《自動控制原理》課程教學大綱

第頁《自動控制原理》課程教學大綱課程名稱：自動控制原理

課程類別：專業(yè)必修課適用專業(yè)：電子信息工程

考核方式：考試

總學時、學分：64學時3.5學分

其中講授48學時，實驗10學時，其它6學時一、

課程性質、教學目標《自動控制原理》課程是自動化、測控技術與儀器、電子信息工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。通過本課程的教學，使學生了解自動控制系統(tǒng)的組成、特點及專業(yè)術語，學習并掌握古典控制理論的基本分析、設計方法，為后續(xù)的理論課程和專業(yè)課程的學習打下堅實的理論基礎。通過課堂教學環(huán)節(jié)與實踐教學環(huán)節(jié)相結合，強化學生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握：要求學生掌握控制系統(tǒng)的數學模型的建立方法，了解控制系統(tǒng)的基本校正方案，并掌握對各種控制系統(tǒng)的性能進行分析的基本方法。該課程主要包括線性系統(tǒng)的數學模型、線性系統(tǒng)的分析、線性系統(tǒng)的校正、線性離散系統(tǒng)的分析和設計、非線性系統(tǒng)分析和控制系統(tǒng)設計實例分析。是學生學習《現代控制理論》的必備基礎，同時為后續(xù)深造的課程《線性系統(tǒng)理論及應用》、《智能控制系統(tǒng)及應用》的學習打下必要的理論知識和實踐基礎。其具體的課程教學目標為：課程教學目標1：掌握線性系統(tǒng)數學模型含義，線性系統(tǒng)數學模型的類型及相互關系，并能夠建立常用線性系統(tǒng)的數學模型。課程教學目標2：掌握線性系統(tǒng)時域分析法，根軌跡法，頻率相應法，深刻理解各種方法的特點和關系。課程教學目標3：熟悉線性系統(tǒng)的校正方法，掌握串聯相位超前校正、串聯相位遲后校正和串聯相位遲后超前校正的方法。課程教學目標4：熟悉線性離散系統(tǒng)的分析和設計，并了解線性離散系統(tǒng)的分析和設計與線性連續(xù)系統(tǒng)的分析和設計的不同之處。課程教學目標5：了解非線性系統(tǒng)含義，熟悉非線性系統(tǒng)的分析方法：相平面分析法和描述函數法。課程教學目標6：熟悉火炮穩(wěn)定器、船舶自動駕駛儀、磁盤讀寫頭的控制和倒立擺控制系統(tǒng)這幾種控制系統(tǒng)的設計方法。課程教學目標與畢業(yè)要求對應的矩陣關系教學目標畢業(yè)要求12345678教學目標1

LHLLLLL教學目標2

LHLLLLL教學目標3

MHMMLLM教學目標4MMHMMLLM教學目標5MMMLMLLM教學目標6MMHHMLLM二、

課程教學要求注意講清本課程中的基本概念、基本理論和基本方法，在保持課程的科學性及系統(tǒng)性的基礎上，應突出重點和難點，詳略得當，并努力反映本學科的新成就，新動向，以體現自動控制原理的特色。教學過程中要充分利用直觀教具如計算機輔助教學軟件、圖表、多媒體等。對重點章節(jié)，可在講授的基礎上，引導學生查閱資料，并進行課后小組討論，寫出讀書報告，以培養(yǎng)學生綜合分析問題的能力。三、

先修課程

高等數學、大學物理、電路分析、模擬電路、數字電路、高頻電路、信號與系統(tǒng)。四、

課程教學重、難點教學重點：線性系統(tǒng)的數學描述、系統(tǒng)的分析、線性系統(tǒng)的校正、線性離散系統(tǒng)的分析和設計；教學難點：線性系統(tǒng)的校正。五、

課程教學方法與教學手段1、本課程應以課堂講授為主，講授的順序是建立系統(tǒng)的數學模型，利用不同的方法對系統(tǒng)的進行分析，對系統(tǒng)進行校正，離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的學習。講授過程中，可按“提出問題，突出主干，啟發(fā)引導，總結規(guī)律，舉一反三”的思路安排內容；2、除課堂講授外，應配合多媒體及必要課堂演示與討論。由淺入深、由簡到繁，激發(fā)學生的學習興趣，使學生能主動思考，主動學習。六、

課程教學內容第一章

緒論（2學時）1．教學內容(1)

自動控制系統(tǒng)簡介；(2)

自動控制系統(tǒng)分類；(3)

自動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史；(4)

工程控制問題的基本要求。2．重、難點提示(1)

重點是自動控制系統(tǒng)的基本概念與分類；(2)

難點是理解自動控制系統(tǒng)的方框圖。第二章

控制系統(tǒng)的數學模型（6學時）1．教學內容(1)

線性系統(tǒng)的時域模型；(2)

傳遞函數；(3)

結構圖；(4)

信號流圖；(5)

線性定常系統(tǒng)數學模型的MATLAB實現。2．重、難點提示(1)

重點是傳遞函數、動態(tài)結構圖繪制與簡化；(2)

難點是梅森公式、線性定常系統(tǒng)數學模型的MATLAB實現。第三章

線性系統(tǒng)的時域分析（8學時）1．教學內容(1)

動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標；(2)

一階系統(tǒng)的時域分析；(3)

二階系統(tǒng)的的時域分析；(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)

控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；(7)基于MATLAB的線性系統(tǒng)時域分析。2．重、難點提示(1)

重點是一階的時域分析、二階系統(tǒng)的時域分析、線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；(2)

難點是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。第四章

根軌跡法（4學時）1．教學內容(1)

根軌跡的基本概念；(2)

根軌跡的繪制；(3)

廣義根軌跡；(4)附加開環(huán)零點和極點對根軌跡的影響；(5)系統(tǒng)性能的分析。2．重、難點提示(1)

重點是根軌跡的繪制；(2)

難點是系統(tǒng)性能的分析。第五章

頻域響應法（8學時）1．教學內容(1)

頻率特性；(2)

典型環(huán)節(jié)的頻率特性；(3)

控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制；(4)

奈奎斯特穩(wěn)定判據；(5)

穩(wěn)定裕度；(6)

閉環(huán)特性系統(tǒng)的頻域性能指標；(7)頻率特性的試驗確定方法。2．重、難點提示(1)

重點是典型環(huán)節(jié)的頻率特性、控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制；(2)

難點是奈奎斯特穩(wěn)定判據、穩(wěn)定裕度。第六章

線性系統(tǒng)的校正方法（6學時）1．教學內容(1)

控制系統(tǒng)校正的基本概念；(2)

線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律；(3)

常用校正裝置及其特性；(4)

串聯校正；(5)

反饋校正；(6)

復合校正。2．重、難點提示(1)

重點是線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律、常用校正裝置及其特性；

(2)

難點是串聯校正、反饋校正、復合校正。第七章

線性離散系統(tǒng)的分析與設計（6學時）1．教學內容(1)

引言；(2)

信號的采樣與保持；(3)Z變換理論；(4)

脈沖傳遞函數；(5)

離散控制系統(tǒng)的性能與分析。2．重、難點提示(1)

重點是Z變換理論、脈沖傳遞函數及離散控制系統(tǒng)的性能與分析；

(2)

難點是Z變換理論。第八章

非線性控制系統(tǒng)分析（4學時）1．教學內容(1)

非線性控制系統(tǒng)校正概述；(2)

相平面分析法；(3)

描述函數法。2．重、難點提示(1)

重點是相平面分析法、描述函數法；

(2)

難點是相平面分析法、描述函數法。第十二章

控制系統(tǒng)設計實例分析（4學時）1．教學內容(1)

火炮穩(wěn)定器的設計；(2)

船舶自動駕駛儀的設計；(3)

磁盤讀寫頭的控制；(4)

倒立擺控制系統(tǒng)的設計。2．重、難點提示(1)

重點是系統(tǒng)設計方法；

(2)

難點是系統(tǒng)的設計過程。七、實驗教學內容實驗項目(一)（2.5學時）：典型環(huán)節(jié)的搭建及其階躍響應分析（1）項目類別：必做

選做R（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性R

綜合性□（3）項目主要目的要求：控制模擬實驗的基本原理和一般方法；掌握控制系統(tǒng)時域性能指標的測量方法。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(二)（2.5學時）：二階系統(tǒng)的搭建及階躍響應分析（1）項目類別：必做

選做R（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性R

綜合性□（3）項目主要目的要求：研究二階系統(tǒng)的特征參數，阻尼比和無阻尼自然頻率對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響;作定量分析；學會根據系統(tǒng)階躍響應曲線確定傳遞函數。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(三)（2.5學時）：控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（1）項目類別：必做√

選做□（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定性現象；研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時間常數對穩(wěn)定性的影響。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(四)（2.5學時）：系統(tǒng)頻率特性測量與分析（1）項目類別：必做√

選做??（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念；掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(五)（2.5學時）：連續(xù)系統(tǒng)串聯校正（1）項目類別：必做√

選做□（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：加深理解串聯校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正作用；對給定系統(tǒng)進行串聯校正設計，并通過模擬實驗檢驗設計的正確性。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。實驗項目(六)（2.5學時）：數字PID控制（1）項目類別：必做√

選做??（2）項目性質：演示性□驗證性

設計性□

綜合性√（3）項目主要目的要求：研究PID控制器的參數對系統(tǒng)穩(wěn)定性的及過度過程的影響；研究采樣周期T對系統(tǒng)特性的影響；研究I型系統(tǒng)及系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差。（4）主要儀器：自動控制系統(tǒng)實驗箱、計算機。八、學時分配章目教學內容教學環(huán)節(jié)理論教學學時實驗教學學時其它一自動控制系統(tǒng)的基本概念200二控制系統(tǒng)的數學模型600三線性系統(tǒng)的時域分析82.51.5四根軌跡法400五頻域響應法82.51.5六線性系統(tǒng)的校正方法653七線性離散系統(tǒng)的分析與設計600八非線性控制系統(tǒng)分析400十二控制系統(tǒng)設計實例分析400總計

48106九、

課程考核方式1.考核方式：筆試；閉卷2.成績構成期末成績+平時成績十、

選用教材和參考書目［1］《自動控制原理》（第三版），薛安克編，西安電子科技大學出版社，2014年；［2］《自動控制原理》（第五版），胡壽松編，科學出版社有限責任公司，2002年；［3］《自動化設備和工程的設計、安裝、調試、故障診斷》（第一版），

姚福來編，

機械工業(yè)出版社，出版時間:

2013年；［4］