自动控制原理课程教学大纲.docx

?一、课程基本信息

1.课程名称：自动控制原理

2.课程代码：[具体代码]

3.课程类型：专业基础课

4.学分/学时：[X]学分，[16X]学时（理论教学[12X]学时+实验教学[4X]学时）

5.适用专业：自动化、电气工程及其自动化等相关专业

6.先修课程：高等数学、线性代数、大学物理、电路原理

二、课程目标

本课程旨在使学生掌握自动控制的基本概念、基本理论和基本方法，培养学生分析和设计自动控制系统的能力，为后续专业课程的学习和从事相关领域的工作奠定坚实的基础。通过本课程的学习，学生应达到以下目标：

1.理解自动控制的基本概念、控制系统的组成和分类，掌握反馈控制的基本原理。

2.熟练掌握控制系统的数学模型，包括微分方程、传递函数、动态结构图等，并能进行模型的建立、转换和化简。

3.掌握时域分析法、频域分析法和根轨迹法等经典控制理论的分析方法，能够运用这些方法对控制系统的稳定性、稳态性能和动态性能进行分析和计算。

4.理解控制系统校正的基本概念和方法，能够根据系统性能指标要求设计合适的校正装置。

5.了解现代控制理论的基本概念和方法，如状态空间分析法、线性二次型最优控制等。

6.具备运用Matlab等工具软件对控制系统进行建模、分析和设计的能力。

7.通过课程学习，培养学生的工程实践能力、创新思维能力和团队协作精神，提高学生解决实际问题的能力。

三、课程内容与学时安排

（一）自动控制原理概述（2学时）

1.教学内容

-自动控制的基本概念

-控制系统的组成和分类

-反馈控制的基本原理

-自动控制理论的发展历程

2.教学要求

-了解自动控制在现代科学技术和生产中的重要地位和应用。

-理解自动控制的基本概念，如被控对象、控制器、控制量、被控量、给定值等。

-掌握控制系统的组成部分及其功能，熟悉控制系统的分类方法。

-掌握反馈控制的基本原理，理解反馈控制系统的工作过程和特点。

（二）控制系统的数学模型（12学时）

1.教学内容

-控制系统的微分方程

-传递函数的定义、性质和求取方法

-典型环节的传递函数

-控制系统的动态结构图及其绘制和化简

-信号流图及其梅森公式

2.教学要求

-掌握建立控制系统微分方程的一般方法，能够根据系统的物理模型列写出微分方程，并进行线性化处理。

-深刻理解传递函数的概念，熟练掌握传递函数的求取方法，包括由微分方程求传递函数、由动态结构图求传递函数等。

-熟悉典型环节的传递函数，如比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、一阶微分环节、二阶振荡环节、延迟环节等，能够识别系统中的典型环节。

-掌握控制系统动态结构图的绘制方法，能够将系统的微分方程或传递函数转换为动态结构图，并进行化简，求出系统的传递函数。

-了解信号流图的基本概念，掌握梅森公式的应用，能够利用梅森公式计算信号流图的传递函数。

（三）时域分析法（14学时）

1.教学内容

-典型输入信号及其拉普拉斯变换

-一阶系统的时域响应

-二阶系统的时域响应

-高阶系统的时域响应分析

-系统的稳定性分析，包括稳定性的定义、劳斯判据、赫尔维茨判据

-稳态误差分析，包括稳态误差的定义、计算方法，静态误差系数

2.教学要求

-熟悉典型输入信号，如单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位抛物线信号等，掌握它们的拉普拉斯变换。

-熟练掌握一阶系统和二阶系统的时域响应特性，包括响应曲线、性能指标计算等，能够根据系统的参数分析系统的动态性能。

-了解高阶系统时域响应的分析方法，掌握主导极点的概念及其对系统响应的影响。

-深刻理解系统稳定性的概念，熟练掌握劳斯判据和赫尔维茨判据，能够运用这些判据判断系统的稳定性，并确定系统稳定的参数范围。

-掌握稳态误差的定义和计算方法，熟悉静态误差系数的概念，能够根据系统的类型和输入信号计算系统的稳态误差。

（四）频域分析法（14学时）

1.教学内容

-傅里叶变换的定义、性质和应用

-系统频率特性的定义、表示方法和求取方法

-典型环节的频率特性

-系统的频率特性曲线绘制，包括伯德图、