自动控制理论 教学大纲

自动控制理论——教学大纲ControlTheory适用专业：自动化、电气工程及相关测控专业总学时：68（讲课：60实验：8）学分：4课程的性质和目的本课程是自动化、电气工程及相关测控专业一门重要基础课，是基础课与专业课之间的桥梁。本课程的基本任务是使学生掌握自动控制的基本理论及分析、校正系统的基本方法。为以后毕业设计及从事工程设计打下理论基础。课程教学内容和要求本课程涉及电路、高等数学等多学科知识，内容以经典控制理论的线性系统为主线，在此基础上讲授非线性系统分析、采样控制系统分析。第一章绪论反馈控制系统的构成及工作原理，着重说明反馈的作用。在绪论中要注意引导学生认识本课程的性质，任务和特点。重点领悟反馈控制系统的定义、特点、分类和相关常用术语。第二章线性系统的数学模式建立理想的数学模型的必要性和局限性。建模的两种基本方法---分析推导法和实验辩识法。系统数学模型的多种形式及其转换关系。了解数学模型是分析和设计控制系统的基础，建立理想化的数学模型的必要性及其局限性。熟练掌握典型环节定义及其传递函数，运用方框图化简求出传递函数，掌握信号流程图中的基本符号，术语和定义，信流图的简化，梅逊公式及其应用。第三章线性系统的时域响应时域响应的概念，研究系统时域响应的目的、时域系统的分析方法及其与拉氏变换的关系。了解典型输入信号的意义及其数学表达式。明确一阶，二阶系统的组成及其阶跃响应，特征参量，闭环零，极点与响应指标的关系，暂态响应与稳态响应的性能指标。高阶系统的时域响应的特点(一，二阶系统响应的合成)，零、极点与响应的关系，系统主导极点的概念，用二阶系统的响应近似的分析高阶系统的性能。运用线性常定系统稳定的充分和必要条件，判别线性常定系统稳定性。运用稳态误差的定义，计算稳态计算。第四章线性系统的根轨迹法最小相位系统的以开环增益K为变量的根轨迹，相角和幅值条件，绘制规则及方法。依据开环传递函数的零极点绘制系统的闭环根轨迹并能够分析系统零，极点分布及其与时域响应性能指标之间的关系。第五章线性系统的频率特性法频率法的定义、优缺点和应用范围。典型环节频率特性。系统开环频率特性绘制，最小相位系统开环频率特性的特点。奈奎斯特稳定判据和稳定裕量。了解系统频率性能指标与时域性能指标之间的关系。明确为什么要用系统的开环频率特性去分析闭环系数的性能?为什么能从系统的稳态频率响应去分析系统的暂态时域响应?了解开环频率特性和闭环频率特性之间的解析关系，运用伯德图、奈奎斯特图分析系统的稳定性。掌握系统的相对稳定性，相角裕度和幅值裕角。第六章线性反馈系统的校正校正问题的提出，校正的基本概念，串联校正和反馈校正校正装置的作用及其选择依据。求校正装置传递函数的方法：超前校正装置的作用，传递函数及其特性；迟后---超前校正的作用，传递函数及其特性。频率法在校正中的应用。了解校正的概念，运用频率法用于串联超前校正，串联迟后校正及串联迟后---超前校正，频率法用于反馈校正。第七章非线性系统分析非线性系统的普遍性与必要性，典型非线性特性的描述函数及平面法的基本概念。绘制相平面的方法非线性系统的基本概念及基本分析方法：描述函数及非线性系统的描述函数分析方法；相平面法及非线性系统的相平面分析方法。第八章采样控制系统采样系统的基本概念及采样定理。采样信号保持器——零阶保持器。Z变换、Z变换的基本定理，Z反变换。重点掌握开环脉冲传递函数，闭环脉冲传递函数。采样控制系统的校正——最少拍采样系统的设计。采样控制系统的稳定性分析，采样系统的稳定条件，劳斯稳定判据应用，采样系统稳定性的频域分析方法。本课程教学的基本要求本课程需要应用高等数学、电路的许多基础知识，在学习本课程之前，应打好这方面的基础。通过结合使用实物实验平台及MATLAB控制系统工具箱做实物实验及仿真实验，巩固所学知识。本课程与其它课程的联系本课程的先修课程：高等数学、信号与系统、电路、模拟电子技术基础等。后续课程有：现代控制理论、运动控制系统、计算机控制系统、过程控制系统、智能控制等。在教学过程中要注意课程间的配合衔接，前后呼应。后续课巩固，加深先行课，但要避免不必要的、简单的重复。五、学时分配章节讲课学时实验学时第一章2第二章8第三章102第四章8第五章103第六章83第七章8第八章6合计608六、建议教材及教学参考书教材：《自动控制理论》（第4版）夏德钤，翁贻方编著，机械工业出版社，2014年1月参考书：《自动控制理论》吴麒