自控原理课程教学大纲

1、«自控原理课程教学大纲课程编码：0110011课程名称：自控原理英文名称：Principles of Automatic Control学时：36学分：2课程类型：选修课程性质：专业课适用专业：机械设计制造及其自动化专业先修课程：高等数学、大学物理、复变函数与积分变 换、电路分析基础、模拟电子技术基础开课学期：第6学期开课院系：机电工程学院一、课程的地位、目的和任务本课程地位：自控原理是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课。自动控制技术是现代化技术中重要的一个方面，本课程主要讲述现代自动控制技术的基本原理与结构模型，自动控制系统的分析方法与设计方法，使学生具备自动化控制的基础理论知

2、识以及实践能力。本课程目的：通过本课程的学习， 要求学生理解自动控制的基本概念，掌握简单系统的建模方法，掌握对线性定常系统的稳定性、快速性和准确性的基本分析方法以及设计和校正方法，能熟练使用根轨迹法和频率特性法分析与设计控制系统和控制器，对非线性系统也能进行初步的分析。本课程任务：1 掌握自动控制的基本概念、原理，学会对实际物理系统进行数学抽象，并用已学过 的数学工具进行系统分析和综合，能灵活应用各种理论知识来解决实际问题的综合设计能 力。2不仅为后续课程的学习奠定基础，而且直接为解决实际控制系统问题提供理论和方 法，养成将来在工程实际中经常进行理性思维的习惯。3.培养学生在掌握课程知识、概念

3、、原理方法基础上，独立思考、独立解决问题、实 验与仿真实现的能力。二、本课程与其它课程的联系本课程的先修课是高等数学、大学物理、复变函数与积分变换、电路分析基础、模拟电子技术基础。这些课程的学习，为本课程学习奠定数学基础和分析系统建立数学模型提供必 要的电学知识。本课程学习为后续课程（控制系统设计及仿真，机电一体化系统设计等）的 学习提供所应用的系统分析、设计的基本理论和基本方法，掌握必要的基本技能，为进一步 深造打下必要的理论基础。三、教学内容及要求第一章自动控制原理概述教学要求：通过本章教学，使学生理解自动控制的定义、组成、基本控制方式及特点，对控制系 统性能的基本要求，自动控制系统的分类

4、，自动控制系统实例有一定掌握。使学生对古典 反馈控制的基本理论和方法有一全面、整体的了解。重点：自动控制的定义、组成、基本控制方式、特点及基本要求难点：自动控制系统实例的分析教学内容：第一节 自动控制的基本原理与方式（一）自动控制技术及其应用（二）自动控制理论（三）反馈控制原理（四）反馈控制系统的基本组成（五）自动控制系统基本控制方式第二节自动控制系统示例（一）函数记录仪（二）飞机-自动驾驶仪系统（三）电阻炉微型计算机温度控制系统（四）锅炉液位控制系统第三节自动控制系统的分类（一）线性连续控制系统（二）线性定常离散控制系统（三）非线性控制系统第四节 对自动控制系统的基本要求（一）基本要求的提法

5、（二）典型的外作用第二章控制系统的数学模型教学要求：通过本章教学，要求学生了解数学模型的概念、表达方式，建模的方法；掌握微分方程 的建立、典型元部件及其传递函数、结构图及化简、信号流图和梅森公式，控制系统传递函数的表示方法，学会对一般的机电系统等进行机理建模。明确零初始条件的物理含义；了解系统的零、极点等的概念。重点：传递函数的概念、结构图及化简、控制系统传递函数的表示方法难点：微分方程的建立、典型元部件及其传递函数、信号流图和梅森公式教学内容：第一节控制系统的时域数学模型（一）线性元件的微分方程（二）控制系统微分方程的建立（三）线性系统的特征（四）线性定常微分方程的求解（五）非线性微分方程的

6、线性化（六）运动模态第二节控制系统的复数域数学模型（一）传递函数的定义和性质（二）传递函数的零点和极点（三）传递函数的极点和零点对输出的影响（四）典型元部件的传递函数第三节控制系统的结构图与信号流图（一）系统结构图的组成和绘制（二）结构图的等效变换和简化（三）信号流图的组成和性质（四）信号流图的绘制（五）梅森增益公式（六）闭环系统的传递函数第三章线性系统的时域分析法教学要求：通过本章教学，要求学生了解控制系统的典型输入信号；了解线性定常系统的时域响应组成，熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义；掌握一阶系统的暂态响应及性能指标；掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，重点掌握二阶系统的暂态

7、响应性能指标公式及计算；一般了解高阶系统的暂态响应，掌握闭环主导极点的概念；了解稳定的概念，掌握线性定常系统稳定的充要条件；重点掌握判断稳定性的 Routh代数判据及应用，对Hurwitz判据有一般了解；了解稳态误差的概念、定义、产生原因、类型；重点掌握给定稳态误差终 值的计算，掌握扰动稳态误差终值的计算及减小稳态误差的方法。重点：一、二阶系统的时间响应、主导极点的概念、判断稳定性的Routh代数判据及应用、稳态误差及终值定理。难点：二阶系统的时间响应、 判断稳定性的Routh代数判据及应用、 扰动稳态误差终值 的计算及减小稳态误差的方法教学内容：第一节 系统时间响应的性能指标（一）典型输入信

8、号（二）动态过程与稳态过程（三）动态性能与稳态性能第二节一阶系统的时域分析（一）一阶系统的数学模型（二）一阶系统的单位阶跃响应（三）一阶系统的单位脉冲响应（四）一阶系统的单位斜坡响应（五）一阶系统的单位加速度响应第三节 二阶系统的时域分析（一）二阶系统的数学模型（二）二阶系统的单位阶跃响应（三）欠阻尼二阶系统的动态过程分析（四）过阻尼二阶系统的动态过程分析（五）二阶系统的单位斜坡响应（六）二阶系统性能的改善（七）非零初始条件下二阶系统的响应过程第四节高阶系统的时域分析（一）三阶系统的单位阶跃响应（二）高阶系统的单位阶跃响应（三）闭环主导极点第五节线性系统的稳定性分析（一）稳定性的基本概念（二）

9、线性系统稳定的充分必要条件（三）劳思-赫尔维茨稳定判据（四）劳思稳定判据的特殊情况（五）劳思稳定判据的应用弟八节 ：线性系统的稳态误差计算（一）误差与稳态误差（二）系统类型（三）阶跃输入作用下的稳态误差与静态位置误差系数（四）斜坡输入作用下的稳态误差与静态位置误差系数（五）加速度输入作用下的稳态误:差与静态位置误差系数（六）动态误差系数（七）扰动作用下的稳态误差（八）减小或消除稳态误差的措施第四章线性系统的根轨迹法教学要求：通过本章教学，要求学生正确理解根轨迹的概念及根轨迹方程；掌握根轨迹绘制的基本法则及其应用；熟悉闭环零，极点分布与阶跃响应的关系，主导极点与偶极子的概念，高阶系统的性能分析；

10、重点掌握系统阶跃响应的根轨迹法分析。重点：根轨迹的概念、根轨迹方程、常规根轨迹的绘制及系统性能分析难点：利用根轨迹对系统性能的分析、添加零极点对系统性能的影响教学内容：第一节根轨迹法的基本概念（一）根轨迹概念（二）根轨迹与系统性能（三）闭环零、极点与开环零、极点之间的关系（四）根轨迹方程第二节根轨迹绘制的基本原则（一）绘制根轨迹的基本原则（二）闭环极点的确定第三节广义根轨迹（一）参数根轨迹（二）附加开环零点的作用（三）零度根轨迹第四节系统性能的分析（一）闭环零极点与时间响应（二）系统性能的定性分析（三）商品经济的基本特征四、教学安排及方式总学时：36学时，其中理论教学时数 36学时，实验（上机）教学时数为0学时。、教学环节课程内容讲课实验习 题 课上机看或录参像观小计备注自动控制原理概述22控制系统的数学模型88线性系统的时域分析法1414线性系统的根轨迹法1212合计3636五、考核方式1考核方式：笔试（开卷）2 成绩评定：平时成绩占20%，包括出勤、课堂提问、作业等；期中成绩占20%;期末成绩占60%。综合考核成绩=平时成绩