《自动控制理论》1课程教学大纲

《自动控制理论》教学大纲课程英文名AutomaticControlTheory课程代码01M0096学分3总学时48理论学时40实验/实践学时8课程类别学科基础课课程性质必修先修课程复变函数与积分变换、高等数学适用专业机械电子工程开课学院机电工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位《自动控制理论》是机械电子工程专业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生利用所学数学、工程数学知识，分析和设计自动控制系统。通过课程学习，使学生理解自动控制系统的基本概念，掌握自动控制系统建模的方法，熟练掌握系统性能指标的分析计算方法,理解自动控制系统校正概念，熟练使用根轨迹法和频率特性法分析与设计控制系统。为今后深入学习现代控制理论、最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系统、系统辨识等课程奠定基础。学生通过本课程的学习，可针对单输入/单输出系统，建立传递函数数学模型，分析和计算输出反馈控制系统性能指标，设计校正控制器，具备初步的自动控制系统设计能力。（二）课程目标.理解自动控制系统的基本概念，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，能够将机、电、液、控等知识和数学模型方法用于推演、分析机械电子工程领域的专'业工程问题；由辩证唯物主义中的认识论，阐述如何发现科学问题，通过严谨的数学推导和变换，使学生在逻辑思维能力、抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练；（毕业要求指标点L3能够将机、电、液、控等知识和数学模型方法用于推演、分析机械电子工程领域的专业工程问题/H）.熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态性能指标的方法，能够运用控制理论基本原理，识别和判断机械电子工程领域的复杂工程问题的关键环节；培养学生辩证唯物主义世界观和科学思维方法；（毕业要求指标点2.1能够运用机、电、控等原理，识别和判断机械电子工程领域的复杂工程问题的关键环节/H）.掌握自动控制系统控制器设计方法，具有应用控制系统校正基本原理，针对复杂的控制工程实际问题，进行控制系统设计与改进能力。(毕业要求指标点4-1能够基于机、电、液、控等原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析机械电子工程领域复杂工程问题的解决方案/H)二、课程目标达成的途径与方法《自动控制理论》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和实验教学，针对单输入/单输出控制系统，学习建立数学模型，分析稳定性和稳动态性能，并在预期性能输出条件下,设计控制器的专业基础知识。培养学生运用工程基础知识和自动控制理论专业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力。(1)课堂教学主要讲述自动控制系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计方法。并将简单的单输入/单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，提高学习控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，形成良好的思维方式和学习方法。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。(2)针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。(3)设计验证性、设计性实验，采用实验教学方式，训练实验技能，培养理论知识的应用能力、实验数据分析和处理能力和团队协助能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1.支撑强度分别填写H、M或L(其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低)；课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度(H、M、L)毕业要求指标点1.3毕业要求指标点21毕业要求指标点4.1课程目标1H课程目标2H课程目标3H2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求

知识点主要内容基本要求对应课程目标第1章(1)自动控制理论发展史L11绪论(2)自动控制系统的基本概念L21第2章(1)控制系统数学模型的建立L31控制系统的数学模型(2)控制模型的有效变换L31知识点主要内容基本要求对应课程目标第3章控制系统的时域分析(1)控制系统时域响应L32(2)控制系统稳定性分析与判断L22(3)控制系统稳态分析L32第4章根轨迹法(1)控制系统的根轨迹绘制L32(2)根轨迹方法的应用L32第5章频率响应法(1)控制系统的频域法建模L21(2)控制系统的频域特性响应L32(3)控制系统的稳定性分析与判断L32(4)控制系统相对稳定性的分析与计算L33第6章控制系统的校正(1)控制系统校正的基本原理L22(2)控制器结构与参数设计L23(3)控制器参数整定L23基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握五、课程学时安排

知识点章节教学内容学时数学生任务(作业要求、自学要求、讨论)课程目标第1章绪论自动控制系统基本概念1pH1-1、1-21开环控制与闭环控制1pll1-41自动控制系统的分类与性能要求1pl21-51第2章控制系统的数学模型控制系统微分方程模型建立1p582-2、2-31、2控制系统传递函数模型3P582-5、2-61、2系统框图及其等效交换2P592-101、2控制系统信号流图2P592-111实验1典型环节的模拟研究32第3章控制系统时域分析一阶系统的时域响应2P1063-2、3-4、3-51、2二阶系统的时域响应3P1073-7、3-81、2线性定常系统的稳定性分析2P1083-11、3-123控制系统稳态误差2P1083-133实验2控制系统的瞬态响应及其稳定22知识点章节教学内容学时数学生任务（作业要求、自学要求、讨论）课程目标性分析第4章根轨迹根轨迹的基本概念与绘制规则3P1464-1>4-2、4-31参量根轨迹的绘制1P1464-4>4-63根轨迹法分析控制系统2P1484-14,4-183第5章频率响应法频率特性1P2155-1(1)(2)1、2伯德图绘制2P2155-2(1,2)5-31、2极坐标图绘制2P2165-5,5-71、2奈奎斯特稳定判据2P2165-9,5-11,2相对稳定性分析2P2185-15,5-17,5-203第6章控制系统的校正控制系统校正模型11超前校正2P2706-1,6-21、2滞后校正2P2716-4,6-61、2实验3线性系统的串联校正33六、实践环节及基本要求完成下面表格中的3个实验。序号实验项目学时基本要求学生任务实验性质实验类别课程目标1典型环节的模拟研究3理解和熟悉典型环节的模拟仿真电路结构和传递函数，掌握典型环节的阶跃响应特性。学生理解典型环节仿真电路的结构，能够分析响应特性。验证必做12控制系统的瞬态响应及其稳定性分析2熟练掌握控制系统的瞬态响应测试方法和响应特性，并分析和实验验证其在理论上的稳定性。根据测试方法得到的曲线，能够分析系统稳定性验证必做13二阶系统特征参数对系统性能的影响3熟练掌握二阶系统的特征变量（无阻尼自然频率和阻尼比）对系统输出特性的影响；熟能够掌握阻尼比对二阶系统输出特性的影响，分析系统的性能设计选做2

共计8个实验学时序号实验项目学时基本要求学生任务实验性质实验类别课程目标练掌握控制变量（开环增益）对系统输出特性的影响。4开环增益与零极点对系统性能的影响3熟练掌握开环和闭环零极点对系统输出性能的影响，以及开环增益对系统输％特性的影响。掌握如何改变开环和闭环零点的位置，进而分析系统性能变化设计选做25频率特性的测量3熟练掌握控制系统频率特性的测试方法和响应特性，并用频率法实验分析和验证系统在理论上的正确性。掌握频率特性测试方法，并验证频响应的正确性综合选做26线性系统的串联校正3熟练掌握控制系统串联校正的模拟仿真电路结构和设计方法，并分析和实验验证串联校正方法对系统稳动态性能的改善。掌握串联校正的模拟电路结构，能够分析串联校正对系统性能的改善设计选做3七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、线上讨论、线上平时作业点名记录、课堂发言记录、作业完成质量和实验报告50%期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准50%考核类别考试成绩登记方式百分制八、课程目标考核环节和达成标准

课程目标教学环节成绩评定课程目标1讲授作业Aio期末考试Bio实验实验成绩Cio目标达成度kO.lxAi/Aio+O7xBi/Bio+O.ZxCi/Cio课程目标2讲授作业A2o期末考试B2o实验实验成绩C2o目标达成度2=0.1xA2/A2o+O.7xB2/B2o+O.2xC2/C2o课程目标3讲授作业A3o期末考试B30实验实验成绩C30目标达成度3=0.1XA3/A30+0.7XB3/B30+0.2XC3/C30注：上述Axo、Bxo、Cxo分别是作业、期末考试和实验成绩中对应于课程目标x的题目或是实验的总分;Ax、Bx、Cx分别是作业、期末考试和实验成绩中对应于课程目标x的题目或是实验中学生的平均得分。九、推荐教材与主要参考书推荐教材：L《自动控制理论》，邹伯敏，机械工业出版社，2008年第3版主要参考书：L《自动控制原理》，王万良、赵燕伟，机械工业出版社，2015年第2版2•《自动控制原理》，胡寿松，科学出版社，2007年第5版.《自动控制原理学习辅导与习题解答》，徐颖秦、潘丰，机械工业出版社，2015年.丁红，贾玉瑛主编《自动控制原理实验教程》，北京大学出版社，2015年.《自动控制原理的MATLAB仿真与实践》，刘超、高双，机械工业出版社，2015年附件一、作业评分标准表

考核内容A(90-100)B(80-89)C(70-79)D(60-69)E(<60)知识及概念掌握程度（权重30%）知识及概念掌握全面，运用得当知识及概念掌握较全面，能正确运用知识及概念掌握较全面，能够运用，但没有考虑约束条件知识及概念掌握程度一般，并不能正确运用没有掌握知识及概念，不会运用公式解题过程的正确性、完整性（权重70%）解题过程正确、完整，逻辑性强，答案正确率超过90%,书写清晰解题过程较正确、完整，逻辑性较强，答案正确率超过80%,书写清晰解题过程基本正确、完整，答案正确率超过70%解题过程中存在错误，答案正确率超过60%解题过程错误且不完整，答案正确率低于60%二、实验考核标准表考核内容A(90-100)B(80-89)C(70-79)D(60-69)E(<60)现场操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程试验操作流程熟练性（权重正确、熟练程基本正确、熟基本正确、会正确性失误较错误，不熟练，40%)度高练程度较图有小失误，熟练程度尚可多，不够熟练实验原理和目的不清试验结果正确试验结果正试验结果较合试验结果较合试验结果合试验结果不合性和试验报告确，完整，数理、完整，数理、完整性欠理、完整性欠理，存在明显规范性（权重据分析合理，据分析较合缺，数据分析缺，数据分析错误，数据分60%)试验报告书写规范、内容清晰理，试验报告书写较规范、内容较清晰不够合理，试验报告书写较清晰不合理，试验报告书写不够规范、清晰析错误，试验报告书写不规范、不清晰三、课程试卷设计方案序号课程目标考察点占比备注期末期末1理解自动控制系统的基本概念，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，能够将机、电、液、控等知识和数学模型方法用于推演、分析机械电子工程领域的专业工程问题自动控制系统的基本概念控制系统分析与设计40%题型：填空题、选择题、分析题难度分为：容易、中等偏易、中等偏难、难四个等次，其比例构成近似为20：40：20：202熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态性能指标的方法，能够运用控制理论基本原理，识别和判断机械电子工程领域的复杂工程问