《自动控制原理》课程教学大纲概要

1、GDOU-B-11-213 自动控制原理 课程教学大纲课程编号1820042学分3总学时50理论46实验/上机4英文课程名Automatic Control Principle开课院（系）航海学院开课系轮机工程系修订时间2005年7月5日课 程 简 介本课程针对轮机工程（陆上）专业开设，其主要内容既包括一般自动控制的基本概念和分析方法，如传递函数的基本概念及其求法、方块图的等效变换、时域分析法、根轨迹分析、频率特性法等，又针对本专业的需要，包括控制对象的特性和控制器规律等内容。其目的是使学生通过本课程的学习，为后续课程轮机自动化打下良好的基础。 课 程 大 纲一、课程的性质与任务随着自动控制技

2、术的不断发展，船舶自动化程度日益提高，这就要求轮机管理人员必须掌握有关自动控制技术的基本理论，本课程正是为了实现这个目的而设的。本课程是轮机工程（陆上）专业重要的专业基础课之一，其主要内容包括自动控制的基本理论，并引入了控制对象的特性和控制器规律等内容。其目的是使学生既掌握自动控制的基本理论，又了解船舶具体对象的特性及其调节规律，以便应用自动控制规律对船舶控制对象进行控制。学生通过本课程的学习，应掌握自动控制的基本概念和分析方法，为后续课程船舶动力装置自动控制打下良好的基础。课程以轮机自动化基础教材为主,配合相应的参考书。教学采用课堂教学、实验、习题课相结合的教学方式，互相协调进行。二、课程的

3、目的与基本要求本课程的目的是：通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本概念和分析方法，为后续课程船舶动力装置自动控制打下良好的基础。本课程学习的基本要求：1正确理解下列基本概念：反馈，自动控制的基本方式，反馈控制系统，自动控制系统的性能，传递函数，方块图， 单容对象、多容对象动态特性， 两位式控制，比例控制、积分控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制作用规律，一阶系统，二阶系统，系统稳定性，静态误差，根轨迹， 频率特性，开环频率特性。2熟练运用如下方法：建立系统的数学模型，求取系统的传递函数，方块图的等效变换，单容对象、多容对象动态特性，各种控制作用规律，一阶系统、二阶系统的时域

4、分析法，稳态误差的分析方法，劳斯稳定判据，根轨分析迹， 频率特性、开环频率特性求法。三、面向专业：轮机工程（陆上）专业四、先修课程：积分变换、电工学、工程热力学及传热学、流体力学与液压传动。五、本课程与其它课程的联系本课程是一门较为抽象的专业基础课，理论性较强，与实例结合紧密，需要具备微积分、拉氏变换、复变函数、电工学、工程热力学、传热学、液压技术基础、流体力学等基础知识才能学好。物理系统数学模型、传递函数内容与微积分、拉氏变换、电工学、工程热力学、传热学、液压技术基础、流体力学基础知识密切相关。单容对象、多容对象动态特性内容与流体力学基础知识密切相关。时域分析法内容与微积分、拉氏变换基础知识

5、密切相关。系统稳定性、根轨迹分析法、 频率特性、开环频率特性内容与复变函数基础知识密切相关。后续课程船舶动力装置自动控制以本课程为理论基础。六、教学内容安排、要求、学时分配及作业： 第一章：反馈控制系统的基本概念(2学时)第一节：引言(C)第二节：自动控制的基本方式 开环控制系统(C)；闭环控制系统(B)。第三节：反馈控制系统的概念 系统的组成(B)；系统的特点(B)；系统的分类(C)。第四节：自控系统的性能要求 过渡过程(C)；过渡过程性能要求(B)。作业一：1. 反馈控制系统的特点；2. 水位控制系统的工作原理及方块图；3. 反馈控制系统过渡过程的性能要求。第二章：自控系统的数学模型(10

6、学时)第一节：物理系统的运动方程 基本概念(C)；数学模型的线性化(C)；数学模型的建立(B)。第二节：传递函数 拉氏变换(A)；传递函数的概念(B)；传递函数的求法(A)。 第三节：方块图的等效变换方块图的组成(B)；方块图的等效变换(A)。第四节：自控系统的传递函数系统传递函数的求法(A)。第五节：典型环节及其传递函数典型环节(B)；典型环节的传递函数(A)。作业二：1. 拉氏变换的计算；2. 求电路系统的传递函数；3. 典型环节的传递函数；4. 方块图的等效变换。第三章：控制对象的动态特性(4学时)第一节：单容控制对象容量系数与阻力(B)；自平衡能力(B)；单容控制对象的数学模型(B)；

7、单容控制对象的动态特性(B)。第二节：多容控制对象的动态特性多容控制对象的数学模型(B)；多容控制对象的动态特性(B)。作业三：1. 具有自平衡能力单容对象的过渡过程分析；2. 容量系数与阻力对单容对象过渡过程的影响；3. 单容对象和多容对象阶跃响应曲线的区别。第四章：控制器的作用规律(6学时)第一节：双位式控制器双位式控制作用规律(B)。第二节：比例控制比例控制作用规律(A)；比例控制作用特点(A)；比例控制器用于单容对象和多容对象的传递函数(B)；比例带对过渡过程的影响(A)。第三节：积分控制规律积分控制作用规律(A)；积分控制作用特点(A)；积分时间对过渡过程的影响(B)。第四节：比例积

8、分控制规律比例积分控制作用规律(A)；比例积分控制作用特点(A)；积分时间和比例带对过渡过程的影响(A)。第五节：比例微分控制规律微分控制作用规律(A)；比例微分控制作用规律(A)；比例微分控制作用特点(A)；微分时间对过渡过程的影响(B)。第六节：比例积分微分控制规律比例积分微分控制作用规律(A)；比例积分微分控制作用特点(A)。作业四：1. 各种控制器的控制规律；2. 各种控制器的特点；3. 比例带、积分时间和微分时间的调整。第五章：时域分析法(10学时)第一节：一阶系统的过渡过程一阶系统的阶跃响应及其性能指标(A)；一阶系统的斜波响应和脉冲响应(B)。第二节：二阶系统的过渡过程及其性能指

9、标二阶系统的阶跃响应(A)；欠阻尼二阶系统的阶跃响应性能指标(A)；高阶系统的主导极点和偶极子(B)；高阶系统的简化(C)。第三节：稳定性与劳斯判据稳定性概念(B)；稳定性充要条件(A)；稳定性必要条件(B)；劳斯判据(A)。第四节：静态误差分析误差及静态误差的定义(B)；输入信号作用下的静态误差(A)；扰动信号作用下的静态误差(A)；提高系统静态精度的方法(B)。作业五：1. 一般时间响应的求法；2. 二阶系统性能指标的计算；3. 劳斯判据的应用；4. 静态误差的计算。第六章：根轨迹法(6学时)第一节：根轨迹的基本概念根轨迹定义(B)；根轨迹方程(A)。第二节：绘制根轨迹的基本规则基本规则(

10、A)；根轨迹的绘制(A)；参数根轨迹(C)。第三节：控制系统的根轨迹分析根轨迹与动态性能对应的关系(B)；根轨迹分析(A)。作业六：1. 根轨迹的绘制；2. 根轨迹分析。第七章：频率特性法(8学时)第一节：频率特性的基本概念频率特性的基本概念(B)；频率特性的计算(A)。第二节：典型环节的频率特性典型环节的幅相频率特性图(A)；典型环节的对数频率特性图(A)。第三节：开环频率特性的绘制开环幅相频率特性图的绘制(B)；开环幅相频率特性图的绘制(A)。第四节：奈魁斯特稳定判据开环幅相频率特性奈魁斯特稳定判据(B)；开环对数频率特性奈魁斯特稳定判据(B)。作业七：1. 频率特性的计算；2. 开环频率

11、特性的绘制；3. 奈魁斯特稳定判据的应用。七、实验名称与类别：序号实验名称学时实验类别1一阶惯性和二阶系统运动规律的研究2综合型2控制系统的品质及校正实验2综合型注:实验类别指:演示型、操作型、验证型、综合型、设计型、研究创新型八、实验目的、内容与要求实验1： 一阶惯性和二阶系统运动规律的研究实验目的：1研究一阶惯性环节的运动规律。改变时间常数，观察在单位阶跃作用下的过渡过程的变化。 2研究二阶系统(振荡环节)的运动规律。 改变阻尼比，研究对系统动态特性的影响，分析与超调量%、过渡过程时间ts的关系。实验内容：1在一阶系数的输入端加入单位阶跃信号，输出端接示波器，通过调整有关电路参数，改变其时

12、间常数，观察单位阶跃响应的变化。 2在二阶系数的输入端加入单位阶跃信号，输出端接示波器，通过调整有关电路参数，改变其阻尼比，观察单位阶跃响应的变化，测量并记录峰值、稳态值和过渡过程时间，计算超调量%。实验要求：按实验指导书的要求，认真完成实验的各项操作,达到学习目的，认真写好实验报告。实验2： 控制系统的品质及校正实验实验目的：了解比例微分、比例积分、比例微积分校正在控制系统中的作用；研究校正前后控制系统的时域动态品质。实验内容：未加校正装置时，观察系统稳定性如何，记录波形及数据；分别加入比例微分、比例积分和比例微积分校正装置后，观察系统稳定性如何，记录波形及数据。 分别调整比例带、积分时间常数和微分时间常数，观察系统输出的变化，记录波形及数据。实验要求：按实验指导书的要求，认真完成实验的各项操作,达到