自动控制原理课程教学大纲

1、自动控制原理课程教学大纲课程名称：自动控制原理英文名称：Automation Control Theory课程编号：401学 时 数：88其中实验学时数：16 课外学时数：学 分 数：5.5适用专业：自动化 自动化（试点）一、课程的性质和任务自动控制原理课程是自动化专业的专业基础课，是该专业的学生进行控制系统的分析和设计最基本的理论基础。本课程主要讲授经典控制理论，它包括三种分析方法，即时域法，根轨迹法和频域法。在此基础上，进一步讲授控制系统设计与综合，以及离散系统和非线性系统的分析设计方法和控制理论应用短学时概述。学习该课程的目的在于培养学生在实际中的分析问题与解决问题的能力，培养学生设计控

2、制系统的能力。该课程为自动控制系统、过程控制、计算机控制技术及现代控制理论等后继课程打下了必需的理论基础。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点自动控制原理知识点主要有以下内容：自动控制的一般概念基本要求：掌握反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象、自动控制系统的结构及特点、组成和基本环节、自动控制系统的类型；让学生熟练掌握控制系统的基本性能要求。控制系统的数学模型 基本要求：能够用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型微分方程，熟练掌握典型元部件的传递函数的求取、结构图的绘制、由结构图等效变换求传递函数、由梅逊公式求传递函数。重点：常用的元部件传递函数的求取；系统传递函数的求取。

3、难点：结构图等效变换；梅逊公式及其意义。线性系统的时域分析 基本要求：掌握时域性能指标的定义，熟练掌握一阶和二阶系统性能指标的求取，掌握二阶系统性能改善的方法，掌握高阶系统动态性能指标的分析方法，熟练掌握劳斯稳定判据及其应用，稳态误差的分析与计算，减小或消除稳态误差的方法，掌握主导极点。重点：二阶系统动态性能计算，稳定性分析方法及稳态误差计算方法。难点：二阶系统性能改善的方法及扰动作用下减小或消除稳态误差的措施。线性系统的频域分析与设计基本要求：理解根轨迹的概念，根轨迹方程，熟练掌握绘制根轨迹的基本法则，掌握用根轨迹法分析系统，掌握频域特性的物理意义，图文表示方法，熟练掌握奈氏判据，稳定裕度，

4、用频域特性建立系统的数学模型，熟练掌握串联超前校正、串联滞后校正，掌握串联滞后超前校正，理解按期望频率特性法校正，反馈校正，复合控制校正。重点：用根轨迹分析系统，频率特性的物理意义；奈氏判据证明及稳定裕度的确定，串联超前校正网络的设计与实现，PID控制器的作用，串联滞后校正网络的设计与实现复合校正方法。难点：用根轨迹法设计系统参数，开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及对应系统传递函数的确定，串联滞后超前校正网络的设计。非线性控制系统分析基本要求：了解相平面法，掌握描述函数法。重点：用描述函数法分析非线性系统的稳定性及自振参数的确定。难点：相平面的绘制与分析。线性离散系统的分析与校正基本要求：掌握

5、信号的离散化与信号保持器，熟练掌握采样定理和Z变换定理，掌握闭环脉冲传递函数，了解离散系统的稳定性与稳态误差，动态性能分析。 重点：闭环脉冲传递函数的求取及稳定性分析。 难点：采样过程的描述，闭环脉冲传递函数的求法。7控制理论应用短学时概述模块结合以鞍钢为代表的冶金企业生产实际中出现的问题，针对过程本身的特点和过程控制中存在的问题，需寻求更为先进有效的控制系统。将基于数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为先进控制策略，如补偿控制(包括Smith补偿控制、前馈控制)、推理控制、智能控制、多变量控制、非线性控制等。将先进控制技术应用到实际生产中去，并作为应用技术专题使学生更好地理解自控理

6、论知识。注:上述7个知识点是按照自动化专业的计划（88学时，其中包含16学时的实验）设计的，其中1、2、3模块是必须按先后顺序选择的，后面几个模块则可以针对不同专业不同学时的需求，任意选用。三、教学方式及学时分配序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例一自动控制系统的基本概念讲授22 ：1二自动控制系统的数学模型讲授102 ：1三自动控制系统的时域分析讲授+实验10+42 ：1四根轨迹法讲授+实验8+22 ：1五线性系统的频域分析与设计讲授+实验20+62 ：1六非线性系统分析讲授+实验6+22 ：1七线性离散系统的理论基础讲授+实验8+22 ：1八控制理论应用短学时概述讲授82 ：1四、

7、课程其他教学环节要求实验项目设置：序号实验项目名称实 验 内 容学时实验类型实验要求实验者类别备注1线性定常系统的瞬态响应一阶系统的时域响应及参数测定；二阶系统的暂态特性分析2验证性必修本科生2控制系统稳定性分析三阶系统稳定性讨论二阶欠阻尼系统加零点对系统性能的影响2验证性必修本科生3根轨迹法绘制四阶和五阶系统负反馈及正反馈根轨迹曲线2验证性必修本科生4典型环节和系统频率特性的测量典型环节的频率特性测试二阶系统的频率特性测试2验证性必修本科生5串联校正环节的设计用根轨迹法和频率法对二阶和三阶系统进行校正2综合性必修本科生6PID的控制作用设计PID控制器参数，满足系统性能指标。2设计性必修本科生7离散控制系统的设计判断离散系统的稳定性和绘制脉冲响应及单位阶跃相应2验证性必修本科生8典型非线性环节的静态特性继电器、饱和、死区、间隙非线性静态特性电路模拟2验证性必修本科生五、本课程与其他课程的联系本课程的先修课程为高等数