《自动控制原理》2020版教学大纲

--PAGE9---PAGE8-《自动控制原理》课程教学大纲执笔人：xxx 审核人：xxx一、基本信息中文名称：自动控制原理英文名称：AutomaticControlTheory课程代码：课程性质：专业必修课学 分：4 总学时：64（其中理论：58实践：6适用专业：交先修课程：开课单位：开课学期：二、课程地位与作用本课程是本科生必修的重要学科基础课，它是自动控制技术的基础理论，具有很强的理论性。三、课程教学目标知识目标：了解自动控制理论的发展历史，掌握自动控制系统的基本概念。掌握自动控制系统的数学建模方法。掌握线性系统经典的时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法。掌握线性系统各种常用的校正方法和校正装置的设计原则。掌握线性离散系统的分析与设计方法。能力目标：培养学生的辩证思维能力、抽象化能力、实操能力和自学能力。培养严谨细致、认真负责的工作态度。素质目标：培养学生学习的兴趣和热情、良好的思维习惯、自主学习的积极性。培养学生勇于表达自己的观点。培养学生勤于思考的好习惯和严谨、务实、细致的学习态度。激励学生汲取中华民族不懈努力的精髓，刻苦钻研，脚踏实地，勇于担当，开拓进取。铁路站场课程思政教学内容教学内容课程思政元素教学方法素质目标第一章爱国主义介绍建设成就激发爱国主义情感自动控制的一般概念第二章创新精神典型工程案例激发创新意识控制系统的数学模型第三章工匠精神典型工程案例培养精益求精精神线性系统的时域分析法第四章敬业奉献典型工程案例培养职业责任、奉献精神线性系统的根轨迹法四、教学方式及学时分配序号主要内容主要教学方式学时数1第一章自动控制的一般概念理论授课42第二章控制系统的数学模型理论授课83第三章线性系统的时域分析法理论授课84第三章线性系统的时域分析法实践授课45第四章线性系统的根轨迹法理论授课66第四章线性系统的根轨迹法实践授课27第五章线性系统的频域分析法理论授课88第五章线性系统的频域分析法实践授课29第六章线性系统的校正方法理论授课610第六章线性系统的校正方法实践授课211第七章线性离散系统的分析方法理论授课81212第七章线性离散系统的分析方法实践授课213第八章非线性控制系统分析理论授课4五、主要教学内容第一章自动控制的一般概念（4学时）教学目标了解：基本的自动控制方式。理解：反馈控制系统的构成。掌握：如何将控制系统原理图转换为方框图、如何对控制系统的设计提出要求。教学内容自动控制的基本原理与方式。反馈控制原理和反馈控制系统的构成。自动控制系统的分类。对自动控制系统的基本要求。教学重点自动控制系统示例；对自动控制系统的基本要求；典型输入信号。教学难点反馈控制原理和反馈控制系统的构成；控制系统原理图转换为控制系统方框图；对控制系统的基本要求。第二章识图控制系统的数学模型（8学时）教学目标了解：开环、闭环传递函数概念。理解：方框图绘制方法、对方框图等效变换的目的、等效变换规则。掌握：如何应用规则对系统的方框图进行简化、系统的信号流图，它与方框图的区别，如何利用梅森增益公式计算控制系统的闭环传递函数、如何通过实验方法获取控制系统的数学模型。教学内容控制系统的时域数学模型。控制系统的复数域数学模型。控制系统的方框图及其等效变换规则。控制系统的信号流图及梅森增益公式。数学模型的实验测定法。教学重点模型的实验测定法。教学难点控制系统方框图的绘制及其等效变换规则；利用信号流图和梅森增益公式计算控制系统的闭环传递函数。第三章线性系统的时域分析法（12学时）教学目标了解：动态过程和稳态过程定义与计算方法。理解：一阶系统、二阶系统、高阶系统的时域分析方法、二阶系统单位阶跃响应的性能指标与系统参数的关系以及改进二阶系统性能的基本方法（比例-微分控制，测速反馈控制）。掌握：闭环主导极点的概念；系统稳定的充分必要条件，劳斯-赫尔维茨稳定判据和劳斯稳定方法、减小或消除系统稳态误差的方法。教学内容系统典型输入信号；系统时间响应的性能指标。改进二阶系统性能的基本方法；高阶系统的时域分析；高阶系统闭环主导极点的作用。线性系统稳定性的定义；线性系统稳定的充分必要条件以及稳定性代数判据。稳态误差定义及分析；减小或消除稳态误差的措施。或消除稳态误差的措施。或消除稳态误差的措施。教学难点二阶系统的单位阶跃响应以及性能指标与系统参数的关系；改进二阶系统性能的基本方法；高二阶系统的单位阶跃响应以及性能指标与系统参数的关系；改进二阶系统性能的基本方法；高第四章线性系统的根轨迹法（8学时）教学目标了解：根轨迹概念。理解：闭环零、极点与开环零、极点之间的关系。法对系统稳定性和动态性能进行定性分析的方法。教学内容根轨迹法的基本概念。根轨迹的基本特性及绘制法则。参数根轨迹的绘制方法。利用根轨迹法分析系统的性能。教学重点根轨迹法的基本概念；根轨迹的基本特性及绘制法则；参数根轨迹的绘制方法；利用根轨迹法分析系统的性能；引入开环零点对根轨迹及系统性能的影响。和稳态性能。4和稳态性能。第五章线性系统的频域分析法（6学时）教学目标了解：频率特性的概念，频率特性的三种典型表示方法–幅相频率特性曲线，对数频率特性曲线和对数幅相曲线。理解：最小相位和非最小相位典型环节的定义方法以及它们的频率特性。标的转换关系；如何根据开环频率特性研究闭环系统的性能。教学内容频率特性基本概念。典型环节的定义方法及其频率特性。开环系统频率特性曲线绘制方法。传递函数频域实验测定法。频域稳定判据（奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据）及应用。控制系统的稳定裕度。闭环系统频域性能指标。从开环频率特性研究闭环系统的性能。频率特性基本概念；频率特性几何表示法；典型环节及其频率特性；开环系统频率特性曲线绘制方法；最小相位环节（或系统）频率特性基本概念；频率特性几何表示法；典型环节及其频率特性；开环系统频率特性曲线绘制方法；最小相位环节（或系统）用；控制系统的稳定裕度；从开环频率特性研究闭环系统的性能。统性能的影响。统性能的影响。第六章线性系统的校正方法（8学时）教学目标了解：校正的目的和意义，系统的带宽选取原则，常用的几种校正方式及其适应场合。理解：常用的校正装置及其特性。掌握：PID控制器设计方法；串联校正系统的频域设计方法（包括串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后–超前校正）串联校正和反馈校正的设计方法。教学内容系统的设计与校正问题。频域性能指标与时域性能指标之间的关系。控制系统经典的校正方法。常用校正装置及其特性。开环系统期望频率特性的设计原则。串联校正方法；反馈校正方法；复合校正方法（含前馈校正）。PID教学重点本控制规律和PID教学难点开环系统期望频率特性的设计原则；用频率法对系统进行各种串联校正（串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后–超前校正），校正装置参数的计算方法；反馈校正方法；复合校正方法。第七章线性离散系统的分析方法（10学时）教学目标理解：离散系统的稳定性概念以及s域和z变换理论；离散系统的数学模型–差分方程和脉冲传递函数，以及利用这两种模型求解系统响应的方法。掌握：A/D转换器和D/Aw教学内容线性离散系统的基本概念。信号的采样与保持。香农采样定理。（4）z变换理论，用z变换法求解差分方程。离散系统的数学模型（差分方程和脉冲传递函数）。开环系统与闭环系统的脉冲传递函数。离散系统的稳定性定义及稳定性判据；离散系统的稳态误差；离散系统的动态性能分析。变换理论；离散系统的数学模型（差分方程和脉冲传递函数）；用Z变换法求解差分方程；开环系统与闭环系统的脉冲传递函数；离散系统的稳定性定义及稳定性判据；离散系统的稳态误差；离散系统的动态性能分析。4.教学难点信号的采样与保持，香农采样定理；z变换理论；系统脉冲传递函数的求取方法；采用z反变换法求取离散系统的时域响应；离散系统的稳定性定义及稳定性判据；离散系统的动态性能分析。第八章法非线性控制系统分析（4学时）教学目标了解：非线性控制理论的意义。理解：各种常见的非线性特性及其对系统运动的影响、非线性系统常用的分析与设计方法，描述函数法。掌握：电各种典型非线性特性的描述函数；非线性控制系统稳定性分析的描述函数法，包括自激振荡（周期运动）振幅和周期的计算方法。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。非线性系统的分析与设计方法。描述函数的基本概念。典型非线性特性的描述函数。非线性控制系统稳定性分析的描述函数法。非线性控制系统稳定性分析的描述函数法。非线性控制系统稳定性分析的描述函数法。4.教学难点运用描述函数法分析非线性控制系统的稳定性和自激振荡。六、教学方法教学手段方面，扩大小班化教学覆盖面，如多媒体、CAI（1）充分利用已学过的知识，适当提高起点。教师应在课程实施过程中，以形象思维与抽象思维相互补充，以发散思维与收敛思维相互促进，增强学生对高速铁路线路及车站一般性理论和方法的理解，进而培养学生分析问题和解决问题的能力。教师应在课程实施过程中，以形象思维与抽象思维相互补充，以发散思维与收敛思维相互促进，增强学生对高速铁路线路及车站一般性理论和方法的理解，进而培养学生分析问题和解决问题的能力。课程授课采用PPT关键点要讲准确、讲清楚，课堂作业要按时按量完成，有错误要随时指正。七、课程考核和成绩评定方式本课程采用形成性考核及终结性考核相结合的考核方式