自动控制原理课程剖析.doc

《自动控制原理》课程剖析 前言 随着生产和科学技术的发展，自动控制技术在国民经济和国防建设中所起的作用越来越大。自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大的提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，并且在人类探索新能源，发展空间技术和改善人民物质生活都起着极为重要的作用。 课程剖析 本课程的性质和目标 自动控制原理是电气工程与自动化专业的技术基础课（专业基础平台课），是必修课，是以原理为主的理论性课程；主要讲述自动控制原理与控制系统设计、实验等内容。 根据自动控制技术发展的不同阶段，自动控制原来可分为古典控制理论和现代控制理论两大部分。 古典控制理论的主要内容是以传递函数为基础，研究单输入单输出一类自动控制系统的分析和设计问题。这些理论研究较早，现在已经比较成熟。并且在工程实践中得到了广泛的应用。 现代控制论是60年代在古典控制论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的。其内容主要以状态空间法为基础，研究多输入多输出、变参数、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。最优控制、最佳滤波、系统辩识、自适应控制等理论都是这一领域研究的主要课题。特别是近年来由于电子计算机技术和现代应用数学研究的迅速发展，使现代控制理论又在研究庞大的系统工程的大系统理论和模仿人类智能活动的智能控制、生物控制、模糊控制等方面有了重大进展。 2、本课程教学目标：培养学生 （1）．掌握经典控制论中，线性定常连续、单输入单输出闭环控制系统的工作原理、分析和综合，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力，使学生对系统的认识上升到更高的层次。 （2）．了解控制系统中常用的检测装置，常用执行机构的工作原理，数学模型的建立过程，以及自控原理、经典控制论在当今的发展状况。 （3）．了解并掌握对系统的仿真，其中包括模拟仿真和数字仿真，使学生建立起仿真的概念，并灵活应用于解决实际问题，掌握用模拟和数字仿真方法来进行原理实验，获得仿真实验技能的基本训练。 （二）、课程内容指导 第一章? 自动控制概论 了解本课程的内容、性质和任务，掌握控制的基本方式 重点：弄清楚对于自动控制系统的基本要求和系统的组成。 课上至少举两个例子来说明自动控制系统的组成，以及系统动态调节的过程，至少布置两道作业题，帮助学生熟悉系统的组成和对控制系统的基本要求。??? ??? 第二章? 控制系统的数学模型 对系统的讨论从定性到定量，建立起系统中各组成部分的数学模型：传递函数，并掌握自控原理中定量数学模型的表示法以及求一个自控系统的传递函数，并对非本质非线性的系统怎样进行线性化有一定的了解。 重点：准确掌握传递函数的概念，以及系统中开环传函和闭环传函的概念；怎样由一个系统的方框图求系统的闭环传递函数。 典型环节的传递函数实验帮助学生对系统中经常遇见的环节的传递函数以及在典型信号输入下环节的输出，以及这些环节在系统中的主要作用有一个清楚得了解。 学习要求：要求灵活掌握传函的本质，对于线性定常连续系统，怎样求一个系统的传函。 第三章?时域分析法 了解对于线性定常连续系统的在时域上的分析的一般过程，典型输入信号的拉氏变换。一阶系统的过渡过程，掌握二阶系统的过渡过程和高阶系统的过渡过程，控制系统的稳定性分析，以及控制系统稳态误差的计算方法。了解无差度的概念。掌握消除和减少稳态误差的办法以及了解用复合控制怎样可以减少系统的稳态误差，提高系统的无差度的原理。 重点：结合第一章提出的对控制系统的基本要求，第三章中重点掌握①时域上描述系统动态性能的特性指标δ%、ts。②劳斯判据判断系统的稳定性。③稳定误差计算以及减少标志误差，提高控制精度的办法。 实验有典型系统得瞬态响应和系统稳定性的劳斯判据分析。 学习要求：通过第三章的学习，结合对控制系统的基本要求，使学生清楚的掌握对于自动控制系统的分析应从三个方面着手。并掌握时域上对系统分析的方法及思路，加强对系统要求的理解，进一步深化时域上对系统分析方法，思路以及分析的目的和意义，并清楚一个性能好的控制系统的特性指标和系统的开环结构中哪些特性参数有关。应用Matlab软件对系统进行时域分析。 第四章?? 根轨迹法???? 了解控制系统根轨迹的概念，一般解析画法过程。用根轨迹法分析控制系统的思路。 掌握绘制根轨迹的基本规则，并利用基本规则概要画出给定系统的根轨迹。并在此基础上用根轨迹法来分析系统的稳定性，动态性能的好坏和闭环主导极点在??? S平面上分布的关系。并掌握最小相位系统的参数根轨迹的画法。最后给出闭环极点，零点分布和控制系统性能指标之间的关系。应用Matlab中根轨迹工具箱对系统进行性能分析。 重点：根轨迹的画法，参数根轨迹的画法，并学会用根轨迹的方法来分析控制系统，附加开环零极