《自动控制原理》教学大纲

第页ADDINCNKISM.UserStyle《自动控制原理》教学大纲课程编号：13180410英文名称：PrinciplesofAutomaticControl学分：3学时：总学时56，其中理论40，实践16学时先修课程：高等数学，复变函数与积分变换，电路原理，模拟电子技术课程类别：专业基础必修课程授课对象：电气工程及其自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第4学期一、课程描述和目标自动控制理论是工科类各相关专业的一门重要的专业基础课，它已经在大多数工科专业课程中占据了核心地位。学生获得控制理论的基础知识，掌握自动控制系统的分析和校正方法是自动控制原理教学的主要任务。本课程是为自动化类专业的二年级学生开设的专业必修课。通过教学要求学生掌握自动控制的基本原理和概念及分析方法。了解线性定常系统的稳定性，稳态误差的概念；掌握系统稳定判据；了解控制系统性能指标；掌握控制系统的校正方法。学生具备对自动控制系统进行分析、设计、实验的基本能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。学生具备对自动控制系统进行分析与设计的综合能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：掌握自动控制基本原理，具备对被控系统建立数学模型的能力。课程目标2：掌握用不同方法分析控制系统性能指标和根据性能指标校正控制系统的能力，具备分析复杂控制系统的能力,并且根据系统性能要求，设计满足系统指标的控制系统。课程目标3：根据控制系统的性能要求，具备设计可行控制系统的实验能力。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重对应关系1.5掌握电气工程的知识。能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于控制系统方案设计、改进、建模和算法设计等复杂工程问题。课程目标10.6M课程目标20.43.2在安全、环境、法律等现实约束条件下，能够进行电气工程的方案设计、设备选型和系统集成，能优选方案，体现创新意识课程目标11L4.2能够基于专业理论和对象特征，选择研究路线和设计可行的实验方案。课程目标10.3H课程目标20.4课程目标30.37.2理解电气工程的可持续运行措施，能针对实际电气工程项目，评价其投入使用后对经济和社会可持续发展的影响。课程目标20.4M课程目标30.6（H—高，M—中，L—低）三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1控制系统的基本概念讨论学习自动控制的任务、自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求等。掌握控制系统的工作原理、组成及其分类，理解对控制系统的基本要求，了解控制工程的发展概况。5集中讲授、讨论12控制系统的数学模型讨论学习控制系统的微分方程的建立、传递函数、动态结构图、典型环节的传递函数；通过具体实例讨论控制系统模型在控制理论中的作用及意义；讨论不同的传递函数之间的关系以及特点。了解建立系统数学模型的一般步骤；掌握拉氏变换基本定理和常用拉氏变换表；重点掌握典型环节传递函数和闭环传递函数的求法，梅森增益公式的应用；重点掌握控制系统的传递函数，其中包括开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数的定义和求取方法。10集中讲授、讨论13时域分析法讲授时域分析基础、一阶系统分析与计算、二阶系统分析与计算、系统稳定性分析、稳态误差分析及计算。讨论时域分析的基本特点。掌握一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的时域响应和时域性能指标；了解高阶系统时域响应的特点和主导极点的意义；掌握系统稳定的概念和分析、判别系统稳定的方法；掌握系统误差的概念和计算稳态误差的方法。9集中讲授、讨论2,35频率域方法讲授频率特性、典型环节的频率特性、系统的开环频率特性、系统闭环频率特性与阶跃响应的关系、开环频率特性与系统阶跃响应的关系。掌握频率特性的基本概念；掌握典型环节和控制系统频率特性图的绘制方法；掌握系统稳定性的频率域分析方法；了解频域性能指标与时域性能指标之间的关系；掌握用系统开环频率特性分析闭环系统性能的方法。9集中讲授、讨论2,36控制系统的校正讲授系统校正设计基础、串联校正、串联校正的理论设计方法、反馈校正和复合校正。掌握超前、滞后及滞后—超前校正网络的特点、频率特性及其作用；掌握频率法设计和校正系统；了解并联校正和复合校正。7集中讲授、讨论2,3合计40序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1典型环节及其阶跃响应实验掌握电路参数对环节特性的影响要求：必修。2验证1,32二阶系统阶跃响应实验掌握控制系统阶跃响应曲线确定传递函数要求：必修。2验证2,33系统频率特性测量实验掌握控制系统及元件频率特性的测量方法要求：必修。2验证2,34连续系统串联校正实验掌握控制系统过渡过程的测量方法要求：必修。4验证2,35调速系统的控制设计掌握电机调速系统的控制实现方法要求：必修。6设计2,3合计16四、课程教学方法1.总体设计采用课堂讲授和讨论、课外自学等方式，系统地学习自动控制系统基本概念，基本分析与校正方法，结合具体工程案例进行系统分析、计算、设计，培养学生在自动控制系统设计方面的能力，为后续工程实践打下理论基础，并为就业储备发展空间。课堂教学方法：讲授、互动提问讨论。实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导、现场个别答疑。课外学习方法：预习和复习相关章节，中国大学MOOC、YOUKU等网站上的教学视频。集中答疑，线上辅导相结合。2.课堂教学课堂讲授：结合相关工程实例和实验系统讲解自动控制理论相关知识点。涉及自动控制理论基本知识，如数学模型建立，时域分析法，频域法等。重点支持毕业要求指标点：1.5，3.2，4.2，7.2。课内讨论：围绕预习内容、讲授案例、作业问题，通过互问互答等讨论形式，引导深入理解控制系统的本质及应用。重点支持毕业要求指标点：1.5，3.2，4.2，7.2。3.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过集中实验，理解有关知识点，掌握自动控制原理基本分析和设计方法。重点支持毕业要求指标点：1.5，3.2，4.2，7.2。4.课外学习课前预习：要求学生在课前按预习计划完成自主学习内容，即自学教材相关章节，观看相关网站上教学视频。重点支持毕业要求指标点：1.5，3.2，4.2，7.2。课后作业：包含每次课程后均有对应的课后作业和课程内容相关的仿真作业，要求学生按时完成相应作业。成绩计入平时考核成绩。重点支持毕业要求指标点：1.5，3.2，4.2，7.2。五、学业评价和课程考核1．考核方式考试（√）考查（）2．成绩记载百分制（√）五级分制（）3.考核原则强化实践——强化课内外实验突出平时——注重平时作业，测试等过程考核提前关联——提前与专业学习关联，提高学习的兴趣注重分析——理论分析为主，对应具体的实践应用4.成绩总评考核评价构成：课堂表现（课内提问、讨论、纪律）5%，平时作业15%，实验成绩15%，课堂测试15%，期末闭卷考试50%。5.考核方案（1）课堂表现考核方案课堂表现占5%，包括课内提问、讨论和课堂纪律。每位学生至少一次提问交流机会，提问一次答出正确答案，得5分，两次答出正确答案得4分，以此类推，扣完为止。课堂纪律主要考察到课率，学习态度，自主学习能力。每次按A、B、C、D、E五等予以记载，总评时最终折算成A（5分）、B（4分）、C（3分）、D（2分）、E（1分）。旷课一次扣1分；不遵守课堂纪律，一次扣1分；扣完为止。（2）平时作业考核方案平时作业占15%，每次按优、良+、良、中+,中，中-,及格七个等级予以记载,缺交一次扣1分，总评时最终折算成百分制优（95分）、良+（90分）、良（85分）、中+（80分）、中（75分）、中-（70）、及格（65分），并根据按该项总得分×占比15%的方式计算得到平时成绩。（3）课堂测试考核方案课堂测试占15%，根据课程将相关内容结束后，在课堂上当堂测试。（4）实验成绩考核方案实验成绩占15%，共5个实验。总评时，根据总体表现给定优秀、良好、中等、及格、不及格，期末总评时最终折算成优秀（95分）、良好（85分）、中等（75分）、及格（65分），不及格（50分），并根据按该项总得分×占比15%的方式计算得到实验成绩。（5）期末闭卷考试考核方案期末成绩占50%，采用闭卷形式，题型为分析题、计算题，主要考察自动控制控制系统性能参数等的分析设计能力。期末考试卷面成绩不能低于50分，低于50分者，其课程总评成绩为不及格