哈工大自动控制课程设计

哈工大自动控制课程设计一、课程目标

知识目标：

1.理解自动控制理论的基本概念，掌握控制系统数学模型、传递函数及状态空间表示；

2.掌握稳定性、稳态误差、瞬态响应等性能指标，并能运用到控制系统分析中；

3.学会使用PID控制、状态反馈、观测器等设计方法，优化控制系统性能。

技能目标：

1.能够运用数学软件（如MATLAB）建立、仿真和优化控制系统；

2.通过课程项目，独立设计一个简单的自动控制系统的控制器，培养解决实际问题的能力；

3.掌握查阅资料、团队协作、报告撰写等研究方法，提高学术素养。

情感态度价值观目标：

1.培养对自动控制技术的兴趣，激发探索精神，增强创新意识；

2.认识到自动控制在国家重点领域（如航天、智能制造等）的重要性，增强社会责任感和使命感；

3.培养团队合作精神，学会尊重他人意见，提高沟通与交流能力。

本课程针对哈尔滨工业大学高年级本科生，结合学生已具备的数学、物理和工程基础，注重理论与实践相结合。通过课程设计，使学生能够将所学知识应用于实际问题，提高解决复杂工程问题的能力，为未来从事自动控制相关领域的研究和工作打下坚实基础。

二、教学内容

1.自动控制基本概念：控制系统定义、分类、性能指标（稳定性、稳态误差、瞬态响应）。

2.数学模型：微分方程、传递函数、状态空间表示，系统响应分析。

3.控制器设计：PID控制原理与参数整定，状态反馈、观测器设计，最优控制理论基础。

4.系统仿真与分析：MATLAB/Simulink环境下的控制系统建模、仿真与优化。

5.课程项目：分组进行自动控制系统设计，包括系统建模、控制器设计、性能分析及报告撰写。

教学内容依据以下教材章节组织：

1.《自动控制原理》（第七版）胡寿松，第一章至第四章；

2.《现代控制系统》第十版，K.J.Åström等，第一章至第四章；

3.结合MATLAB/Simulink教程，进行控制系统仿真与设计。

教学进度安排：

1.自动控制基本概念及数学模型（2周）；

2.控制器设计方法（3周）；

3.系统仿真与分析（2周）；

4.课程项目实践（4周）。

教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节，循序渐进地引导学生掌握自动控制理论，提高实际应用能力。

三、教学方法

本课程采用以下多样化的教学方法，旨在激发学生的学习兴趣，提高主动性和实践能力：

1.讲授法：对自动控制基本概念、理论及数学模型等核心知识进行系统讲解，确保学生掌握必要的理论基础。

2.讨论法：针对课程中的重点和难点问题，组织学生进行课堂讨论，促进学生主动思考，加深理解。

3.案例分析法：通过分析典型自动控制案例，使学生了解控制理论在实际工程中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。

4.实验法：结合MATLAB/Simulink软件，进行控制系统建模、仿真和优化实验，增强学生的动手实践能力。

5.课程项目：分组进行自动控制系统设计，培养学生团队协作、沟通与交流能力，提高解决实际问题的能力。

具体教学方法如下：

1.讲授法：占课程总学时的40%。教师通过生动的语言、形象的比喻和丰富的案例，引导学生理解自动控制理论。

2.讨论法：占课程总学时的20%。教师提出问题，学生分组讨论，汇报讨论成果，教师点评并总结。

3.案例分析法：占课程总学时的10%。教师选取具有代表性的自动控制案例，组织学生分析、讨论，提高学生应用能力。

4.实验法：占课程总学时的20%。教师指导学生进行软件操作，完成实验任务，培养学生的实践能力。

5.课程项目：贯穿整个学期。学生自主选题，分组进行项目设计，教师提供指导和建议。

四、教学评估

为确保教学评估的客观、公正和全面性，本课程采用以下评估方式，全面考察学生的学习成果：

1.平时表现（占20%）：包括课堂出勤、参与讨论、提问回答等，以考察学生的学习态度和积极性。

2.作业（占30%）：布置与课程内容相关的作业，包括理论计算、MATLAB仿真等，以检验学生对理论知识的掌握和实际应用能力。

3.课程项目（占20%）：评估学生在项目过程中的团队协作、问题分析、控制器设计、性能分析和报告撰写等方面的能力。

4.期中考试（占10%）：以闭卷形式进行，主要考察学生对自动控制基本概念、数学模型和控制器设计方法的理解。

5.期末考试（占20%）：以闭卷形式进行，全面考察学生对整个课程内容的掌握程度，包括理论分析和实际应用。

具体评估方法如下：

1.平时表现：由教师在课程过程中对学生的出勤、表现进行记录和评价。

2.作业：要求学生在规定时间内完成，教师对作业进行批改和评分，反馈给学生，以指导其学习。

3.课程项目：项目完成后，进行项目答辩和评审，教师针对项目设计、实施和报告质量进行评价。

4.期中考试：在课程进行到一半时进行，主要测试学生对前半部分课程内容的掌握。

5.期末考试：在课程结束时进行，全面测试学生对整个课程内容的掌握。

五、教学安排

为确保教学进度合理、紧凑，同时考虑学生的实际情况和需求，本课程的教学安排如下：

1.教学进度：共计16周，每周2学时，共计32学时。

-第一至四周：自动控制基本概念、数学模型（微分方程、传递函数、状态空间表示）；

-第五至七周：控制器设计方法（PID控制、状态反馈、观测器设计）；

-第八至九周：系统仿真与分析（MATLAB/Simulink操作与建模）；

-第十至十六周：课程项目实践及总结。

2.教学时间：根据学生的作息时间，安排在每周的固定时间进行授课，以确保学生能合理安排学习时间。

3.教学地点：理论课在多媒体教室进行，便于教师运用多媒体教学资源进行讲解；实验课在计算机实验室进行，方便学生进行MATLAB/Simulink操作。

具体教学安排如下：

1.理论课：采用课堂讲授、讨论、案例分析等形式进行，确保学生掌握自动控制理论知识。

2.实验课：结合理论教学，安排在第六至八周进行，每周1学时，共计3学时，指导学生进行控制系统建模、仿真与优化。

3.课程项目：从第十周开始，每周2学时，共计14学时。学生分组进行项目实践，教师提供定期指导和答疑。

4.期中考试：安排在第五周周末，闭卷考试，全