《自动控制系统》教案 第1课 绪论.docx

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《自动控制系统》教案

课时分配表

章序

课程内容

课时

备注

1

绪论

4

2

自动控制系统的数学建模

12

3

自动控制系统的时域分析

14

4

自动控制系统的频域分析

14

5

自动控制系统的校正

8

6

自动控制系统的典型应用

4

合计

56

课题

绪论

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

（1）认识自动控制系统

（2）了解自动控制系统的设计流程

素质目标：

加强对自动控制系统的理解，培养脚踏实地、求真务实的作风

教学重难点

教学重点：自动控制系统的定义及基本组成、自动控制系统的性能要求、自动控制系统的基本控制方式、自动控制系统的分类、拟定性能指标、初步设计、原理试验、样机生产、

教学难点：自动控制系统的基本控制方式、自动控制系统的性能要求和分类

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

新课预热

【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程定位、内容安排、考核要求等

【学生】聆听、互动

【教师】引导学生举例日常生活中自动控制系统的应用，吸引学生的学习兴趣

【学生】互动、聆听、记录

问题导入

【教师】提出以下问题：

自动控制系统的应用给我们的生活带来了哪些便利？

【学生】思考、举手回答

传授新知

【教师】通过学生的回答，引入新知，讲解自动控制系统的定义及基本组成、自动控制系统的性能要求、自动控制系统的基本控制方式、自动控制系统的分类等知识

0.1.1自动控制系统的定义及基本组成

1．自动控制系统的定义

自动控制系统广泛应用于各个领域，涵盖了生活生产的方方面面。它们种类丰富，作用各异，极大地影响着我们的生活方式和生活质量。所谓控制系统，是指通过被控对象规定功能的实现来达到预期目标的系统。其中，无须人的直接参与，而是利用控制装置使被控量自动地按照预定的规律变化的系统就是自动控制系统。例如，直流电动机可以保持恒定转速，无人机可以按照预定航线自动飞行，空调可以根据预设温度来使室温恒定，自动驾驶汽车可以根据路况自动驾驶等，这些场景的实现都离不开自动控制系统。

2．自动控制系统的基本组成

自动控制系统种类繁多，虽然组成系统的元件有所不同，但是不同的元件承担的职能及系统整体的基本结构却是类似的。概括起来，自动控制系统的基本组成一般有如下几部分。

（1）给定元件。

（2）被控对象。

（3）测量元件。

（4）执行元件。

（5）比较元件。

（6）放大元件。

（7）校正元件。

【教师】随机邀请学生回答以下问题：

什么是控制器？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

对于上述介绍的自动控制系统的基本组成，有时比较元件、放大元件、校正元件又可以合称为控制器或控制装置。控制器是用于接收变换、放大后的偏差量的元件，它能够通过一定的控制规律给出控制量，并传递至被控对象，如PLC（可编程逻辑控制器）。

此外，在实际应用中，自动控制系统中一些常用的术语如下。

（1）被控量。

（2）参考输入量。

（3）控制量。

（4）反馈量。

（5）偏差量。

（6）扰动量。

一般，自动控制系统的组成可以用方框“□”表示，然后用圆圈“○”来表示比较元件，系统各组成部分之间用箭头连接，箭头指示方向为信号传递方向。另外，指向比较元件的线旁常标有“+”或“-”，表示输入信号的极性。这种表示方式可以简单清晰地表达自动控制系统的工作原理，便于分析。

【教师】利用多媒体展示“自动控制系统基本组成的原理框图”图片，并进行讲解

自动控制系统基本组成的原理框图如图所示。

0.1.2自动控制系统的性能要求

为了实现自动控制，需要对自动控制系统的性能提出相关要求。

【教师】扫码播放“自动控制系统的性能要求”视频（详见教材），并随机邀请学生回答以下问题：

自动控制系统的性能要求有哪些？

【学生】观看、思考，举手回答

【教师】总结学生的回答

即自动控制系统应具有稳定性、快速性和准确性。

【教师】随机邀请学生回答以下问题：

在设计自动控制系统时，应如何考虑稳定性、快速性和准确性这三个方面的性能要求呢？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

在工程实践中，由于要实现的目标不同，不同的自动控制系统对稳定性、快速性和准确性方面的侧重往往有所不同，而这三方面要求之间又存在相互制约的关系。例如，对于高射炮系统，主要强调其快速性和准确性，这就会相对降低其稳定性。因此，在设计自动控制系统时，需要根据系统的具体目标，均衡考虑这三方面要求，同时兼顾经济性。

0.1.3自动控制系统的基本控制方式

自动控制系统有三种基本控制方式，分别为开环控制、闭环控制和复合控制，每种控制方