自动控制原理纲.doc

《自动控制原理》课程教学大纲 课程编号： 课程名称：自动控制原理 英文名称：Automatic Control Theory 课程类型:专业必修课 总学时：63讲课学时：45 上机学时：18 学分：2.5（0.5） 适用对象：能源动力及其自动化专业 先修课程：高等数学、大学物理、积分变换、电路、数字电子技术、模拟电子技术 一、课程性质、目的和任务 本课程为能源动力及其自动化专业的主要专业基础课程之一，目的是使学生掌握负反馈控制原理、控制系统数学模型的建立和系统性能分析、设计的基本方法，培养学生分析和设计自动控制系统性能的基本能力并能满足其它后续专业课程对自动控制理论知识的需要。 二、教学基本要求 本课程采用时域法、根轨迹法和频率特性法对自动控制系统的性能进行分析和设计，学完本课程应达到以下基本要求。 1．掌握负反馈控制原理 掌握负反馈控制原理，能够分析负反馈控制系统的调节过程并画出相应的控制系统方框图。了解控制系统的基本构成和分类。 2．熟悉建立控制系统数学模型的方法 熟悉用拉氏变换法求解线性系统微分方程的基本方法。掌握控制系统传递函数、动态结构图建立和简化方法。 3．熟悉运用时域分析法分析系统性能的方法 掌握典型二阶系统的单位阶跃响应以及性能指标的求取。掌握用劳斯代数稳定判据判断系统的稳定性的方法。掌握求系统的稳态误差及误差系数的方法。 4．熟悉用根轨迹分析法分析控制系统性能的方法 掌握根据系统开环传递函数的零、极点分布绘制闭环系统根轨迹图的基本方法。根据根轨迹图分析控制系统的性能。了解开环零、极点对系统性能的影响。 5．熟悉频率分析法分析控制系统性能的方法 熟悉典型环节频率特性的求取以及频率特性曲线，掌握系统开环对数频率特性曲线、极坐标曲线绘制的基本方法。了解根据开环对数频率特性曲线分析闭环系统性能的方法。熟悉用奈奎斯特稳定判据判断系统稳定性的方法。掌握稳定裕度的计算方法。 6．熟悉非线性控制系统的分析方法 了解非线性控制系统的特点和常见非线性特性。熟悉非线性控制系统的描述函数法。 三、基本内容与重点 章节 基本内容 重点 第一章绪论 自动控制的基本概念；自动控制系统的组成；自动控制系统的分类；自动控制系统的实例；对自动控制系统的基本要求及课程的研究内容 研究对象，研究方法 第二章 数学模型 2.1控制系统微分方程的编写 1．线性元件的微分方程 2．微分方程的增量化 3．非线性微分方程 4．线性系统微分方程的编写 线性元件的微分方程 线性系统微分方程的编写 2.2传递函数 1．传递函数的定义 2．复数法求传递函数 3．传递函数的几点说明 4．典型环节的传递函数 传递函数的定义 典型环节的传递函数 2.3控制系统的结构图及其等效变换 1．结构图的基本概念 2．结构图的组成和建立 3．结构图的等效变换 结构图的基本概念 结构图的组成和建立 结构图的等效变换 2.4控制系统的传递函数 1．系统的开环传递函数 2．系统的闭环传递函数 3．闭环系统的偏差传递函数 系统的开环传递函数 系统的闭环传递函数 2.5信号流图 信号流图的基本概念 信号流图的等效变换 信号流图的等效变换 2.6脉冲响应函数 脉冲响应函数 第三章 时域分析 3.1稳定性和代数稳定性判据 1．稳定性的基本概念与充要条件 2．Routh判据 3．Routh判据的应用 稳定性的基本概念与充要条件 Routh判据 Routh判据的应用 3.2典型输入信号和阶跃响应性能指标 1．典型输入信号 2．阶跃响应性能指标 典型输入信号 阶跃响应性能指标 3.3一阶系统的性能指标 1．一阶系统的瞬态响应 2．一阶系统的动态性能指标 一阶系统的瞬态响应 一阶系统的动态性能指标 3.4二阶系统的性能指标 1．二阶系统的瞬态响应 2．二阶系统的动态性能指标 3．二阶系统的动态性能指标与系统参数的关系 二阶系统的瞬态响应 二阶系统的动态性能指标 3.5高阶系统的性能指标 1．高阶系统的瞬态响应 2．闭环主导极点 闭环主导极点 3.6稳态误差分析 1．稳态误差定义 2．控制系统的型别 3．给定输入信号作用下的系统稳态误差 4．扰动输入信号作用下的系统稳态误差 5．提高稳态精度的措施 稳态误差定义 控制系统的型别 给定输入信号作用下的系统稳态误差 扰动输入信号作用下的系统稳态误差 提高稳态精度的措施 3.7基本控制规律的分析 1．比例控制 2．比例微分控制 3．比例积分控制 4．比例积分微分控制 比例控制 比例微分控制 比例积分控制 比例积分微分控制 第四章 根轨迹法 4.1根轨迹的基本概念 1．根轨迹图的基本概念 2．根轨迹方程 3．幅值条件方程和相角条件方程 4．幅值条件和相角条件的应用 根轨迹图的基本概念 根轨迹方程 幅值条件方程和相角条件方程 幅值条件和相角条件的应用 4.2