計算。2.4600第七章快速傅立葉變換FFT了解FFT的概念，掌握基2算法；掌握計算機(jī)實現(xiàn)FFT的方法，會利用計算機(jī)用FFT進(jìn)行信號分析。2.4400第八章連續(xù)系統(tǒng)的時域和頻域分析了解連續(xù)系統(tǒng)的輸入輸出微分方程的建立方法。掌握線性常系數(shù)微分方程的時域求解方法，理解特征多項式、特征方程和特征根（固有頻率）的意義。理解系統(tǒng)的全響應(yīng)可以分解為：零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)；自由響應(yīng)與強(qiáng)迫響應(yīng)；暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。了解常系數(shù)差分方程的時域求解方法，掌握離散系統(tǒng)各種響應(yīng)（尤其是單位取樣響應(yīng)）的意義及其全響應(yīng)的分解方式。了解頻域相應(yīng)與頻域分析法的定義，掌握復(fù)頻域分析求解方法，會用拉普拉斯變換求解微分方程。2.4600第九章離散系統(tǒng)的時域和頻域分析了解離散系統(tǒng)的時域模型，掌握差分方程的迭代解法；掌握差分方程的Z域解法；了解離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，掌握用FFT進(jìn)行離散系統(tǒng)的分析。2.4400合計4000五、考核方式及成績評定標(biāo)準(zhǔn)1、課程考核方式：考核方式包括期末考試和平時及作業(yè)情況考查。期末考試采用閉卷筆試。2、課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)課程成績=平時考核成績×40%+期末考試成績×60%。成績的具體構(gòu)成如下：考核形式分值考核細(xì)則平時成績40%課堂考勤及課堂表現(xiàn)20根據(jù)出勤率、課堂問題回答情況、課堂討論參與情況進(jìn)行打分，最后按滿分20分成績計入課程總成績。作業(yè)20根據(jù)作業(yè)完成情況、作業(yè)書寫情況、作業(yè)正確率、作業(yè)完成次數(shù)、電子作業(yè)等進(jìn)行打分，最后按滿分20分成績計入課程總成績。期末考試60%期末考試卷面成績60試卷題型包括計算題、簡答題和應(yīng)用題等，以卷面成績的60%計入課程總成績。課堂考勤及課堂表現(xiàn)得分標(biāo)準(zhǔn)如下：課堂考勤及課堂表現(xiàn)得分出勤率90%以上；課堂點名回答問題基本概念清晰，解決問題的方案正確、合理，能提出不同的解決問題方案，積極參與課堂交流，能組織同組學(xué)生進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，能帶動與激勵同組伙伴的求知欲。16-20分出勤率80%以上；課堂點名回答問題基本清晰，能提出解決問題的正確方案，積極參與課堂交流，能組織同組學(xué)生進(jìn)行討論學(xué)習(xí)。11-15分出勤率60%以上；課堂點名回答問題基本清晰，能提出解決問題的合理方案，能參與課堂交流，能參與同組學(xué)生進(jìn)行討論學(xué)習(xí)。6-10分出勤率60%以下；不能夠提出解決問題的基本方案，參與課堂交流少。1-5分基本不來上課。0分作業(yè)得分標(biāo)準(zhǔn)如下：作業(yè)得分作業(yè)嚴(yán)格按要求并及時完成；書寫清晰、邏輯性強(qiáng)，正確率95%以上，沒有抄襲情況。18-20分作業(yè)按要求并及時完成；書寫清晰，正確率80%至95%。15-17分不能按照作業(yè)要求，未及時完成次數(shù)少于三次，但改正及時，態(tài)度端正。10-14分不能按照作業(yè)要求，未及時完成，未及時完成次數(shù)大于三次，老師指出后改正態(tài)度端正并補(bǔ)充完成。5-9分抄襲作業(yè)或不能按照作業(yè)要求，未及時完成，老師指出仍不改正次數(shù)達(dá)三次以上。0-4分六、參考書目：奧本海姆.《信號與系統(tǒng)》，北京：電子工業(yè)出版社，2013.吳大正著.《信號與線性系統(tǒng)分析》，北京：高等教育出版社，2005.鄭君里等著.《信號與系統(tǒng)》，北京：高等教育出版社，2000

《控制系統(tǒng)與信號分析》課程簡介課程中文名稱：控制系統(tǒng)與信號分析課程英文名稱：ControlSystemandSignalAnalysis課程編號：C1335學(xué)分：2.5學(xué)時：40（其中：講課學(xué)時：40實驗學(xué)時：0實踐學(xué)時：0）先修課程：《大學(xué)物理》、《復(fù)變函數(shù)》、《高等數(shù)學(xué)》等課程適用專業(yè)：自動化內(nèi)容提要：《控制系統(tǒng)與信號分析》課程是自動化專業(yè)學(xué)