《自动控制理论》课程教学大纲

《自动控制理论》教学大纲课程英文名AutomaticControlTheoryB课程代码A0803Z91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选修先修课程高等数学、线性代数、电子技术适用专业机械设计制造及其自动化开课学院机电工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位自动控制理论是机械设计制造及其自动化专业的重要基础课程，也是机械、电子、电机、测试技术等多学科概念交叉的课程。控制理论概念可以广泛渗透到几乎所有的学科领域，学习自动控制理论课程，可以得到控制思想方法、控制系统构成与分析、控制系统设计等的知识，可以为控制系统、测试系统、机电一体化系统设计等课程和知识的学习打下基础。（二）课程目标1.掌握自动控制系统的一般概念。2.掌握基本的自动控制系统的数学建模方法。3.掌握自动控制系统的时域分析法。4.掌握根轨迹法。5.掌握自动控制系统的频域分析法。6.掌握控制系统的设计与校正方法。二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，实验教学为辅。1.课堂教学主要讲解自动控制系统的一般概念、数学建模方法、时域分析法、根轨迹法、频域分析法和控制系统的设计与校正方法。通过实例的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握自动控制系统的相关理论和设计方法，提高学生对自动控制理论的学习兴趣、培养思维方式。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。2.实验教学主要结合学生所掌握的理论知识进行实验设计和验证，培养学生熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力以及解决实际问题的能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对课程归属专业毕业要求的支撑程度毕业要求1毕业要求2课程目标1LL课程目标2HH课程目标3HH课程目标4HH课程目标5HH课程目标6MM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）；2.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第一章绪论①自动控制理论发展史简述L1②自动控制系统的一般概念L1③开环控制与闭环控制L1④自动控制系统的分类L1⑤对控制系统性能的要求和本课程的任务L1第二章控制系统的数学模型①列写系统微分方程式的一般方法L1②非线性数学模型的线性化L2③传递函数L3④系统框图及其等效交换L3⑤控制系统的传递函数L2⑥信号流图和梅逊公式的应用L2⑦控制系统的反馈特性L1第三章控制系统的时域分析法①典型的测试信号L2②一阶系统的时域响应L3③二阶系统的时域响应L2④高阶系统的时域响应L1⑤线性定常系统的稳定性L1⑥劳斯稳定判据L3⑦控制系统的稳态误差L2第四章根轨迹法①根轨迹法的基本概念L3②绘制根轨迹的基本规则L3③参量根轨迹的绘制L2④非最小相位系统的根轨迹L2⑤增加开环零、极点对根轨迹的影响L2⑥用根轨迹法分析控制系统L1第五章频率响应法①频率特性L1②对数坐标图L3③极坐标图L3④用频率法辨识线性定常系统的数学模型L1⑤奈奎斯特稳定判据L3⑥相对稳定性分析L1⑦频域性能指标与时域性能指标间的关系L1第六章控制系统的校正①超前校正L2②滞后校正L2③滞后-超前校正L2④PID控制器及其参数的整定L2基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握五、课程学时安排章节号教学内容学时分配学生任务对应课程目标作业要求自学要求讨论第一章1.1自动控制理论发展史简述1.2自动控制系统的一般概念1.3开环控制与闭环控制1.4自动控制系统的分类1.5对控制系统性能的要求和本课程的任务2/课前自学自动控制系统的一般概念/1第二章（补充内容）Laplace变换2.1列写微分方程式的一般方法2.2非线性数学模型的线性化2/课前自学Laplace变换和列写微分方程式的一般方法/22.3传递函数2.4系统框图及其等效变换2第二章1，2课前自学传递函数和系统框图等效变换/22.5控制系统传递函数2.6信号流图与Mason公式2第二章3，5，6，7，10，11课前自学信号流图与Mason公式/22.7控制作用的反馈特性♠习题分析、讨论总结2///2第三章3.1典型的测试信号3.2一阶系统的时域响应2/课前自学一阶系统的时域响应/33.3二阶系统的时域响应3.4高阶系统的时域响应2第三章2，4，5，7课前自学二阶系统的时域响应/33.5线性定常系统的稳定性3.6劳斯稳定判据2第三章10，11，12课前自学劳斯稳定判据/33.7控制系统的稳态误差♠习题分析、讨论总结2第三章13，14，16//3实验典型环节的模拟（或仿真）研究2///3实验时域系统的性能指标分析与仿真2///3第四章4.1根轨迹法的基本概念4.2绘制根轨迹法的基本规则2第四章1，2，3课前自学根轨迹法的基本概念和绘制规则/44.3参量根轨迹的绘制4.4非最小相位系统的根轨迹2第四章5，6，8课前自学非最小相位系统的根轨迹/44.5增加开环、极点对根轨迹的影响2/课前自学增加开环、极点对根轨迹的影响/44.6用根轨迹法分析控制系统♠习题分析、讨论总结2第四章12，14，18//4第五章5.1频率特性5.2对数坐标图2第五章1，2，5课前自学频率特性和对数坐标图/55.3极坐标图5.4用频率法辨识线性定常系统的数学模型2/课前自学极坐标图和频率辨识方法/55.5奈奎斯特稳定性判据2第五章7，9课前自学奈奎斯特稳定性判据/55.6相对稳定性分析2第五章12，13课前自学相对稳定性分析方法/55.7频域性能指标与时域性能指标间的关系♠习题分析、讨论总结2第五章20，21//5实验频域系统的性能指标分析与仿真2///5第六章6.1引言6.2超前校正6.3滞后校正2第六章2，4，6，8，10课前自学超前和滞后校正/66.4滞后～超前校正6.5PID控制器及其参数的整定2第六章13，17课前自学滞后～超前校正和PID控制器/6实验系统校正（控制）方案分析与比较2///6六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1典型环节的模拟（或仿真）研究2观测各种典型环节的阶跃响应曲线；观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响观测响应曲线验证必做2时域系统的性能指标分析与仿真2熟悉二阶系统的瞬态响应，观察二阶系统两个重要参数ξ和ωn对系统动态特性的影响；定量分析ξ和ωn与超调σ%、过渡过程时间ts的关系。调节系统参数，观察对系统的影响验证必做3频域系统的性能指标分析与仿真2掌握频率特性的测试原理及方法；根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。测试频率特性设计必做4系统校正（控制）方案分析与比较2通过对模拟控制系统参数和环节等的调整，了解其对控制系统稳定性和性能改善的作用。调节系统参数，观察对稳定性的影响设计必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占比过