自动控制原理教学大纲 （自动化专业）.doc

《自动控制理论A》课程教学大纲

课程名称：自动控制理论A

英文名称：AutomaticControlTheoryA

课程代码：1

学分/学时：3.5学分60学时（其中理论52学时、实验8学时）

开课学期：第4学期

适用专业：自动化专业

先修课程：大学物理、电路分析基础、模拟电子技术等

后续课程：自动化专业综合设计、自动化专业生产实习、自动化专业毕业设计等

课程负责人：

开课单位：电气与电子信息学院

一、课程性质和课程目标

1.课程性质

自动控制理论是自动化、轨道交通信号与控制、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业基础必修课。通过本课程学习，使学生掌握自动控制理论的基本知识，具备应用控制的思想分析问题的意识，能够利用自动控制理论的相关知识分析、设计实际控制系统的能力，为后续控制类专业课程打下重要的基础。

2.课程目标

课程目标1：掌握系统数学模型的建立方法。

课程目标2：掌握模拟控制系统分析的时域法、根轨迹法、频域法，离散控制系统的分析方法，掌握每种方法下对系统稳定性、准确性、快速性指标的计算。

课程目标3：了解PID控制规律，掌握控制系统校正的串联超前、滞后、滞后-超前等手段，改善控制系统性能指标。

课程目标4：通过使用MATLAB/SIMULINK仿真平台结合控制理论演示控制系统搭建与分析，掌握仿真平台分析控制系统的手段，拓展学生对控制理论的自我研究与探索。

课程目标5：能根据提供的实验设备，搭建实验对象，在实验中验证控制系统分析的不同方法，通过调节调节器，改善系统性能指标并能对实验数据进行分析和解释，得出有效结论。

二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系

课程目标

毕业要求指标点

课程目标1：掌握系统数学模型的建立方法。

2.1掌握数学物理基本方法，能够将工程问题转化、表述为数学问题进行分析

2.2能够应用专业基础知识，建立自动化工程对象的简单模型，并分析对象特性

课程目标2:掌握模拟控制系统分析的时域法、根轨迹法、频域法，离散控制系统的分析方法，掌握每种方法下对系统稳定性、准确性、快速性指标的计算。

2.3能够应用自动化工程专业知识，并通过文献，建立自动化工程对象的复杂模型，掌握对象特性

课程目标3:了解PID控制规律，掌握控制系统校正的串联超前、滞后、滞后-超前等手段，改善控制系统性能指标。

3.1掌握自动化专业基础知识，能够设计和开发简单工程问题的解决方案

课程目标4:通过使用MATLAB/SIMULINK仿真平台结合控制理论演示控制系统搭建与分析，掌握仿真平台分析控制系统的手段，拓展学生对控制理论的自我研究与探索。

5.2能够开发、选择与使用恰当的技术、资源和工具，特别是计算机设计与仿真工具，并用于复杂工程问题的设计与仿真

5.3能够理解现代工具对复杂工程问题设计与仿真的优势和局限性。

课程目标5:能根据提供的实验设备，搭建实验对象，在实验中验证控制系统分析的不同方法，通过调节调节器，改善系统性能指标并能对实验数据进行分析和解释，得出有效结论。

4.1能掌握实验原理，并具有一定的实验方案设计能力。

4.2能掌握并使用相关技术和方法，按合理步骤进行实验，能正确操作实验仪器（设备），获取实验数据。

4.3能对实验数据进行分析和解释，并得出有效结论。

三、教学内容、教学方式（环节）与课程目标的关系

教学内容

教学方式（环节）及学时

课程目标

授课

实验上机

（1）自动控制理论绪论

自动控制理论的发展、分类、以及控制系统的基本性能指标

2

课程目标1

（2）控制系统的数学模型

控制系统的微分方程

控制系统的传递函数

典型输入信号和时域性能指标

6

作业一：用解析法列写系统微分方程及传递函数、动态结构图的等效变换、梅逊公式

（3)时域分析法

各阶系统的时域分析

系统的稳定性分析及误差计算

2

作业二：二阶系统时域分析及其计算、劳斯判据、误差计算

(4)根轨迹分析法

根轨迹的概念及其绘制方法

广义根轨迹

2

课程目标2

作业三：绘制根轨迹、广义根轨迹的求解

(5)频域分析法

频率特性的概念

奈奎斯特图和伯德图的分析与绘制

奈奎斯特稳定判据

相对稳定性和闭环频率特性

2

作业四：奈奎斯特图的分析与绘制、伯德图的分析与绘制、奈奎斯特稳定性判据、裕量的计算

(6)控制系统的校正

系统性能指标的分析

串联超前校正、串联滞后校正、串联超前-滞后校正

4

课程目标3

作业五：串联超前校正、串联滞后校正、串联超前-滞后校正的相关计算

(7)离散控制系统

离散控制系统的基本概念

离散控制系统的数学模型

离散控制系统的性能分析

4

作业六：差分方程、脉冲传递函数求解、离散系统的稳定性分析和判断

（8）期末复习

2

实验一：二阶系统阶跃响应

2

课程目标4

实验二：控制系统的稳定性分析