《自动控制原理》课程教学大纲

第页《自动控制原理》课程教学大纲课程名称：自动控制原理

课程类别：专业必修课适用专业：电子信息工程

考核方式：考试

总学时、学分：64学时3.5学分

其中讲授48学时，实验10学时，其它6学时一、

课程性质、教学目标《自动控制原理》课程是自动化、测控技术与仪器、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。通过本课程的教学，使学生了解自动控制系统的组成、特点及专业术语，学习并掌握古典控制理论的基本分析、设计方法，为后续的理论课程和专业课程的学习打下坚实的理论基础。通过课堂教学环节与实践教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握：要求学生掌握控制系统的数学模型的建立方法，了解控制系统的基本校正方案，并掌握对各种控制系统的性能进行分析的基本方法。该课程主要包括线性系统的数学模型、线性系统的分析、线性系统的校正、线性离散系统的分析和设计、非线性系统分析和控制系统设计实例分析。是学生学习《现代控制理论》的必备基础，同时为后续深造的课程《线性系统理论及应用》、《智能控制系统及应用》的学习打下必要的理论知识和实践基础。其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：掌握线性系统数学模型含义，线性系统数学模型的类型及相互关系，并能够建立常用线性系统的数学模型。课程教学目标2：掌握线性系统时域分析法，根轨迹法，频率相应法，深刻理解各种方法的特点和关系。课程教学目标3：熟悉线性系统的校正方法，掌握串联相位超前校正、串联相位迟后校正和串联相位迟后超前校正的方法。课程教学目标4：熟悉线性离散系统的分析和设计，并了解线性离散系统的分析和设计与线性连续系统的分析和设计的不同之处。课程教学目标5：了解非线性系统含义，熟悉非线性系统的分析方法：相平面分析法和描述函数法。课程教学目标6：熟悉火炮稳定器、船舶自动驾驶仪、磁盘读写头的控制和倒立摆控制系统这几种控制系统的设计方法。课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系教学目标毕业要求12345678教学目标1

LHLLLLL教学目标2

LHLLLLL教学目标3

MHMMLLM教学目标4MMHMMLLM教学目标5MMMLMLLM教学目标6MMHHMLLM二、

课程教学要求注意讲清本课程中的基本概念、基本理论和基本方法，在保持课程的科学性及系统性的基础上，应突出重点和难点，详略得当，并努力反映本学科的新成就，新动向，以体现自动控制原理的特色。教学过程中要充分利用直观教具如计算机辅助教学软件、图表、多媒体等。对重点章节，可在讲授的基础上，引导学生查阅资料，并进行课后小组讨论，写出读书报告，以培养学生综合分析问题的能力。三、

先修课程

高等数学、大学物理、电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路、信号与系统。四、

课程教学重、难点教学重点：线性系统的数学描述、系统的分析、线性系统的校正、线性离散系统的分析和设计；教学难点：线性系统的校正。五、

课程教学方法与教学手段1、本课程应以课堂讲授为主，讲授的顺序是建立系统的数学模型，利用不同的方法对系统的进行分析，对系统进行校正，离散系统和非线性系统的学习。讲授过程中，可按“提出问题，突出主干，启发引导，总结规律，举一反三”的思路安排内容；2、除课堂讲授外，应配合多媒体及必要课堂演示与讨论。由浅入深、由简到繁，激发学生的学习兴趣，使学生能主动思考，主动学习。六、

课程教学内容第一章

绪论（2学时）1．教学内容(1)

自动控制系统简介；(2)

自动控制系统分类；(3)

自动控制系统的发展历史；(4)

工程控制问题的基本要求。2．重、难点提示(1)

重点是自动控制系统的基本概念与分类；(2)

难点是理解自动控制系统的方框图。第二章

控制系统的数学模型（6学时）1．教学内容(1)

线性系统的时域模型；(2)

传递函数；(3)

结构图；(4)

信号流图；(5)

线性定常系统数学模型的MATLAB实现。2．重、难点提示(1)

重点是传递函数、动态结构图绘制与简化；(2)

难点是梅森公式、线性定常系统数学模型的MATLAB实现。第三章

线性系统的时域分析（8学时）1．教学内容(1)

动态和稳态性能指标；(2)

一阶系统的时域分析；(3)

二阶系统的的时域分析；(4)

高阶系统的时域分析；(5)

线性系统的稳定性分析；(6)

控制系统的稳态误差；(7)基于MATLAB的线性系统时域分析。2．重、难点提示(1)

重点是一阶的时域分析、二阶系统的时域分析、线性系统的稳定性分析；(2)

难点是控制系统的稳态误差。第四章

根轨迹法（4学时）1．教学内容(1)

根轨迹的基本概念；(2)

根轨迹的绘制；(3)

广义根轨迹；(4)附加开环零点和极点对根轨迹的影响；(5)系统性能的分析。2．重、难点提示(1)

重点是根轨迹的绘制；(2)

难点是系统性能的分析。第五章

频域响应法（8学时）1．教学内容(1)

频率特性；(2)

典型环节的频率特性；(3)

控制系统开环频率特性曲线的绘制；(4)

奈奎斯特稳定判据；(5)

稳定裕度；(6)

闭环特性系统的频域性能指标；(7)频率特性的试验确定方法。2．重、难点提示(1)

重点是典型环节的频率特性、控制系统开环频率特性曲线的绘制；(2)

难点是奈奎斯特稳定判据、稳定裕度。第六章

线性系统的校正方法（6学时）1．教学内容(1)

控制系统校正的基本概念；(2)

线性系统的基本控制规律；(3)

常用校正装置及其特性；(4)

串联校正；(5)

反馈校正；(6)

复合校正。2．重、难点提示(1)

重点是线性系统的基本控制规律、常用校正装置及其特性；

(2)

难点是串联校正、反馈校正、复合校正。第七章

线性离散系统的分析与设计（6学时）1．教学内容(1)

引言；(2)

信号的采样与保持；(3)Z变换理论；(4)

脉冲传递函数；(5)

离散控制系统的性能与分析。2．重、难点提示(1)

重点是Z变换理论、脉冲传递函数及离散控制系统的性能与分析；

(2)

难点是Z变换理论。第八章

非线性控制系统分析（4学时）1．教学内容(1)

非线性控制系统校正概述；(2)

相平面分析法；(3)

描述函数法。2．重、难点提示(1)

重点是相平面分析法、描述函数法；

(2)

难点是相平面分析法、描述函数法。第十二章

控制系统设计实例分析（4学时）1．教学内容(1)

火炮稳定器的设计；(2)

船舶自动驾驶仪的设计；(3)

磁盘读写头的控制；(4)

倒立摆控制系统的设计。2．重、难点提示(1)

重点是系统设计方法；

(2)

难点是系统的设计过程。七、实验教学内容实验项目(一)（2.5学时）：典型环节的搭建及其阶跃响应分析（1）项目类别：必做

选做R（2）项目性质：演示性□验证性

设计性R

综合性□（3）项目主要目的要求：控制模拟实验的基本原理和一般方法；掌握控制系统时域性能指标的测量方法。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。实验项目(二)（2.5学时）：二阶系统的搭建及阶跃响应分析（1）项目类别：必做

选做R（2）项目性质：演示性□验证性

设计性R

综合性□（3）项目主要目的要求：研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响;作定量分析；学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。实验项目(三)（2.5学时）：控制系统的稳定性分析（1）项目类别：必做√

选做□（2）项目性质：演示性□验证性

设计性□

综合性√（3）项目主要目的要求：观察系统的不稳定性现象；研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。实验项目(四)（2.5学时）：系统频率特性测量与分析（1）项目类别：必做√

选做󙟑（2）项目性质：演示性□验证性

设计性□

综合性√（3）项目主要目的要求：加深了解系统及元件频率特性的物理概念；掌握系统及元件频率特性的测量方法。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。实验项目(五)（2.5学时）：连续系统串联校正（1）项目类别：必做√

选做□（2）项目性质：演示性□验证性

设计性□

综合性√（3）项目主要目的要求：加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用；对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。实验项目(六)（2.5学时）：数字PID控制（1）项目类别：必做√

选做󙟑（2）项目性质：演示性□验证性

设计性□

综合性√（3）项目主要目的要求：研究PID控制器的参数对系统稳定性的及过度过程的影响；研究采样周期T对系统特性的影响；研究I型系统及系统的稳定误差。（4）主要仪器：自动控制系统实验箱、计算机。八、学时分配章目教学内容教学环节理论教学学时实验教学学时其它一自动控制系统的基本概念200二控制系统的数学模型600三线性系统的时域分析82.51.5四根轨迹法400五频域响应法82.51.5六线性系统的校正方法653七线性离散系统的分析与设计600八非线性控制系统分析400十二控制系统设计实例分析400总计

48106九、

课程考核方式1.考核方式：笔试；闭卷2.成绩构成期末成绩+平时成绩十、

选用教材和参考书目［1］《自动控制原理》（第三版），薛安克编，西安电子科技大学出版社，2014年；［2］《自动控制原理》（第五版），胡寿松编，科学出版社有限责任公司，2002年；［3］《自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断》（第一版），

姚福来编，

机械工业出版社，出版时间:

2013年；［4］