哈工大自動控制課程設(shè)計

哈工大自動控制課程設(shè)計一、課程目標(biāo)

知識目標(biāo)：

1.理解自動控制理論的基本概念，掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)及狀態(tài)空間表示；

2.掌握穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、瞬態(tài)響應(yīng)等性能指標(biāo)，并能運用到控制系統(tǒng)分析中；

3.學(xué)會使用PID控制、狀態(tài)反饋、觀測器等設(shè)計方法，優(yōu)化控制系統(tǒng)性能。

技能目標(biāo)：

1.能夠運用數(shù)學(xué)軟件（如MATLAB）建立、仿真和優(yōu)化控制系統(tǒng)；

2.通過課程項目，獨立設(shè)計一個簡單的自動控制系統(tǒng)的控制器，培養(yǎng)解決實際問題的能力；

3.掌握查閱資料、團隊協(xié)作、報告撰寫等研究方法，提高學(xué)術(shù)素養(yǎng)。

情感態(tài)度價值觀目標(biāo)：

1.培養(yǎng)對自動控制技術(shù)的興趣，激發(fā)探索精神，增強創(chuàng)新意識；

2.認(rèn)識到自動控制在國家重點領(lǐng)域（如航天、智能制造等）的重要性，增強社會責(zé)任感和使命感；

3.培養(yǎng)團隊合作精神，學(xué)會尊重他人意見，提高溝通與交流能力。

本課程針對哈爾濱工業(yè)大學(xué)高年級本科生，結(jié)合學(xué)生已具備的數(shù)學(xué)、物理和工程基礎(chǔ)，注重理論與實踐相結(jié)合。通過課程設(shè)計，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于實際問題，提高解決復(fù)雜工程問題的能力，為未來從事自動控制相關(guān)領(lǐng)域的研究和工作打下堅實基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容

1.自動控制基本概念：控制系統(tǒng)定義、分類、性能指標(biāo)（穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、瞬態(tài)響應(yīng)）。

2.數(shù)學(xué)模型：微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間表示，系統(tǒng)響應(yīng)分析。

3.控制器設(shè)計：PID控制原理與參數(shù)整定，狀態(tài)反饋、觀測器設(shè)計，最優(yōu)控制理論基礎(chǔ)。

4.系統(tǒng)仿真與分析：MATLAB/Simulink環(huán)境下的控制系統(tǒng)建模、仿真與優(yōu)化。

5.課程項目：分組進(jìn)行自動控制系統(tǒng)設(shè)計，包括系統(tǒng)建模、控制器設(shè)計、性能分析及報告撰寫。

教學(xué)內(nèi)容依據(jù)以下教材章節(jié)組織：

1.《自動控制原理》（第七版）胡壽松，第一章至第四章；

2.《現(xiàn)代控制系統(tǒng)》第十版，K.J.?str?m等，第一章至第四章；

3.結(jié)合MATLAB/Simulink教程，進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計。

教學(xué)進(jìn)度安排：

1.自動控制基本概念及數(shù)學(xué)模型（2周）；

2.控制器設(shè)計方法（3周）；

3.系統(tǒng)仿真與分析（2周）；

4.課程項目實踐（4周）。

教學(xué)內(nèi)容注重科學(xué)性和系統(tǒng)性，結(jié)合教材章節(jié)，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生掌握自動控制理論，提高實際應(yīng)用能力。

三、教學(xué)方法

本課程采用以下多樣化的教學(xué)方法，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高主動性和實踐能力：

1.講授法：對自動控制基本概念、理論及數(shù)學(xué)模型等核心知識進(jìn)行系統(tǒng)講解，確保學(xué)生掌握必要的理論基礎(chǔ)。

2.討論法：針對課程中的重點和難點問題，組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，促進(jìn)學(xué)生主動思考，加深理解。

3.案例分析法：通過分析典型自動控制案例，使學(xué)生了解控制理論在實際工程中的應(yīng)用，提高分析問題和解決問題的能力。

4.實驗法：結(jié)合MATLAB/Simulink軟件，進(jìn)行控制系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化實驗，增強學(xué)生的動手實踐能力。

5.課程項目：分組進(jìn)行自動控制系統(tǒng)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、溝通與交流能力，提高解決實際問題的能力。

具體教學(xué)方法如下：

1.講授法：占課程總學(xué)時的40%。教師通過生動的語言、形象的比喻和豐富的案例，引導(dǎo)學(xué)生理解自動控制理論。

2.討論法：占課程總學(xué)時的20%。教師提出問題，學(xué)生分組討論，匯報討論成果，教師點評并總結(jié)。

3.案例分析法：占課程總學(xué)時的10%。教師選取具有代表性的自動控制案例，組織學(xué)生分析、討論，提高學(xué)生應(yīng)用能力。

4.實驗法：占課程總學(xué)時的20%。教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軟件操作，完成實驗任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

5.課程項目：貫穿整個學(xué)期。學(xué)生自主選題，分組進(jìn)行項目設(shè)計，教師提供指導(dǎo)和建議。

四、教學(xué)評估

為確保教學(xué)評估的客觀、公正和全面性，本課程采用以下評估方式，全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)成果：

1.平時表現(xiàn)（占20%）：包括課堂出勤、參與討論、提問回答等，以考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和積極性。

2.作業(yè)（占30%）：布置與課程內(nèi)容相關(guān)的作業(yè)，包括理論計算、MATLAB仿真等，以檢驗學(xué)生對理論知識的掌握和實際應(yīng)用能力。

3.課程項目（占20%）：評估學(xué)生在項目過程中的團隊協(xié)作、問題分析、控制器設(shè)計、性能分析和報告撰寫等方面的能力。

4.期中考試（占10%）：以閉卷形式進(jìn)行，主要考察學(xué)生對自動控制基本概念、數(shù)學(xué)模型和控制器設(shè)計方法的理解。

5.期末考試（占20%）：以閉卷形式進(jìn)行，全面考察學(xué)生對整個課程內(nèi)容的掌握程度，包括理論分析和實際應(yīng)用。

具體評估方法如下：

1.平時表現(xiàn)：由教師在課程過程中對學(xué)生的出勤、表現(xiàn)進(jìn)行記錄和評價。

2.作業(yè)：要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成，教師對作業(yè)進(jìn)行批改和評分，反饋給學(xué)生，以指導(dǎo)其學(xué)習(xí)。

3.課程項目：項目完成后，進(jìn)行項目答辯和評審，教師針對項目設(shè)計、實施和報告質(zhì)量進(jìn)行評價。

4.期中考試：在課程進(jìn)行到一半時進(jìn)行，主要測試學(xué)生對前半部分課程內(nèi)容的掌握。

5.期末考試：在課程結(jié)束時進(jìn)行，全面測試學(xué)生對整個課程內(nèi)容的掌握。

五、教學(xué)安排

為確保教學(xué)進(jìn)度合理、緊湊，同時考慮學(xué)生的實際情況和需求，本課程的教學(xué)安排如下：

1.教學(xué)進(jìn)度：共計16周，每周2學(xué)時，共計32學(xué)時。

-第一至四周：自動控制基本概念、數(shù)學(xué)模型（微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間表示）；

-第五至七周：控制器設(shè)計方法（PID控制、狀態(tài)反饋、觀測器設(shè)計）；

-第八至九周：系統(tǒng)仿真與分析（MATLAB/Simulink操作與建模）；

-第十至十六周：課程項目實踐及總結(jié)。

2.教學(xué)時間：根據(jù)學(xué)生的作息時間，安排在每周的固定時間進(jìn)行授課，以確保學(xué)生能合理安排學(xué)習(xí)時間。

3.教學(xué)地點：理論課在多媒體教室進(jìn)行，便于教師運用多媒體教學(xué)資源進(jìn)行講解；實驗課在計算機實驗室進(jìn)行，方便學(xué)生進(jìn)行MATLAB/Simulink操作。

具體教學(xué)安排如下：

1.理論課：采用課堂講授、討論、案例分析等形式進(jìn)行，確保學(xué)生掌握自動控制理論知識。

2.實驗課：結(jié)合理論教學(xué)，安排在第六至八周進(jìn)行，每周1學(xué)時，共計3學(xué)時，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行控制系統(tǒng)建模、仿真與優(yōu)化。

3.課程項目：從第十周開始，每周2學(xué)時，共計14學(xué)時。學(xué)生分組進(jìn)行項目實踐，教師提供定期指導(dǎo)和答疑。

4.期中考試：安排在第五周周末，閉卷考試，全