自动控制原理.docx
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自动控制原理
《自动控制原理》教学大纲
课程编号：
063109
课程性质：
学科基础课
适用专业：
电气工程及其自动化、自动化、测控技术与仪器
先修课程：
电路分析基础后续课程：
计算机控制技术、现代控制理论
总学分：
5学分
其中实验学时：
6学时
一、教学目的与要求
1.教学目的
自动控制原理是研究自动控制共同规律的技术科学，其任务是使学生通过本课程的学习对经典控制理论的原理和方法有一个全面、扎实的理论基础，为后继课程的学习和今后的工作打下坚实的基础。
2.教学要求
本课程系统地分析了反馈控制系统的特点，要求学生掌握建立系统数学模型的各种方法，对一个系统会使用时域法、根轨迹法和频率法进行分析，在此基础上应用经典控制理论的方法对系统进行校正。
本课程以课堂教学为主，实验教学为辅，使学生掌握本课程的知识内容，对控制系统设计有一个全面的认识。
二、课时安排
序号
教学内容
学时
实验学时
1
自动控制的一般概念
3
2
控制系统的数学模型
9
3
线性系统的时域分析法
12
2
4
线性系统的根轨迹法
9
5
线性系统的频域分析法
13
2
6
线性系统的校正方法
11
2
7
线性离散系统的分析与校正
13
8
非线性控制系统分析
7
合 计
77
6
三、教学内容
1.自动控制的一般概念（3学时）
（1）教学基本要求
理解：
自动控制的基本原理与方式；
掌握：
绘制自动控制系统方框图的方法。
（2）教学内容
①自动控制的基本原理与方式（重点）
②自动控制系统示例（重点）
③自动控制系统的分类
④对自动控制系统的基本要求
2.控制系统的数学模型（9学时）
（1）教学基本要求
了解：
建立控制系统数学模型的方法；
理解：
传递函数的概念；
掌握：
由结构图和信号流图求传递函数的方法。
（2）教学内容
①控制系统的时域数学模型
②控制系统的复域数学模型
③控制系统的结构图与信号流图（重点、难点）
④闭环系统的传递函数（重点）
3.线性系统的时域分析法（12学时）
（1）教学基本要求
理解：
线性系统时间响应的性能指标；
掌握：
二阶系统欠阻尼的时域分析、线性系统的稳定性分析及稳态误差计算。
（2）教学内容
①线性系统时间响应的性能指标
②一阶系统的时域分析
③二阶系统的时域分析（重点、难点）
④线性系统的稳定性分析（重点）
⑤线性系统的稳态误差计算（重点）
4.线性系统的根轨迹法（9学时）
（1）教学基本要求
理解：
根轨迹、根轨迹方程的概念；
掌握：
根轨迹绘制的基本法则；
灵活运用：
结合二阶时域分析，综合应用根轨迹。
（2）教学内容
①根轨迹方程（重点）
②根轨迹绘制的基本法则（重点、难点）
③系统性能的分析与估算
5.线性系统的频域分析法（13学时）
（1）教学基本要求
理解：
频率特性的概念，稳定裕度的概念；
掌握：
绘制开环系统频率特性的方法，奈奎斯特稳定判据的应用。
（2）教学内容
①引言
②频率特性（重点）
③典型环节和开环系统频率特性（重点）
④奈奎斯特稳定判据（重点、难点）
⑤稳定裕度（重点）
⑥闭环系统频域性能指标
6.线性系统的校正方法（11学时）
（1）教学基本要求
了解：
常用校正装置及其特性；
掌握：
串联校正的应用；
灵活运用：
串联超前校正的设计。
（2）教学内容
①系统的设计与校正问题
②常用校正装置及其特性（重点）
③串联校正（重点、难点）
④反馈校正
⑤复合校正
7.线性离散系统的分析与校正（13学时）
（1）教学基本要求
了解：
离散系统的基本概念；
理解：
信号的采样与保持；
掌握：
脉冲传递函数的求法，稳定性分析和稳态误差的计算。
（2）教学内容
①离散系统的基本概念
②信号的采样与保持（重点）
③Z变换理论
④离散系统的数学模型（重点）
⑤离散系统的稳定性与稳态误差（重点）
⑥离散系统的时间响应
⑦离散系统的数学校正（难点）
8.非线性控制系统分析（7学时）
（1）教学基本要求
了解：
非线性控制系统的基本概念和常见非线性特性；
掌握：
描述函数法的应用。
（2）教学内容
①非线性控制系统概述
②常见非线性特性及其对系统运动的影响
③相平面法（重点、难点）
④描述函数法（重点）
四、授课方式及考核方式
1.授课方式
多媒体课件讲授
2.考核方法
考试类型：
试卷库，成绩组成：
平时成绩30％，期末成绩70％
五、教材与参考书目
1.胡寿松.自动控制原理（第4版）.科学出版社.2001
2.邹伯敏.自动控制理论（第2版）.机械工业出版社.2002
3.梅晓榕.自动控制原理.科学出版社.2002
4.颜文俊，陈素琴，林峰.控制理论CAI教程.科学出版社.2002
《自动控制原理》教案No.1
教学对象
电气工程及其自动化本科生
教学时间
2005年9月6日
教学内容
第一章自动控制的一般概念
1、自动控制的基本原理与方式
2、自动控制系统示例
教学目的
让学生了解：
1、什么是自动控制以及应用场合
2、自动控制系统的名词
3、自动控制系统的几种基本形式
4、自动控制系统的原理框图分析方法
教学重点
1、自动控制系统的分析方法
2、自动控制系统的基本原理
教学难点
自动控制系统的分析方法以及原理方框图的画法
建议学时
3学时
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
讲授（PPT）
演示设计
板书设计
§1-1自动控制的基本原理与方式
1、自动控制技术及其应用
2、自动控制理论
板书：
自动控制原理的分类
3、反馈控制原理
分析龙门刨床速度控制系统的运动过程
板书：
控制系统方框图的基本组成及画法
4、反馈控制系统的基本组成
5、自动控制系统基本控制方式
§1-2自动控制系统示例
1、家用电冰箱
2、锅炉液位控制系统
3、龙门刨床速度控制系统
4、电炉温度控制系统
教学过程
课程复习
第一次上课引出课程的性质和特点，并指出与相关课程之间的关系和该课程的特点是什么。
自动控制原理的学习方法。
课程导入
1、首先指出自动控制技术及其应用的场合，用大量翔实的图片说明问题，并引起同学们对这门课的兴趣。
2、介绍自动控制理论研究走过的路程，以及自动控制理论的基本结构和分类。
教学小结
1、自动控制系统的开环、闭环和复合控制的基本形式。
2、重点指出反映系统中各个环节的物理意义，特别指出反馈量与给定量的物理量纲相同，而输出量与测量后的反馈量量纲可能不同。
学习指导
学生第一次接触自动控制原理，因此有必要讲解作业的做法，分析习题的做法，特别指出什么是被控量，什么是被控对象，并注意连续系统与离散系统的不同点。
参阅教材
教材第一章第1、2节
网络资源
作 业
第一章第1、2、5题
教学后记
《自动控制原理》教案No.2
教学对象
电气工程及其自动化本科生
教学时间
2005年9月9日
教学内容
第一章自动控制的一般概念
3、自动控制系统的分类
4、对自动控制系统的基本要求
第二章控制系统的数学模型
1、控制系统的时域数学模型
教学目的
1、清楚自动控制系统的基本要求
2、了解建立系统微分方程的一般方法
教学重点
教学难点
常微分方程的建立，特别是电动机方程及拖动控制系统的常微分方程的建立
建议学时
2学时
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
讲授（PPT）
演示设计
板书设计
§1-3自动控制系统的分类
1、 线性连续控制系统
（注：
一般形式板书在黑板上）
2、 线性定常离散控制系统
3、 非线性控制系统
§1-4对自动控制系统的基本要求
1、 基本要求的提法
2、 典型的外作用
第二章 控制系统的数学模型
§2-1控制系统的时域数学模型
1、线性元件的微分方程
板书：
推导例2-1中是如何从元件建立微分方程组，如何消元的全过程
2、控制系统微分方程的建立
板书：
推导例2-1全过程
教学过程
课程
复习
1.自动控制的概念：
在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。
2.自动控制系统的结构：
开环控制（按给定量控制方式、按扰动量控制方式）、反馈控制（闭环控制）、复合控制方式。
3.自动控制系统结构和原理分析：
先找出自动控制系统结构中的给定元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行元件、被控对象、测量元件。
再分析系统工作原理。
4.自动控制系统原理框图画法：
首先找出被控对象以及输出量，再找出其他部分。
按信号流向从左向右画，给定装置（输入量）、比较点、放大部分（有时才画）、控制器（校正）、执行机构、被控对象、输出量、测量装置。
5.原理框图要素：
课程
导入
导入分两部分：
1、在第一章中从复习4个例子引出自动控制系统的分类
2、第二章开始讲授时从电路中提到的电路引出数学模型以及常微分方程的建立
教学
小结
总结自动控制系统或元件常微分方程的建立。
以及消元法的技巧，如何利用微分或导数方程消元法的应用场合，并为第八章非线性控制系统埋下伏笔
学习指导
解释控制系统的符号流向，以及常微分方程是如何建立的，并对布置的习题作简要讲解，最后提醒同学注意传递函数的定义。
参阅教材
教材第一章第3、4节；第二章第1节
网络资源
作业
第一章第10题
教学后记
《自动控制原理》教案No.3
教学对象
电气工程及其自动化本科生
教学时间
2005年9月13日
教学内容
1、控制系统的复数域数学模型
2、小偏差理论
3、控制系统的结构图与信号流图
教学目的
1、明确传递函数与常微分方程之间关系
2、了解控制系统中常用元件传递函数的形式
3、如何建立自动控制系统的传递函数
4、熟练掌握控制系统结构图的画法
教学重点
控制系统结构图的组成和绘制、方框图的化简
教学难点
控制系统结构图的建立方法
建议学时
3学时
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
讲授（PPT）
演示设计
板书设计
4、典型元部件的传递函数
§2-3控制系统的结构图的组成和绘制
板书：
例2-11系统结构图绘制的全过程、例2-12用等效阻抗完成无源网络结构图绘制的全过程、
例2-13系统结构图绘制的全过程
1、结构图的等效变换和简化
教学过程
课程复习
1、系统的常用结构：
恒值控制系统、随动系统、程序控制系统。
2、系统要求：
稳定性、快速性、准确性
3、系统
升级会员 