自动控制原理.docx

1、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

2、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32控制系统的数学模型93线性系统的时域分析法1224线性系统的根轨迹法95线性系统的频域分析法1326线性系统的校正方法1127线性离散系统的分析与校正138非线性控制系统分析7合计776三、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）教学内容自动控制的基本原理与方式（重点） 自动控制系统示例（重点） 自动

3、控制系统的分类 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）教学内容控制系统的时域数学模型 控制系统的复域数学模型 控制系统的结构图与信号流图（重点、难点） 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）教学内容线性系统时间响应的性能指标 一阶系统的时域分析 二阶系统的时域分析（重点、难点） 线性系统

4、的稳定性分析（重点） 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）教学内容根轨迹方程（重点） 根轨迹绘制的基本法则（重点、难点） 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）教学内容引言 频率特性（重点） 典型环节和开环系统频率特性（重点） 奈奎斯特稳定判据（重点、难点） 稳定裕度（重点） 闭环系统

5、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）教学内容系统的设计与校正问题 常用校正装置及其特性（重点） 串联校正（重点、难点） 反馈校正 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）教学内容离散系统的基本概念 信号的采样与保持（重点） Z变换理论 离散系统的数学模型（重点） 离散系统的稳定性与稳态误差（重点） 离散系统的时间响应 离散系

6、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）教学内容非线性控制系统概述 常见非线性特性及其对系统运动的影响 相平面法（重点、难点） 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. 20012.邹伯敏. 自动控制理论（第2版）. 机械工业出版社. 20023.梅晓榕. 自动控制原理. 科学出版社. 20024.颜文俊，

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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：

12、 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

13、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