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经典自动控制课程设计

一、课程目标

知识目标：

1.理解经典自动控制的基本原理，掌握控制系统数学模型的相关知识；

2.学会分析和设计线性定常系统的PID控制器，了解其参数调整对系统性能的影响；

3.掌握频率响应法的应用，能够利用伯德图评估系统稳定性及性能指标。

技能目标：

1.能够运用控制理论知识，对简单的物理系统建立数学模型；

2.借助模拟或数字工具，对控制系统进行仿真实验，并调整控制器参数以优化系统性能；

3.通过小组合作，设计并实现一个简单的经典自动控制系统，展示完整的控制流程。

情感态度价值观目标：

1.培养学生对于自动控制技术原理的好奇心与探索精神，激发对工程问题的解决热情；

2.强化团队合作意识，提升学生在团队中的沟通与协作能力；

3.增强学生对自动化技术在实际应用中重要作用的认识，培养其对社会技术发展的责任感。

二、教学内容

1.控制系统基本概念：控制系统定义、开环与闭环控制系统区分、控制系统的性能指标；

2.数学模型建立：传递函数、状态空间表示、系统响应分析；

3.PID控制器设计：PID控制原理、控制器参数对系统性能的影响、PID参数调整方法；

4.频率响应分析：频率特性、伯德图绘制、稳定性判定；

5.控制系统仿真：利用MATLAB/Simulink进行控制系统建模与仿真；

6.控制系统设计实践：小组合作，选定实际物理系统，进行控制器设计、仿真与实验。

教学内容依据以下教材章节组织：

第一章：控制系统导论；

第二章：控制系统的数学模型；

第三章：PID控制；

第四章：频率响应法；

第五章：控制系统仿真与实验。

教学进度安排：

第一周：控制系统基本概念；

第二周：数学模型建立；

第三周：PID控制器设计；

第四周：频率响应分析；

第五周：控制系统仿真；

第六周：控制系统设计实践及成果展示。

三、教学方法

本课程将采用以下多样化的教学方法，以促进学生主动学习和深入理解经典自动控制的理论与实践：

1.讲授法：教师通过清晰的讲解，系统阐述控制理论的基本概念、原理和方法，为学生提供扎实的理论基础。重点内容如数学模型的建立、PID控制器设计原理等，将通过多媒体课件辅助，增强教学效果。

2.讨论法：针对课程中的难点和实际问题，组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表见解，通过互动交流加深对控制系统的理解。如在分析PID参数调整对系统性能影响时，学生可以分享各自的观点和经验。

3.案例分析法：引入实际控制系统的案例，分析系统设计过程，使学生能够将理论知识与实际应用结合起来。通过对案例的讨论，培养学生解决实际问题的能力。

4.实验法：结合MATLAB/Simulink软件，进行控制系统的建模与仿真实验，让学生在操作中直观感受控制效果，加深对理论知识的理解。同时，通过设计实践，学生能够亲自动手搭建简单的控制系统，将理论与实践相结合。

5.小组合作学习：在课程设计实践环节，学生分组进行项目研究，共同设计控制系统。这种教学方法有助于提高学生的团队合作能力，同时也能够在实践中相互学习，共同提高。

6.反馈与评价：在教学过程中，教师及时给予学生反馈，指导学生调整学习策略。同时，通过学生自评、互评以及教师评价，全面评估学生的学习成果。

7.信息技术辅助教学：利用网络资源、在线课程等信息技术手段，为学生提供丰富的学习资料和拓展学习空间，满足不同学生的学习需求。

四、教学评估

为确保教学评估的客观性、公正性和全面性，本课程采用以下评估方式，全面考察学生的学习成果：

1.平时表现：包括课堂参与度、提问回答、小组讨论等。教师将观察学生在课堂上的表现，鼓励积极思考、主动提问，培养学生的表达能力和团队合作精神。

-课堂参与度占比：10%

-小组讨论表现占比：10%

2.作业：布置与课程内容相关的作业，旨在巩固学生对理论知识的掌握，提高分析和解决问题的能力。

-作业成绩占比：20%

3.实验报告：学生需完成控制系统建模、仿真及实验报告，评估其实际操作能力和对理论知识的运用。

-实验报告成绩占比：20%

4.课程设计：以小组为单位，完成一个经典自动控制系统的设计。评估内容包括方案设计、仿真结果、实验效果等。

-课程设计成绩占比：30%

5.期末考试：采用闭卷考试形式，全面考察学生对课程知识的掌握程度，包括选择题、计算题、分析题等。

-期末考试成绩占比：30%

6.附加评价：对于表现优秀的学生，可给予附加评价，如课堂分享、优秀作业、实验创新等，以鼓励学生深入研究和拓展学习。

-附加评价成绩占比：10%

教学评估将综合以上各个方面，按照一定的权重计算学生的最终成绩。通过多元化的评估方式，全面反映学生的学习成果，激发学生的学习积极性和主动性。同时，教师将根据评估结果，及时调整教学策略，提高教学质量