自动化专业课程教学大纲汇编doc.docx

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自动化专业课程教学大纲汇编doc

自动化专业课程教学大纲汇编

（2014版）

电气与新能源学院

二○一四年九月

《自动化学科概论

（一）》课程教学大纲

课程中文名称：

自动化学科概论

（一）课程英文名称：

AnIntroductiontoAutomationΙ

课程编号：

C1269应开课学期：

学时数：

8学分数：

0.5

适用专业：

自动化课程类型：

专业基础课/必修

先修课程：

无

1、课程性质

《自动化学科概论

（一）》课程是自动化专业学生的必修课。

是为帮助自动化专业一年级学生了解本专业情况的一门考查课程。

学生通过学习本大纲规定的内容，将对自动控制原理，自动化应用技术，自动化科学的最新成果及自动化学科的发展、本专业的课程体系有全面了解，为自动化专业学生学习后续课程打下必要的基础。

2、课程目标：

通过对该课程的学习和讨论，使学生从低年级就能对自动化学科/专业及技术方法、自动化技术在交叉学科应用中的科学方法和手段有初步而较全面科学的了解，并对国内和本校自动化专业的教学环境和教学思想有初步的认识，以便为今后四年乃至更长时间内的专业学习、交叉学科应用和研究打下基础，使学习工程技术课程的方法更合理，针对性更强，学习更主动。

同时，进一步促使学生热爱本专业，注重学科交叉应用，正确应用自动化新技术。

3、支撑的毕业要求

课程对毕业要求的支撑

课程教学目标、达成途径

毕业要求3：

掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势。

教学目标：

理解自动化理论与技术的基本原理；掌握自动化技术在工程控制系统中应用的技能；通过实际应用案例将理论课程内容与实际工程问题相结合，培养学生解决自动化工程问题的能力。

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求4：

具备设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析；

教学目标：

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求5：

掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素。

教学目标：

掌握自动化技术在工程控制系统中应用的新技能；通过实际应用案例将理论课程内容与实际工程问题相结合，培养学生解决自动化工程问题的能力。

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求6：

教学目标：

掌握自动化技术在电力系统中应用的技能；查阅资料的实践。

达成途径：

网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求9：

对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力。

教学目标：

通过实际应用案例的解决方案，培养学生的学习能力，适应形势的发展的能力。

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

四、教学内容、学时安排和基本要求

第一章自动化的发展历史及基本概念（1.5学时）

（1）了解自动化的概念；了解自动化的过去、现在和将来；

（2）了解自动化与信息化及信息技术的关系；

重、难点:

自动化与信息技术的关系

自动化技术的核心---自动控制（1.5学时）

自动控制系统的基本控制方式；

基本的控制方法——PID控制；

（3）热门的控制方法——智能控制；

（4）自动控制的发展状况

重、难点：

自动控制系统的基本控制方式；基本的控制方法—PID控制；热门的控制方法—智能控制。

机器人、先进制造技术及航空航天等领域的自动化技术介绍（2学时）

（1）家庭自动化；

（2）汽车中的自动化系统；

（3）智能交通；

（4）电力系统自动化；

（5）形形色色的机器人；

（6）先进制造技术与自动化；

（7）军事与国防的现代化；

（8）宇宙飞行与自动化。

重、难点：

电力系统自动化；机器人；先进制造技术与自动化。

第四章自动化教育的内涵与体系（1学时）

1）国外自动化教育的现状及发展；

2）我国自动化教育的发展历程和发展趋势；

3）自动化教育的培养目标与定位；

4）自动化专业的知识结构与课程体系。

重、难点：

无

五、课程的其它教学环节

序号

教学环节

教学内容

学时

讨论

专题讨论一：

举例阐述自动控制系统概念、自动化与非自动化的区别

1学时

讨论

专题讨论二：

举例说明自动化的优势及实现自动化的意义

1学时

六、教学方法与手段

本课程教学主要采用讲授、多媒体教学、课堂讨论、课下作业等教学方法与手段。

要求教师在授课过程中，能够联系到一些自然界的现象和工业生产过程中的自动化设备进行论述，提高学生的认识能力。

七、推荐教材和教学参考资源

教材：

赵耀.自动化概论；北京：

机械工业出版社，2014

参考书：

[1]汪晋宽等.自动化概论.北京：

北京邮电大学出版社，2006年2月第1版.

[2]万百五等.自动化（专业）概论.武汉：

武汉理工大学出版社，2002年.

[3]戴先中.自动化科学与技术学科的内容、地位与体系.北京：

高等教育出版社，2003.

[4]国家自然科学基金委员会.自动化科学与技术.北京：

科学出版社，1995.

八、考核内容及方式

平时成绩占50%（其中考勤成绩占20%，平时作业和课堂提问讨论成绩占30%），研究报告成绩占50%。

大纲修订人：

王仁明修订日期：

2014-6

大纲审定人：

审定日期：

主管院长：

«?

（?

）»?

课程中文名称：

自动化学科概论

（二）课程英文名称：

AnIntroductiontoAutomation¢ò

课程编号：

C1270应开课学期：

学时数：

8学分数：

0.5

适用专业：

自动化课程类型：

专业基础课/必修

先修课程：

高等数学、自动控制理论、电机与拖动

一、课程性质

《自动化学科概论

（二）》课程是自动化专业学生的必修课。

是为自动化专业三年级学生介绍自动化理论与技术在某些主要领域的应用以及自动化的前沿理论与技术，以拓宽学生的知识面与专业视野。

学生通过学习本大纲规定的内容，将对自动化专业有更深刻的了解，对所学专业的应用、学科的发展、本专业的课程体系有更深刻的认识，为自动化专业学生以后的学习与深造打下必要的基础。

二、课程目标：

通过对该课程的学习和讨论，使得学生能够分析和归纳自动化领域的复杂工程问题，建立问题的模型并求解，制定仿真计算或实验验证的方案。

理解自己在自动化行业实践和解决自动化领域复杂工程问题中的角色，以及应承担的责任。

具备自动化工程技术人员的基本素质和能力。

课程以电力系统自动化为核心内容，要求学生选择某个子课题，通过讨论和协作，综合运用相关课程知识和技能，对所提出的问题进行分析、归纳和建模、求解。

最后，通过仿真验证结论。

完成报告并汇报。

三、支撑的毕业要求

课程对毕业要求的支撑

课程教学目标、达成途径

毕业要求3：

习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势。

教学目标：

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求4：

具备设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析；

教学目标：

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

毕业要求5：

教学目标：

掌握自动化技术在工程控制系统中应用的新技能；通过实际应用案例将理论课程内容与实际工程问题相结合，培养学生解决自动化工程问题的能力。

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

撰写报告

毕业要求6：

教学目标：

掌握自动化技术在电力系统中应用的技能；查阅资料的实践。

达成途径：

网上查阅资料；专题讨论。

撰写报告

毕业要求9：

对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力。

教学目标：

通过实际应用案例的解决方案，培养学生的学习能力，适应形势的发展的能力。

达成途径：

课堂讲解；网上查阅资料；专题讨论。

撰写报告

四、教学内容、学时安排和基本要求

1、电力系统自动化简介（2学时）

包括输、配电等。

（1）了解电力行业概况。

（2）熟悉风力发电、火电厂及抽水蓄能发电中的典型控制问题。

（3）了解输、配电概念、熟悉配网自动化中的典型控制问题。

重、难点:

熟悉风力发电、火电厂及抽水蓄能发电中的典型控制问题、配网自动化。

2、控制工程课题讲解、师生协商分组，确定课题（2学时）

电网控制课题链：

从一次频率控制，到二次频率控制，到三次频率控制，到电压控制，到能量管理系统等。

非线性控制课题链：

从基本非线性控制理论，到发电机模型，到发电机线性控制，到发电机非线性控制，从理论推导到仿真等。

火电厂控制课题链：

从火电厂基础知识，到机炉电模型，到汽门控制，到机组协调控制等。

智能电网控制课题链：

从传统电网，到递阶控制，到广域信息采集与控制系统，到风电、电动汽车控制，到智能电网的总体框架等。

确定分组、组长。

重、难点：

问题的提出、模型的建立、求解及应用。

3、讨论问题及撰写报告（2学时）

各组将遇到的关键问题以及难以解决的问题提出来讨论，寻求解决方法。

重、难点：

寻求解决问题思路、方法。

汇报、评价成果（2学时）

就上述所选课题，学生代表汇报自己组的成果。

重、难点：

报告的深度与详细程度

五、课程的其它教学环节

序号

教学环节

教学内容

学时

研讨

专题讨论一：

电网控制问题、火电厂控制问题

课外学时

研讨

专题讨论二：

非线性控制问题

课外学时

六、教学方法与手段

本课程教学主要采用讲授、讨论、撰写报告等教学方法与手段。

要求教师在授课及讨论过程中，提供相应的参考书、网址、共讨论的课题等

七、推荐教材和教学参考资源

教材：

PRABHAKUNDUR,电路系统稳定与控制,北京：

中国电力出版社,2002

参考资源：

所有自动化应用领域的参考书及网站

八、考核内容及方式

平时成绩占50%，研究报告成绩占50%。

大纲修订人：

王仁明修订日期：

2014-6

大纲审定人：

审定日期：

主管院长：

«?

Ⅰ（?

）»?

课程中文名称：

自动控制理论¢ñ

（一）课程英文名称：

ControlTheory¢ñ

课程编号：

C1325应开课学期：

学时数：

64（56+8）学分数：

适用专业：

自动化课程类型：

专业核心课/必修

先修课程：

电路原理、电子技术基础、控制系统与信号分析、电机与拖动

一、课程性质

本课程是自动化专业的专业核心课与学位课。

自动控制理论是研究自动控制系统普遍规律的科学，广泛应用于各行各业。

它侧重于理论的角度，系统地阐述自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍对自动控制系统从建模、分析到设计应用的各种原理、思想和方法。

学生通过学习本大纲规定的内容，将掌握自动控制的基本理论和基本技能，会分析和设计基本的控制系统。

为学习本专业的后续课程打下必要的基础。

《自动控制理论Ⅰ

（一）》主要讲授经典控制理论部分，为学习本专业的后续课程打下必要的基础。

二、课程目标

通过对该课程的学习，使学生了解自动控制理论的研究领域、研究内容和研究方法；理解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原理；掌握自动控制系统的组成及相关术语；掌握建立自动控制系统的物理模型和数学模型的基本方法；掌握自动控制系统的分析方法及评价自动控制系统的各项性能指标，为后续课程打下良好的基础；掌握自动控制系统设计与综合的基本方法，能按所要求性能指标设计控制器；能使用MATLAB软件对控制系统进行模型建立、性能分析、控制器设计和系统仿真。

三、支撑的毕业要求

3．掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势；

教学目标：

理解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原理；掌握自动控制系统模型建立、性能分析、控制器设计的基本方法。

达成途径：

课堂讲解；实例分析；专题讨论。

评价依据：

讨论提问；作业；实验报告。

评价方式：

评估讨论提问；评估平时作业的正确性与完整性，给出成绩；评估实验报告的正确性与完整性，给出成绩。

4．具备设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析；

教学目标：

理解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原理；掌握自动控制系统模型建立、性能分析（时域分析、根轨迹分析、频域分析）、控制器设计的基本方法。

达成途径：

课堂讲解；实例分析；专题讨论；实验验证。

评价依据：

讨论提问；作业；实验报告。

5．掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素。

教学目标：

达成途径：

课堂讲解；图纸阅读；专题讨论；实验验证。

评价依据：

讨论提问；实验操作；实验报告。

评价方式：

评估讨论提问、实验操作的正确性，给出成绩；评估实验报告的正确性与完整性，给出成绩。

四、教学内容、学时安排和基本要求

第一章绪论（2学时）

重点难点：

控制系统的组成、控制系统的性能要求

（1）了解自动控制理论的发展及应用；理解自动控制基本概念

（2）了解自动控制系统的分类，掌握自动控制系统的组成及相关术语

（3）理解对自动控制系统的性能要求

第二章控制系统的数学模型（8学时）

重点难点：

传递函数的概念与求取

（1）理解动态系统数学模型的初步知识

（2）掌握微分方程的建立及求解方法

（3）掌握传递函数概念及性质

（4）掌握电气系统的数学建模

（5）掌握方框图建立与化简

（6）掌握信号流图与梅逊（Mason）公式

（7）使用MATLAB建立数学模型及模型转换方法

第三章控制系统的时域分析法（10学时）

重点难点：

二阶系统的时域响应及动态性能指标，稳态误差的计算，稳定性分析

（1）掌握一阶系统的时域响应

（2）掌握二阶系统的时域响应及动态性能指标的计算

（3）了解高阶系统的时域响应

（4）理解稳定性的定义，掌握稳定性的充要条件，掌握劳斯稳定判据及其应用

（5）理解稳态误差、系统型别的概念，掌握静态误差系数、稳态误差的计算

（6）使用MATLAB求系统响应和计算系统性能指标

第四章根轨迹法（8学时）

重点难点：

根轨迹的条件及绘制，用根轨迹图分析控制系统

（1）理解根轨迹的概念

（2）掌握根轨迹的幅相条件和绘制根轨迹的基本规则

（3）了解参数根轨迹和零度根轨迹

（4）掌握利用根轨迹图分析控制系统

（5）使用MATLAB绘制根轨迹图、分析系统性能

第五章频率特性法（12学时）

重点难点：

Bode图，Nyquist判据及应用，稳定裕度

（1）理解频率特性的概念及其表示方法

（2）掌握Bode图的绘制

（3）掌握Nyquist图的绘制

（4）掌握Nyquist判据及其应用

（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及计算方法

（6）了解闭环频率特性及频域指标与时域指标之间的关系

（7）使用MATLAB绘制Bode图，Nyquist图，分析系统性能

第六章控制系统的校正（8学时）

重点难点：

频域法超前、滞后校正

（1）理解控制系统综合与校正的基本概念及方式

（2）掌握超前、滞后校正装置的特性

（3）掌握频域法超前校正、滞后校正

（4）掌握根轨迹法超前校正、滞后校正

（5）了解滞后-超前校正

（6）掌握PID控制算法及其参数整定方法

（7）使用MATLAB对控制系统进行校正

第七章离散控制系统（8学时）

重点难点：

脉冲传递函数，离散控制系统的性能分析

（1）理解信号采用与保持的原理

（2）掌握z变换与z反变换

（3）理解脉冲传递函数的概念，掌握脉冲传递函数的求取

（4）掌握差分方程及其求解

（5）掌握离散控制系统的性能分析

（6）掌握离散控制系统的数字校正

（7）使用MATLAB对离散控制系统进行模型、分析、设计及仿真

五、课程的其它教学环节

序号

教学环节

教学内容

学时数

实验

实验一：

控制系统的时域分析；

实验

实验二：

控制系统的根轨迹分析；

实验

实验三：

控制系统的频域法分析

实验

实验四：

直流电动机转速控制系统设计

平时作业

1、控制系统组成及工作原理作业

2、控制系统建模作业

3、控制系统时域分析作业

4、控制系统根轨迹分析作业

5、控制系统频域分析作业

6、控制系统设计与校正作业

7、离散控制系统作业

六、教学方法与手段

本课程教学主要采用课堂讲授、小组讨论、作业和实验等教学方法与手段。

七、推荐教材和教学参考资源

教材：

1.邹伯敏主编.自动控制理论（第三版）[M].北京:

机械工业出版社，2007.

参考书：

1.绪方胜彦.ModernControlEngineering（第四版）.清华大学出版社.

2.胡寿松等.自动控制原理（第五版）[M].北京:

国防工业出版社，2007.

3.程鹏主编.自动控制原理（第一版）[M].北京:

高等教育出版社，2003.

教学参考资源：

本课程已在三峡大学“求索学堂”平台上建设成为在线开放课程，网址为：

八、课程考核内容及方式

平时成绩占30～40%（考勤成绩10%+课程实验15%+平时作业15～25%），期末考试成绩占70～60%。

大纲修订人：

刘平修订日期：

2014-06

大纲审定人：

审定日期：

主管院长：

«?

Ⅰ（?

）»?

课程中文名称：

自动控制理论¢ñ

（二）课程英文名称：

ControlTheory¢ñ

课程编号：

C1326应开课学期：

学时数：

32学分数：

适用专业：

自动化课程类型：

专业核心课/必修

先修课程：

电路原理、电子技术基础、控制系统与信号分析、电机与拖动

一、课程性质

本课程是自动化专业的专业核心课与学位课。

自动控制理论是研究自动控制系统普遍规律的科学，广泛应用于各行各业。

它侧重于理论的角度，系统地阐述自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍对自动控制系统从建模、分析、到设计应用的各种原理、思想和方法。

学生通过学习本大纲规定的内容，将掌握自动控制的基本理论和基本技能，会分析和设计基本的控制系统。

为学习本专业的后续课程打下必要的基础。

《自动控制理论Ⅰ

（二）》主要讲授现代控制理论的基础内容，为学习本专业的后续课程打下必要的基础。

二、课程目标

通过对该课程的学习，使学生掌握非线性控制系统的描述函数分析法和相平面分析法；了解现代控制理论的研究内容和研究方法；掌握自动控制系统状态空间模型的建立及线性变换；掌握线性定常系统状态方程的求解；掌握线性定常系统的能控性、能观性、稳定性分析；掌握状态反馈极点配置算法；掌握状态观测器及其设计；了解现代控制理论的最新发展状态；能使用MATLAB软件对控制系统进行模型建立、性能分析、控制器设计和系统仿真。

三、支撑的毕业要求

3．掌握工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势；

教学目标：

掌握非线性控制系统的基本分析方法；掌握用状态空间法对自动控制系统进行模型建立、性能分析、控制器设计的基本方法。

达成途径：

课堂讲解；实例分析；专题讨论。

评价依据：

讨论提问；平时作业；综合作业

评价方式：

评估讨论提问；评估平时作业的正确性与完整性，给出成绩；评估综合作业的正确性与完整性，给出成绩。

教学目标：

掌握非线性控制系统的基本分析方法；掌握用状态空间法对自动控制系统进行模型建立、性能分析、控制器设计的基本方法；能使用MATLAB软件对控制系统进行模型建立、性能分析、控制器设计和系统仿真。

达成途径：

课堂讲解；工具软件的运用；专题讨论。

评价依据：

讨论提问；综合作业。

评价方式：

评估讨论提问；评估综合作业的正确性与创新性，给出成绩。

四、教学内容、学时安排和基本要求

第一章非线性控制系统（8学时）

重点难点：

非线性控制系统的描述函数分析法和相平面分析法

（1）理解非线性控制系统的特点，掌握几种典型的非线性特性

（2）理解描述函数的概念，掌握典型非线性元件的描述函数

（3）掌握用描述函数法分析非线性系统

（4）理解相轨迹的概念，掌握相轨迹的绘制

（5）了解奇点及其分类

（6）掌握非线性系统的相平面分析方法

（7）使用MATLAB分析非线性系统

第二章控制系统的状态空间描述（6学时）

重点难点：

状态空间描述的概念与求取

（1）了解现代控制理论的产生与发展，与经典控制理论的差异

（2）理解状态变量、状态空间描述的概念

（2）掌握状态空间描述的建立方法

（3）掌握状态空间描述的线性变换及标准型

（4）掌握由传递函数求状态空间描述

（5）使用MATLAB建立控制系统的状态空间描述

第三章状态方程的求解（4学时）

重点难点：

状态转移矩阵

的定义及计算

（1）掌握线性定常齐次状态方程的求解

（2）理解状态转移矩阵的定义及性质，掌握其计算方法

（3）掌握线性定常非齐次状态方程的求解

第四章线性定常系统的能控性与能观性（4学时）

重点难点：

能控性、能观性的定义与判别

（1）理解能控性、能观性的定义

（2）掌握能控性、能观性的判别方法

（3）了解对偶像原理

（4）理解能控性、能观性与传递函数的关系

第五章李雅普诺夫稳定性分析（4学时）

重点难点：

李雅普若夫稳定性及李雅普若夫第二法

（1）理解李雅普诺夫稳定性定义

（2）掌握李雅普诺夫第一法

（3）掌握李雅普诺夫稳定性第二法

第六章线性定常系统的综合（6学时）

重点难点：

状态反馈，状态观测器，带观测器的状态反馈

（1）理解线性反馈控制系统的基本结构形式及特点

（2）掌握状态反馈求解极点配置问题

（3）理解状态观测器的定义，掌握其设计方法

（4）掌握利用观测器实现状态反馈的设计方法

（5）使用MATLAB求解极点配置问题

五、课程的其它教学环节

序号

教学环节

教学

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