自动控制原理教学大纲

第第1页/共8页自动掌握原理一、课程说明课程编号：090110Z10程名称：自动掌握原理/AutomaticControlTheory课程类别：专业课学时/学分：64/4〔其中试验学时：12〕论、模拟电子技术、数字电子技术等术、计算机科学与技术、物联网工程等教材、教学参考书：1.胡寿松主编.自动掌握原理〔第六版〕.北京：科学出版社.2023年；RobertH.Bishop著.现代掌握系统(第十版，英文影印版).北京：科学出版社.2023年；3.(美)RichardC.Dorf和RobertH.Bishop著,谢红卫等译.现代掌握系统(第十二版).北京：电子工业出版社.2023年；4.〔日〕绪方胜彦著.现代掌握工程〔第四版，英文影印版〕.北京：清华大学出版社.2023年；5.王建辉,顾树生主编.自动掌握原理(2版).北京：清华大学出版社，2023年二、课程设置的目的意义整的专业学问体系具有重要意义。三、课程的根本要求线性离散系统的分析与设计方法，把握非线性掌握系统的分析方法。高分析、觉察、争论和解决问题的力量。力量和习惯，增加与外国科技专家乐观沟通的意识与素养；通过课外导学模式，四、教学内容、重点难点及教学设计总章节 教学内容 学时

学时安排讲课 (含研 讨)

教学重点 教学难点教学方案设计〔含教学方法、教学手段〕1章自动掌握的一般概念

自动掌握的根本原理与方式；反响掌握原理和反馈掌握系统的构成；4 4自动掌握系统的分掌握系统的根本要求。

0输入信号。

统的构成；要求。

教学思路：从人类物质文明的进展历程介绍自动掌握发挥的作用及其进展简史；通过假设干典型掌握系统实例解释什么是自动掌握、有哪些根本的掌握方式、什么是反响掌握、反响掌握系统如何构成、如何将掌握系统原理图转换为方框图、如何对掌握系统的设计提出要求。教学模式：课堂多媒体讲授，分析掌握系统实例时启发引导学生提问，课后答疑辅导。掌握系统教学思路：通过掌握系的时域数统实例讲解如何建立系其重要性；统内部各元〔部〕件的制系统的输入输出数学模型–微复数域数分方程、传递函数，再2章–微过渡到如何建立整个系掌握制系统的统的数学模型–微分方系统方框图及880程、传递函数；介绍开的数其等效变学模–传讲授方框图绘制方法、型制系统的对方框图等效变换的目信号流图的、等效变换规章，通及梅森增过实例讲解如何应用规则对系统的方框图进展学模型的简化；介绍什么是系统试验测定的信号流图，它与方框总章节 教学内容 学时

学时安排讲课 讨)法。讨)法。递函数。法。系统典型输入信号；系统时间程，动态性响应的性阶系统的时域分析；二阶系统的时域分时域分析；析；改进二阶系统性能的根本析；改进二3章系统的时线性系统阶系统闭1284的时环主导极域分点的作用；析法线性系统据及应用；稳定性的系统稳定的充分必义，系统稳数的定义；要条件以及稳定性代数判据；稳定判据；稳态误差定义及分析；减小或算，减小或的方法。消退稳态误差的措施。施。

教学重点

教学难点

教学方案设计〔含教学方法、教学手段〕图的区分，如何利用梅森增益公式计算掌握系统的闭环传递函数；通过实例讲授如何通过试验方法猎取掌握系统的数学模型。〔前修课学问归纳媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。教学思路：通过分析典型系统的时间响应曲线，引出动态过程和稳态过程定义，随之介绍动态性能和稳态性能及其性能指标的定义与计算方法；通过实例讲解一阶系统、二阶系统、高阶系统的时域分析方法；重点讲授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〔比例-微分掌握系统闭环极点与系统响应的模态之间的对应关系，引出闭环主导极点的概念，并介绍其在系统设计中的作用；从线性系统稳定性定义动身，引出系统稳定的充-赫尔维茨稳定判据和劳斯稳定判据以及它们的应用方法；讲授静态误差系数和动态误差系数的定义、典型系统稳态误差的分析与计算方法、减小或消退系统稳态误差的方法。教学模式：课前导学；课堂多媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。完成两次试验。4章线性系统的根

根轨迹法的根本概 8 6念；根轨迹的根本特

2

教学思路：通过一个二阶系统实例，利用数学方法求解其特征方程，然后令其开环增益K从总章节 教学内容 学时轨迹 性及绘制法 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。

学时安排讲课 (含研 讨)

教学重点法则；参数绘制方法；能；引入开的影响。

教学难点稳态性能。频率特性根本概念；根本概念；典型环节的定义方法及其频法；典型环环系统频率特性曲线绘制方频率特性根本概念；根本概念；典型环节的定义方法及其频法；典型环环系统频率特性曲线绘制方5章法；传递函线性数频域实法；最小相系统验测定法；1082的频频域稳定域分判据〔奈奎析法斯特稳定点；奈奎斯判据和对数频率稳定判据及系统的稳环系统频域性能指标；从开环

教学方案设计〔含教学方法、教学手段〕零变到无穷大，绘制其特征根的轨迹，以此引出根轨迹概念，并争论根轨迹与系统性能之间的关系；通过争论闭环零、极点与开环零、极点之间的关系，建立根轨迹方程；介绍根轨迹绘制的根本法则，并举例说明其应用方法；争论附加开环零点对系统根轨迹走势的影响，以及如何利用这种方法改善掌握系统的性能；通过实例分析闭环零、极点与时间响应之间的关系，引出主导极点和偶极子的概念，并介绍它们在掌握系统设计中的作用；讲授利用根轨迹法对系统稳定性和动态性能进展定性分析的方法。教学模式：课前导学；课堂多媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。完成一次试验。教学思路：通过给RC滤波电路输入一个正弦波信号，观看其输出响应，引出频率特性的概念，并介绍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；介绍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；介绍典型环节对数幅频渐进特性曲线的绘制方法；介绍开环系统频率特性曲线的绘制方法；争论如何利用试验方法确定掌握系统的频率特性；以复变函数中的幅角原理作为数学根底，通过分析推导出两种常用的频率域稳定判据–奈奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据，并通过实例介绍总章节 教学内容 学时争论闭环的争论闭环的性能。对稳定性的角度引出相系统的性角裕度和幅值裕度的概能。念，并介绍它们的计算分析带宽对系统性能的影响；讲授闭环系统频域指标和时域指标的转换关系；介绍如何依据开环频率特性争论闭环系统的性能。教学模式：课前导学；课堂多媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。完成一次试验。教学思路：首先争论为

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教学重点

教学难点教学方案设计〔含教学方法、教学手段〕它们的应用方法；从相6章线性系统的校正方法7章线性离散系统的分析方法

什么要对系统进展校从掌握系统应具备良好的性能引出系统的带宽选取原则；介绍目前常用的几种校正方式及其适应场合；介绍假设干种常用的校正装置及其特性；介绍广泛承受的PID掌握器设计方法；通过实例重点讲授串联校正系统的频域设计方〔包括串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后–超前校正、反响校正系统的频域设计方法以及复合校正系统的设计方法，尤其要传授工程设计阅历；介绍综合法串联校正和反响校正的设计方法。系统的设计与校正系统的设计与校正性能指标与时域性能指标之间制系统经典的校正〔串联校正装置及其特性；862超前校正，开环系统期望频率滞后–超前特性的设则；串联校联校正方法；反响校法；复合校校正方法；合校正方校正律和PID掌握方法。掌握器设方法。计方法。线性离散系统的基样与保持，样与保持，号的采样1082定理；z变定理；z变农采样定农采样定统，它是当今最主流的掌握器；通过实例引出理；z变换信号采样与信号保持的〔求取方法；概念及其实现装置A/D讨)讨)系统的数承受z反变转换器和D/A转换器；分方程和脉冲传递函数z传递函数Z介绍香农采样定理以及依据该定理选取采样周z变换理论；介绍离散系统的变换法求程；开环系差分方程和解差分方脉冲传递函数，以及利程；开环系用这两种模型求解系统统与闭环响应的方法；讲授离散系统的脉冲传递函统的动态性能 分系统的稳定性概念以及s域和z域的映射关系，数；离散系析。由此引出离散系统稳定统的稳定性定义及的充分必要条件；介绍w变换并基于劳斯稳定稳定性判判据，给出离散系统的据；离散系稳定性判据，通过实例统的稳态介绍其应用方法；讲授离散系统稳态误差的概系统的动析。念及计算方法；介绍采态性能分样器和保持器对系统动析态性能的影响，分析讨论系统的闭环极点与其动态性能之间的关系，让学生正确把握离散控制系统的设计原则。教学模式：课前导学；课堂多媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。完成一次试验。8章非线性掌握系统分析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述函数的根本概念，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。440述函数法。和自激振荡。教学思路：通过实例阐述争论非线性掌握理论的意义；介绍各种常见的非线性特性及其对系统运动的影响；介绍非线性系统常用的分析与设计方法，主要介绍描述函数法；通过实例推导各种典型非线性特性的描述函数；重点讲授非线性掌握系统稳定性分析的描述函数法，包〔周期运动〕振幅和周期的计算方法。教学模式：课前导学；课堂多媒体讲授，分析系统实例时引导学生提问，一般归纳与重点分析相结合；课后答疑辅导。合计645212总章节 教学内容 学时

学时安排讲课 (含研

教学重点

教学难点

教学方案设计〔含教学方法、教学手段〕注：实践包括试验、上机等五、实践教学内容和根本要求2学时。试验名称 试验内容 学时 根本要求1．争论二阶系统的特征参数(，典型系统的时n)对系统响应的过渡过程的影响；域响应和稳定2性分析的响应曲线及系统的稳定性；1．争论二阶系统的特征参数(，典型系统的时n)对系统响应的过渡过程的影响；域响应和稳定2性分析的响应曲线及系统的稳定性；3．用Routh判据对三阶系统进展2．把握二阶系统特征参数对系临界阻尼、过阻尼三种状况下线性系统的校正线性系统的根轨迹分析线性系统的频率响应分析

稳定性分析。依据待校正二阶系统〔原系统〕方框图，在试验系统上构建其模拟电路，测试其性能指标；校正法对原系统进展校正设计，构 2建校正系统的模拟电路，并测试其性能；对校正后的系统与原系统的动态和稳态性能进展比较分析。函数画出系统的根轨迹图，对其稳定性和动态性能做出理论上的分析推断；依据试验对象的方框图正确构 2建其对应的模拟电路；统的时域响应曲线，分析参数变化对系统动态性能的影响。针对给定的闭环掌握系统方框图，正确构建其模拟电路；域曲线窗口将信号源和被测系统的响应曲线显示出来，直接测量对象输出与信号源的相位差及幅值衰减情况，猎取掌握系统的闭环频率特性 2〔闭环伯德图和闭环极坐标图；3统的反响信号与误差信号的相位差及幅值衰减状况，猎取对象的开环频率特性〔开环伯德图和开环极坐标图。1．生疏LF398采样保持器芯片的

系统响应曲线的差异；3Routh判据对系统的稳定性进展推断的方法。1．把握系统校正的各种经典方法，重点了解串联校正方法的设计思路。2．依据期望的时域性能指标，推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数；3．能够依据系统的方框图，构建对应的模拟电路；4．把握试验系统的操作方法。〔掌握系统〕的方框图，正确构建其对应的模拟电路；能够依据掌握系统的开环传3．能够利用根轨迹法分析系统的稳定性和动态性能；4．通过实际试验，验证根轨迹方法。把握承受频率特性理论对线性系统进展分析与综合的根本方法；把握伯德图的绘制方法及依据伯德图确定系统的开环传递函数；3．能够依据掌握系统的方框图，正确构建其对应的模拟电路；4．生疏试验系统频率特性测试虚拟仪器的使用方法，能够利用集成软件中的频率特性测量界面正确绘制出被测对象的伯德图和极坐标图。把握离散〔采样〕系统分析离散〔采样〕功能〔零阶保持器；

与综合的根本理论；系统的稳定性分析

针对给定的闭环采样掌握系统，正确构建其模拟电路； 2取系统的输入为1V的单位阶跃信号，通过转变LF398正弦输入信

把握香农采样定理，了解信号的采样保持与采样周期的关系；试验名称 试验内容号的频率转变采样周期，从小到大取假设干个采样周期，观看系统的输出波形，验证香农采样定理，同时计算各采样周期对应的系统性能〔超调量和调整时间期对