自動控制理論二課程教學大綱

自動控制理論二課程教學大綱課程中文名稱：自動控制理論口課程英文名稱：ControlTheory!!課程編號：204T0332學分：3學時：48（其中：講課學時：48實驗學時：0實踐學時：0）先修課程：《電路原理（一）》、《電子技術基礎（一）》、《電機學（一）》、《電力系統(tǒng)信號分析與處理》適用專業(yè)：電氣工程及其自動化課程類別：專業(yè)核心課、必修課、學位課使用教材：廖道爭.自動控制理論[M].科學出版社，2019.開課單位：電氣與新能源學院課程簡介：自動控制理論是研究自動控制系統(tǒng)普遍規(guī)律的科學，系統(tǒng)地闡述自動控制科學和技術領域的基本概念和基本規(guī)律，介紹對自動控制系統(tǒng)從建模、分析、到設計應用的各種原理.、思想和方法?！蹲詣涌刂评碚搉》主要講授經典控制理論，其主要內容包括：自動控制系統(tǒng)的組成及相關術語、控制系統(tǒng)的數(shù)學建模、控制系統(tǒng)的時域分析法、控制系統(tǒng)的根軌跡分析法、控制系統(tǒng)的頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正、離散控制系統(tǒng)的分析與校正等。課程性質《自動控制理論II》是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課與學位課。自動控制理論是研究關于自動控制系統(tǒng)建模、分析和設計的一般性理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。本課程理論性和工程應用性均較強，是數(shù)學思維在工程實踐中的應用拓展。主要針對復雜工程系統(tǒng)的控制問題，建立數(shù)學模型，基于傳遞函數(shù)這一主要數(shù)學模型，應用時域、復數(shù)域、頻域以及離散控制等理論方法對控制系統(tǒng)進行綜合分析和校正，最終達到滿意的控制效果。二、課程目標：課程目標1：能從控制科學的內容、方法、思維多個層面進行學習，樹立正確的人生觀、價值觀，培養(yǎng)家國情懷、創(chuàng)新能力、科學思維和探索習慣。課程目標2：能夠應用自動控制理論的專業(yè)知識對自動控制系統(tǒng)進行正確規(guī)范表述，理解自動控制系統(tǒng)的基本原理.、普遍方法和通用規(guī)律。課程目標3：能運用拉普拉斯變換、傅里葉變換和z變換等數(shù)學知識對自動控制系統(tǒng)建立微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性等數(shù)學模型并求解。課程目標4：能根據(jù)被測/控對象特征和控制性能要求，識別和判斷電氣工程應用問題的關鍵環(huán)節(jié)。課程目標5：能運用該門課程的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法和離散控制系統(tǒng)分析法等控制科學原理，正確表達和分析控制工程應用問題，體現(xiàn)出綜合分析能力。課程目標6:能了解影響電氣控制系統(tǒng)控制目標和方案的各種因素，掌握電氣控制系統(tǒng)校正的基本方法和技術，最終達到控制目標，體現(xiàn)出綜合設計能力。三、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系1.工程知識指標點1.1：能將數(shù)學、自然科學、工程科學的語言工具用于電力系統(tǒng)工程問題的表述。指標點1.2：能夠運用數(shù)學、自然科學、工程科學的知識對電力系統(tǒng)工程的具體對象問題建立數(shù)學模型并求解。支撐目標：課程目標1,課程目標2,課程目標32.問題分析指標點2.1：能運用相關科學原理，識別和判斷電力系統(tǒng)復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)。指標點2.2：能基于科學原理和數(shù)學模型正確表達電力系統(tǒng)復雜工程問題支撐目標：課程目標1，課程目標4,課程目標53.設計/開發(fā)解決方案指標點3.1：掌握電力系統(tǒng)工程設計和產品開發(fā)全周期、全流程的基本設計/開發(fā)方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素。支撐目標：課程目標1,課程目標6四、教學內容及要求第一章緒論（2學時）1.教學內容（1）了解自動控制理論的發(fā)展及應用；理解自動控制基本概念。（2）了解自動控制系統(tǒng)的分類，掌握自動控制系統(tǒng)的組成及相關術語。（3）理解對自動控制系統(tǒng)的性能要求.重點難點：控制系統(tǒng)的組成、控制系統(tǒng)的性能要求.課程思政融入點：（1）自動控制領域典型事跡與家國情懷、自動控制技術發(fā)展與科技報國的使命JL程師和科學家思路上的不同.考核要點：自動控制系統(tǒng)的組成及對控制系統(tǒng)的性能要求.教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（6學時）.教學內容（1）理解動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學模型的初步知識（2）掌握微分方程的建立及求解方法（3）掌握傳遞函數(shù)概念及性質（4）掌握電氣系統(tǒng)的數(shù)學建模（5）掌握方框圖建立與化簡了解信號流圖與梅遜（Mason）公式.重點難點：傳遞函數(shù)的概念與求取.課程思政融入點：（1）數(shù)學建模的多種形式與唯物辯證法（2）自動控制系統(tǒng)數(shù)學建模與由抽象到具體的科學思維.考核要點：用各種不同的方法求取傳遞函數(shù).教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第三章控制系統(tǒng)的時域分析法（10學時）.教學內容（1）掌握一階系統(tǒng)的時域響應（2）掌握二階系統(tǒng)的時域響應及動態(tài)性能指標的計算了解高階系統(tǒng)的時域響應（4）理解穩(wěn)定性的定義，掌握穩(wěn)定性的充要條件，掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應用（5）理解穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)型別的概念，掌握靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差的計算.重點難點：二階系統(tǒng)的時域響應及動態(tài)性能指標，穩(wěn)態(tài)誤差的計算，穩(wěn)定性分析.課程思政融入點：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性與人的抗干擾性（2）阻尼系數(shù)的工程含義與工程應用.考核要點：二階系統(tǒng)性能指標的計算.教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第四章根軌跡法（6學時）.教學內容（1）理解根軌跡的概念（2）掌握根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的基本規(guī)則了解參數(shù)根軌跡（4）掌握利用根軌跡圖分析控制系統(tǒng).重點難點：根軌跡的條件及繪制，用根軌跡圖分析控制系統(tǒng).課程思政融入點：（1）通過根軌跡繪制引導學生總結歸納事物的發(fā)展規(guī)律（2）從時域到復數(shù)域分析同一個系統(tǒng)性，引導學生多維度分析事物.考核要點：根軌跡的繪制及根據(jù)根軌跡圖分析控制系統(tǒng).教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討.作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第五章頻率特性法（10學時）.教學內容（1）理解頻率特性的概念及其表示方法（2）掌握Bode圖的繪制（3）掌握Nyquist圖的繪制（4）掌握Nyquist判據(jù)及其應用（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及計算方法了解閉環(huán)頻率特性及頻域指標與時域指標之間的關系.重點難點：Bode圖，Nyquist判據(jù)及應用，穩(wěn)定裕度.課程思政融入點：（1）通過極坐標圖、Bode圖的介紹，帶領學生認識一些基本的工程哲學，掌握工程分析的常用方法（2）從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標兼顧的矛盾性引導學生認識工程問題的復雜性，工程問題尋其中道。考核要點：Bode圖的繪制，穩(wěn)定裕度的計算,Nyquist判據(jù)及應用教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第六章控制系統(tǒng)的校正（6學時）教學內容（1）理解控制系統(tǒng)綜合與校正的基本概念及方式（2）掌握超前、滯后校正裝置的特性（3）掌握頻域法超前校正、滯后校正（4）掌握PID控制算法及其參數(shù)整定方法重點難點：頻域法超前、滯后校正課程思政融入點：（1）系統(tǒng)校正與人自我反思校正（2）從微分環(huán)節(jié)D和積分環(huán)節(jié)I對系統(tǒng)的動態(tài)性能的影響看待事物的兩面性考核要點：頻域法超前、滯后校正教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題第七章離散控制系統(tǒng)的分析與校正（8學時）.教學內容（1）離散控制系統(tǒng)的結構（2）信號的采樣和保持（3）z變換與z反變換（4）脈沖傳遞函數(shù)（5）離散系統(tǒng)的性能分析（6）離散系統(tǒng)的數(shù)字校正.重點難點：離散系統(tǒng)的性能分析.課程思政融入點：（1）從連續(xù)系統(tǒng)的應用到離散系統(tǒng)的應用，介紹我國計算機控制技術的發(fā)展。（2）傅里葉變換背后的故事看開拓創(chuàng)新的精神；從時域到頻域分析問題到轉換角度看待問題的思維方式。.考核要點：z變換與z反變換、脈沖傳遞函數(shù)、離散系統(tǒng)的性能分析.教學方法：線上線下混合、課堂講授、課堂探討

.作業(yè)安排：課后習題、SPOC線上習題五、教學內容對課程目標的支撐關系章節(jié)教學內容學時分配支撐的課程目標講課實驗實踐第1章緒論自動控制理論的發(fā)展及應用；自動控制基本概念；自動控制系統(tǒng)的分類，自動控制系統(tǒng)的組成及相關術語：對自動控制系統(tǒng)的性能要求。2課程目標1課程目標2第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型動態(tài)系統(tǒng)數(shù)學模型的初步知識：微分方程的建立及求解方法；傳遞函數(shù)概念及性質；電氣系統(tǒng)的數(shù)學建模；方框圖建立與化簡；信號流圖與梅遜（Mason）公式。6課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4第3章控制系統(tǒng)的時域分析法一階系統(tǒng)的時域響應；二階系統(tǒng)的時域響應及動態(tài)性能指標的計算；高階系統(tǒng)的時域響應；穩(wěn)定性的定義，穩(wěn)定性的充要條件，勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應用；穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)型別的概念，靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差的計算。10課程目標1課程目標2課程F1標3課程目標4課程目標5第4章根軌跡法根軌跡的概念；根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的基本規(guī)則；參數(shù)根軌跡；利用根軌跡圖分析控制系統(tǒng)。6課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4課程目標5第5章頻率特性法頻率特性的概念及其表示方法；Bode圖的繪制；Nyquist圖的繪制；Nyquist判據(jù)及其應用；相角裕度、幅值裕度的概念及計算方法。10課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4課程目標5第6章控制系統(tǒng)的校正控制系統(tǒng)綜合與校正的基本概念及方式；超前、滯后校正裝置的特性：頻域法超前校正、滯后校正；PID控制算法及其參數(shù)整定方法。6課程目標1課程F1標2課程目標3課程目標4課程目標5課程目標6第7章離散控制系統(tǒng)的分析與離散控制系統(tǒng)的結構；信號的采樣和保持；Z變換與Z反變換；脈沖傳遞函數(shù)；離散系統(tǒng)的性能分析：離散系統(tǒng)的數(shù)字校正8課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4課程目標5課程目標6

校正六、考核方式及成績評定標準1.成績評定方式：課程考試占60%,平時成績占40%。平時成績包括線上成績（20%）和線下成績（80%）。支撐畢業(yè)要求課程目標考核與評價方式合計平時成績（40%）期末考試（60%）線上成績（含線上SPOC作業(yè)及測試成績等）線下成績（含課堂考勤、課堂互動、課堂討論、課后作業(yè)等）課程考試指標點1.1課程FI標1課程目標2281424指標點1.2課程目標1課程目標3281424指標點2.1課程目標1課程目標4141217指標點2.2課程目標1課程目標5281424指標點3.1課程目標1課程目標614611總分占比％83260100說明：根據(jù)實際情況，每個課程目標的成績比例可以在上卜.10%的范闈內浮動，但必須保證總成績?yōu)?00分。2.課程考核評分標準課程目標考核要求評分標準高于預期達到預期低于預期優(yōu)秀良好合格不合格課程目標1課堂考勤、課程總結拓展、平時表現(xiàn)（5）5430-2課程目標2線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末考試（23）21-2318?2014?170?13課程目標3線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末考試（23）21-2318?2014?170-13課程目標4線上線下測試、課堂互動、課后作業(yè)、課堂討論、期末