自动控制原理教案Word格式.docx

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点

1、为什么需要自动控制

2、举例说明怎么实现自动控制；

3、开环和闭环控制的区别；

4、自动控制系统的基本组成；

5、了解对自动控制系统的基本性能要求；

6、自动控制系统的方框图。

重

难

重点：

2、3、4、5、6

难点：

1、开环和闭环控制的区别；

2、自动控制系统的方框图。

思

路

与

法

设

计

本节为本课程开课的首节课，建议应首先简介本课程的性质、内容等，强调本课程内容是自动化专业所必备知识之一。

本课程有较多内容为复习性质，讲解中通过复习以前学过的电学知识，结合新增知识点加深对电路中的基本概念、基本电量和基本定律的理解和掌握。

时间安排（建议）：

1、绪论、为什么需要自动控制――20′

2、举例说明怎么实现自动控制；

――20′

3、开环和闭环控制的区别；

4、自动控制系统的基本组成；

――10′

5、了解对自动控制系统的基本性能要求；

――15′

6、课堂小结。

――5′

课

后

分

析

9.5

第2次课（第2周）

第二章自动控制系统的数学模型

掌握动态系统微分方程模型。

1、不同RLC电路的动态系统微分方程；

2、机械位移系统的动态系统微分方程；

3、电机速度控制系统的动态系统微分方程。

1、不同RLC电路的动态系统微分方程；

3、电机速度控制系统的动态系统微分方程；

难点：

1、不同RLC电路的动态系统微分方程；

3、电机速度控制系统的动态系统微分方程。

考虑到专科学生的电气基础，对每一种动态微分方程的建立需要举几个例。

1、不同RLC电路的动态系统微分方程的举例；

――35′

2、不同机械位移系统的动态系统微分方程举例；

――30′

3、电机速度控制系统的动态系统微分方程举例。

――25′

作业：

Pg.21：

1.2　1.41.5

授课日期

9.9

周5

第3次课（第2周）

传递函数

1、掌握传递函数的定义和性质

2、掌握典型环节的传递函数

1、拉普拉斯变换的复习；

2、传递函数的定义和性质；

3、比例环节、微分环节、积分环节、一阶惯性环节、二阶振荡环节和延迟环节的传递函数。

1、传递函数的定义和性质；

2、比例环节、微分环节、积分环节、一阶惯性环节、二阶振荡环节和延迟环节的传递函数。

难点：

比例环节、微分环节、积分环节、一阶惯性环节、二阶振荡环节和延迟环节的传递函数。

通过微分方程的拉普拉斯变换，引出传递函数的概念，然后通过RC网络的不同组合讲解不同环节传递函数的公式。

※时间安排（建议）：

1、拉普拉斯变换的复习；

2、传递函数的定义和性质；

3、比例环节、微分环节、积分环节、一阶惯性环节、二阶振荡环节和延迟环节的传递函数――55′

课堂小结；

9.12

第4次课（第3周）

中秋节放假

9.19

第5次课（第4周）

系统结构图及其等效变换

1、掌握系统结构图的基本组成；

2、掌握系统结构图的等效变换和化简。

1、系统结构图的基本组成；

2、系统结构图的等效变换和化简。

1、2。

系统结构图各环节的等效变换和化简。

1、结合信号流向讲解系统结构图的组成：

信号线、引出点、比较点和方框；

通过分析点击调速系统的结构图来说明系统结构图的绘制方法；

2、然后说明一个复杂系统的方框图是复杂的，引出方框图化简的概念；

并通过方框图间的三种基本连接方式讲解串联、并联和反馈环节方框图化简的基本思想：

化简前后变量关系保持不变。

3、通过列举几个复杂系统的方框图，运用不同的化简方法来加强方框图化简的运用能力，强调比较点和分支点交叉处的化简方法，得出相同分支点，相同比较点和交叉点的几个原则，使同学们能对系统方框图化简有一个较好的分析能力

1、系统结构图的基本组成，电机调速系统结构图的绘制；

2、串联、并联和反馈环节方框图的化简步骤、举例、注意事项；

――55′

3、课堂小结。

9.23

第6次课（第4周）

信号流图及梅逊增益公式

1、了解信号流图的基本概念和组成

2、掌握梅逊增益公式的运用

1、信号流图的基本概念和组成

2、梅逊增益公式的运用

重点：

1、信号流图的基本概念和组成

2、梅逊增益公式的运用

梅逊增益公式的运用

1、首先讲解信号流图的基本概念和组成：

源点、汇点、混合节点、前向通路、回路和不接触回路。

2、然后讲解梅逊公式：

在当信号流图已知时，可以用公式直接求出系统的传递函数；

3、通过梅逊公式的引出，讲解梅逊公式里各个参数的含义以及在具体方框图中的运用方法，特别指出回路的闭合性，得到系统传递函数梅逊公式的口诀：

分子是前向通道之和，分母是一减去反馈回路之和。

1、信号流图的基本概念和组成；

――20′

2、梅逊公式的概念；

3、梅逊公式各参数讲解；

4、梅逊公式的运用；

――40′

5、课堂小结和本章小节。

※Pg.22：

1.171.18

9.26

第7次课（第5周）

典型输入信号和时域性能指标一阶系统的时域分析

1、掌握几种典型输入信号的定义和拉氏变换；

2、掌握系统几种时域性能指标；

3、掌握一阶系统的时域分析方法。

1、几种典型输入信号的定义和拉氏变换；

2、系统几种时域性能指标；

3、一阶系统的时域分析方法。

1、几种典型输入信号的定义和拉氏变换；

2、系统几种时域性能指标。

1、系统几种时域性能指标。

2、一阶系统的时域分析方法。

首先讲解时域分析法在本门课程的地位及作用，然后分析几种典型输入信号：

阶跃信号、斜坡信号、抛物线信号、单位脉冲信号和正弦信号的含义和拉氏变换。

最后对系统几种时域性能指标进行分析，主要有延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、最大超调量和稳态误差。

在分析系统时域性能指标时，主要对照系统在阶跃信号作用下的瞬态响应图来加以说明。

分析一阶系统在几种输入信号下的时域性能指标，通过系统在时域信号输入下的分析方法，说明拉普拉斯变换的意义以及一阶系统在常见三种信号：

单位阶跃信号，单位斜坡信号和单位脉冲信号的作用下系统的时域输出，说明输出信号的几种时域瞬态性能。

1、时域分析法在本门课程的地位及作用；

2、几种典型输入信号的定义和拉氏变换；

3、系统几种时域性能指标；

4、一阶系统的时域分析；

※作业：

Pg.48：

2.3

10.1

第8次课（第6周）

国庆节放假

10.7

第9次课（第6周）

二阶系统的时域分析

掌握二阶系统的时域分析方法

1、二阶系统闭环传递函数的参数分析和特性方程；

2、二阶系统的阶跃响应；

3、二阶系统的暂态性能指标；

1、二阶系统的阶跃响应；

2、二阶系统的暂态性能指标。

从二阶系统闭环传递函数的参数即阻尼比和无阻尼振荡频率入手，得到其特征方程式，分析阻尼比在不同取值下特征根的值；

然后分析在单位阶跃信号输入时，不同阻尼比下二阶系统的输出，得到在阻尼比取值在0和1之间时，二阶系统是衰减振荡的响应；

最后对在阻尼比取值在0和1之间时，二阶系统的暂态性能指标。

3、二阶系统的暂态性能指标；

4、课堂小结。

2.4

10.10

第10次课（第7周）

系统的稳定性分析

1、掌握系统稳定性的基本概念和稳定的充分必要条件；

2、了解劳斯判据对系统稳定性的分析。

1、系统稳定性的基本概念和稳定的充分必要条件；

2、劳斯判据对系统稳定性的分析。

系统稳定性的基本概念和稳定的充分必要条件

劳斯判据对系统稳定性的分析

由一个钟摆的稳定性条件入手讲解系统稳定性的基本概念，结合控制系统稳定性的基本要求讲解系统稳定的充分必要条件：

闭环传递函数的所有极点都位于S平面的左半侧。

通过分析引入代数判据即劳斯判据的原因，讲解劳斯判据来判断系统稳定的基本法则，指出在两种特殊情况下劳斯判据的处理方法，并举三个劳斯判据来判断系统稳定与否的例子。

1、钟摆的稳定性条件和系统稳定性的基本概念；

2、系统稳定的充分必要条件；

3、劳斯判据来判断系统稳定的基本法则；

4、两种特殊情况下劳斯判据的处理方法；

5、劳斯判据的举例；

2.62.72.10

10.17

第11次课（第8周）

系统的稳态特性分析

1、理解稳态误差的含义；

2、掌握系统给定作用下稳态误差的计算方法；

掌握系统在扰动作用下的稳态误差；

3、掌握系统总误差的计算方法。

1、稳态误差的定义；

2、系统的分类；

3、给定作用下的稳态误差；

4、Kp、Kv、Ka的含义及公式；

5、系统在扰动作用下的稳态误差；

6、系统的总误差。

1、稳态误差的定义；

2、给定作用下的稳态误差；

3、Kp、Kv、Ka的含义及公式；

6、系统的总误差；

系统总误差的计算方法。

结合系统方框图说明稳态误差的定义；

介绍开环传递函数串联积分环节的个数来对系统型号进行分类；

由系统的信号来源分析系统在三种不同给定输入时的稳态误差的计算方法及Kp、Kv、Ka的含义及公式。

对扰动作用下系统的方框图进行化简，得到扰动作用下系统的稳态误差计算公式，注意方框图化简时输入信号比较点的处理方法；

然后结合给定作用下系统的稳态误差公式得到系统总误差的计算公式；

最后对系统稳态误差的计算举例。

――5′

――15′

4、Kp、Kv、Ka的含义及公式。

――10′

7、举例；

8、课堂小结。

10.21

第12次课（第8周）

第五章频率特性频率特性的极坐标图

1、了解频率特性的基本概念；

2、掌握典型环节频率特性的极坐标图；

3、掌握系统的开环频率特性的极坐标图。

1、频率特性的基本概念；

2、频率特性的表达方式；

3、典型环节频率特性的极坐标图；

4、系统的开环频率特性的极坐标图。

1、频率特性的基本概念；

2、频率特性的表达方式；

3、典型环节频率特性的极坐标图；

4、系统的开环频率特性的极坐标图。

2、系统的开环频率特性的极坐标图。

首先提出引入频域分析法的原因，讲解在正弦信号输入下系统的输出特点，提出幅频特性和相频特性的概念及表达方式；

说明系统频率特性的表示方法。

然后根据系统频率特性的表达方式，绘制典型环节频率特性的极坐标图；

最后根据系统低频特性和高频特性讲解最小相位系统极坐标图的画法，同时强调系统系统中频特性的处理方法。

――35′

4、系统的开环频率特性的极坐标图；

5、课堂小结。

10.24

第13次课（第9周）

乃奎斯特稳定判据及稳定裕度

1、掌握乃奎斯特稳定判据的基本原理。

2、掌握稳定裕度的概念。

1、特征函数和F平面；

2、幅角原理和公式；

3、乃奎斯特稳定判据；

4、相位裕量和增益裕量。

1、特征函数和F平面；

2、乃奎斯特稳定判据；

3、相位裕量和增益裕量。

1、特征函数和F平面；

2、乃奎斯特稳定判据；

首先从系统稳定的条件入手用闭环系统的特征方程构造一个特征函数，分析S平面和F平面的关系；

然后介绍幅角原理的公式，引出乃奎斯特稳定判据的概念，说明用乃奎斯特稳定判据来判断系统稳定的方法并举例；

最后说明相位裕量和增益裕量的计算方法。

2、幅角原理的公式；

3、乃奎斯特稳定判据；

4、乃奎斯特稳定判据的应用；

5、相位裕量和增益裕量的计算方法；

6、课堂小结；

Pg.

10．31

第14次课（第10周）

频率特性的对数坐标图（Bode图）

（一）

1．理解频率特性的对数坐标图的基本概念；

　2．掌握典型环节频率特性的波德图。

1．频率特性的对数坐标图的基本概念；

；

2．典型环节频率特性的波德图。

重点:

1、频率特性的对数坐标图的基本概念；

2、典型环节频率特性的波德图。

难点:

频率特性的对数坐标图的基本概念。

首先介绍频率特性的对数坐标图的基本概念，说明伯德图坐标系的特点；

然后讲解典型环节频率特性波德图的画法。

1、频率特性的对数坐标图的基本概念；

2、伯德图坐标系的特点；

3、典型环节频率特性伯德图的画法；

――60′

4、课堂小结；

11.4

第15次课（10周）

频率特性的对数坐标图（Bode图）

（二）

用开环频率特性分析系统的性能

1、了解最小相位系统的概念；

2、掌握开环系统伯德图的画法；

3、理解开环频率特性分析系统性能的方法。

1、最小相位系统的概念；

2、开环系统伯德图的画法；

3、用开环伯德图确定稳定裕量；

4、伯德定理简介；

5、伯德图与闭环稳态误差的关系。

1、开环系统伯德图的画法；

2、用开环伯德图确定稳定裕量；

3、伯德图与闭环稳态误差的关系；

开环系统伯德图的画法。

首先介绍最小相位系统的概念，然后讲解开环系统伯德图的画法，介绍用开环伯德图确定稳定裕量的方法，简要介绍伯德定理，最后讲解伯德图与闭环稳态误差的关系。

5、伯德图与闭环稳态误差的关系；

11．7

第16次课（第11周）

基于频率法的串联校正设计

1、了解串联超前校正的特性和校正方法；

2、了解串联滞后校正的特性和校正方法；

1、超前校正装置的特性；

2、串联超前校正方法；

3、滞后校正装置的特性；

4、串联滞后校正方法。

1、串联超前校正方法；

2、串联滞后校正方法。

本堂课首先以一个RC网络为例介绍超前校正装置的特性，接着介绍用频域特性法对超前网络进行串联校正的基本原理，得到用频域特性法对超前网络进行串联校正的7个步骤，并指出这个方法受2个因素的限制；

然后也以一个RC网络为例介绍滞后校正装置的特性，得到用频域特性法对滞后网络进行串联校正的6个步骤。

1、超前校正装置的特性；

2、串联超前校正方法；

――25′

3、滞后校正装置的特性；

4、串联滞后校正方法；