《自动控制原理》课程教学大纲.doc

《自动控制原理》课程教学大纲 课程编号开课学院 自动化学院 开课系 031 课程名称 中 文 自动控制原理 课程类别 必修课 英 文 Principles of Automatic Control 课程学时 总学时 理论教学 实验教学 上 机 课程设计 64 64 √1.有 2. 无 课程简介： 简要描述课程的性质及专业地位，培养目标（理论、能力和技能） 自动控制原理涉及检测技术、信息技术、机电一体化、计算机技术等多个学科领域，有着广泛的应用，是自动化、电气工程与自动化等专业的重要专业基础课。本课程重点介绍了控制系统数学模型的建立、线性系统的时域分析法、根轨迹法、频域分析法、离散系统理论和非线性系统理论。 通过该课程的教学，使学生掌握自动控制的基本原理和方法，为进一步学习专业课程打下扎实的基础；同时使学生具有对控制系统进行分析与设计的基本能力。本课程从基础性、系统性和实用性出发，培养学生的工程应用能力和创新能力。 前修课程、能力和知识结构要求： 明确学生学习本门课程的先修课程，主要能力和知识结构。 本课程必须先修以下几门课程： 《高等数学》、《电路》、《模拟电路》、《数字电路》、《信号与系统》等课程，以及相应的知识结构。 为了能利用本课程内容进行系统设计，还须具备一定的计算机知识等。 课程结构说明： 对课程的组织结构进行简要说明，即明确课程所述内容由几个大的部分构成，每个部分的教学由哪几个环节或单元组成（如：理论授课、实验教学，上机实习，课外作业，随堂考试，讨论会，总结报告等） 本课程主要由系统数学模型、线性连续系统理论、线性离散系统理论和非线性系统理论四部分构成。系统数学模型部分主要介绍线性系统各类数学模型-微分方程 、传递函数，结构图和信号流图的建模方法，是本课程系统分析方法的基础；线性连续系统理论是本课程的核心，主要由时域分析法、根轨迹方法和频域分析法三部分组成，其中时域分析法主要包括：控制系统的稳定性、快速性和准确性分析，根轨迹方法主要包括：根轨迹绘制的基本法则、广义根轨迹、基于根轨迹的系统性能分析，频域分析法主要包括：频率特性、开环系统频率特性曲线的绘制、频率稳定判据与稳定裕度、线性系统的校正方法。线性离散系统理论主要包括：信号采样与保持器的数学模型、，离散系统数学模型的建立、离散系统的稳定性与稳态误差计算等。非线性系统理论主要包括相平面法和描述函数法。 课程知识结构说明： 明确课程涉及的学科知识领域、知识单元，每个知识单元由哪些知识点构成以及每个知识单元的学习目标，明确核心知识点（用“*”标示）和扩展性知识点（用“Δ”标示）、必讲要求和选讲及自学要求。课程学时分布（按知识单元说明，并对核心知识点与较大的知识点进行必要的学时标注）。课程如包含实验或实践性等环节，还需要说明该部分的学时要求以及内容、方案和作用。 本课程主要包括以下知识单元： 1. 控制系统的一般概念，包括:（1）自动控制系统的基本概念（2）自动控制系统的分类及组成（3）* 对控制系统的性能要求。 重点与要求：掌握对于自动控制系统的基本概念和系统的性能要求。 这一部分需要3学时。 2. 控制系统的数学模型，包括:（1）控制系统的时域数学模型（2）Δ拉普拉斯变换(3)* 控制系统的复域数学模型（4）* 控制系统的结构图与信号流图。 重点与要求：准确掌握传递函数的概念，以及系统中开环传递函数和闭环传递函数的概念；学会由系统的结构图求系统的闭环传递函数。 这一部分需要9学时。 3. 线性系统的时域分析法，包括:（1）线性系统的时域性能指标（2）*线性系统的稳定性分析(基本概念，劳斯判据)（3）线性系统的快速性分析（*一阶、二阶，Δ高阶系统）（4）线性系统的准确性分析（*稳态误差计算、Δ稳态误差抑制）（5）线性系统的时域法校正（PID校正）（6）线性系统时域法的应用（MATALB，设计实例）。 重点与要求：掌握描述系统动态性能的特性指标，掌握二阶欠阻尼系统动态指标的计算；劳斯判据判断系统的稳定性；稳态误差计算；了解控制系统的性能指标与系统参数的关系，能够应用Matlab软件对系统进行时域分析。 这一部分需要12学时。 4. 线性系统的根轨迹法，包括:（1）根轨迹的基本概念（2）*根轨迹绘制的基本 法则（3）*广义根轨迹（零度根轨迹、参数根轨迹）（4）系统性能的分析（主导极点与偶极子）（5）Δ线性系统的根轨迹校正（6）Δ利用MATLAB研究根轨迹。 重点与要求：掌握绘制简单系统的根轨迹的方法，熟练应用根轨迹方法分析控制系统性能，了解基于根轨迹的控制系统设计，应用MATLAB绘制并分析根轨迹。 这一部分需要9学时。 5. 线性系统的频域分析法，包括:（1）频率特性 （2）开环系统的典型环节分解和*开环