自动控制原理 教学大纲（含课程思政）

自动控制原理课程教学大纲课程基本信息课程代码课程基本信息课程代码0710473学时80（含实验16）学分4.5课程名称（中文）自动控制原理（英文）PrinciplesofAutomaticControl课程类型专业基础课，学位课，核心课先修课程高等数学、大学物理、信号与系统、MATLAB语言、电路、模拟电子技术后续课程现代控制理论、计算机控制系统、自动控制系统开课院系电子与电气工程学院，电气工程及其自动化系适用专业电气工程及其自动化、电子信息工程、计算机科学与技术等课程简介（500字以内，含课程性质、课程要求、课程教学总目标等）课程的性质“自动控制原理”课程要求和教学目标⑴知识目标⑵能力目标⑶素质目标通过本课程的学习，培养学生的工科人文情怀和精益求精的工匠精神、团结协作精神课程目标一、课程目标课程目标目标目标1：掌握自动控制的基本概念、理论和方法，能够对自动控制系统进行建模和求解。(支撑毕业要求指标点1.3)目标2：掌握控制系统分析方法，能够对控制系统性能进行分析。(支撑毕业要求指标点2.3)目标3：能够正确理解常用校正装置的特性及各种校正方法，并对控制系统进行校正设计。(支撑毕业要求指标点3.2)4.2）课程目标支撑毕业要求及指标点课程目标支撑毕业要求及指标点毕业要求1：工程知识具有从事电气工程领域工作所需1.3课程目标1针对典型控制工程问题进行建模与分析。课程目标与毕业要求指标对应关系课程目标22.3能够运用电气工程基本原理和专业知识对具体工程问题进行分析，得到有效结论。毕业要求2：问题分析过文献研究分析通信领域中复杂工程问题，以获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案能够针对电气领域中的复杂工程课程目标33.2根据电气工程领域各模块的特定需求，进行设计和实现，并能够在设计环节中体现创新意识。新意识，考虑社会、健康、安全法律、文化以及环境等因素。，、课程目标44.2能够选用器件、芯片、功能模块等搭建实验平台，安全有效地开展实验。毕业要求4：科学研究能够基于科学原理并采用科学方法对电气领域复杂工程问题进行、、、三、教学内容进度安排及对应课程目标章节教学内容（重点难点）教学目标学时教学形式作业及考核要求课程思政融入情况对应课程目标第1章绪论教学内容：引言自动控制的一般概念自动控制系统的组成自动控制系统的控制方式自动控制系统实例自动控制系统的分类对自动控制系统性能的基本要求自动控制的基本概自动控制系统实例掌握自动控制的基本概念，深刻理解反馈控制原了解自动控制系统的应用，掌握由系统工作原理图绘制方框图的方法。理解对自动控制系统性能的基本要求。了解自动控制系统的分类及发展。2课堂教学为主，课外辅导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。课后作业思维导图章节测试1.通过介绍我国古代的指南车、计时漏壶、水运仪象台、都江堰所蕴含的控制思想，让学生感受到劳动人民的聪明才智，增强学2.自动控制技术域，取得了前所、、就，通过介绍具体实例，激发学生强烈的民族自豪感及专业认同感。同时让学生明白这些国家重器背后是无数科索、精益求精、克服困难、大胆创新的结果。3.通过介绍钱学森在工程控制领域的成就以及历科研事业做出的目标1巨大贡献，引导学生的爱国意识和奉献精神。1理解建立控制课堂教学为主，课外辅导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。1.线性定常系统可以采用不同形式的数学模型，传递函数、频率状态方程等，根据解决的问题不同，采用不同的数学模型。引导学生具体问题具体分析。2.实际系统往往都具有不同程度的非线性特性，在工程上为了简化问题，常常忽、素，将非线性系、统转换为线性系统，从而给理论分析和工程实践都带来了很大方便。引导学生解决问题抓主要矛盾，找主导因素3.在画信号流图时信号只能沿着支路箭头的方向传输不能逆输,若违反规则,根据梅森增益公式则会得到错误的传递函数，由此强化学生的规矩意识。系统微分方程的一般步骤和方法会利用拉普拉斯变换法求解微分教学内容：微分方程线性化2.1控制系统的微分方程的方法。2.2控制系统的传递函数2掌握传递函数2.3控制系统的结构图2.4控制系统的信号流图同形式的表达式2.5典型反馈控制系统的掌握典型环节及传递函数其传递函数。重点：3掌握控制系统第2章性质及不同形式的表达结构图的建立步课后作业式；典型环节的传递函构图等效变换规8思维导图章节测试目标1目标4学模型典型反馈控制系统的传等效变换求解系递函数。统的传递函数。难点:结构图等效变换;信4掌握信号流图的概念和绘制方梅森增益公式求取传递函数的方法。5掌握典型反馈系统的闭环传递函数及误差传递函数的概念及求取方法。；；、，；；、，。教学内容：1.介绍稳定性概念时，引导学生在工业生产中要关注细节，细节决定控制系统性能，培养学生树立责任意识，安全意识，养成严谨细致的职业精神。2.稳定性是保证系统工作的首要社会这个复杂的此，正如邓小平、所说“稳定压倒、”学生应自觉维护国家稳定。3.以劳斯稳定判据的讲授引出稳定性分析理论的发展历程，使学生明白一个理论的形成不是一蹴而就的，是需要科研工作者的深入研究、长期积累，在前人工作的基础上不断探索、勇于创新中逐渐完善的。3.1时域分析基础1了解时域分析3.2一阶系统的动态性能型输入信号的特分析点和时域性能指3.3二阶系统的动态性能标的含义。分析2.3.4高阶系统的动态性能系统的数学模型分析阶跃响应的特点3.5线性系统的稳定性分及动态性能指标析3.6线性系统的稳态误差课堂教学为分析主，课外辅3章典型输入信号及时二阶和高阶系统的动态统动态性能指标3理解稳定性的概念及稳定条件能熟练运用稳定10导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课课后作业思维导图章节测试目标2目标4法性分析及稳定判据的应判据判定系统的堂参与度，稳定性并进行有鼓励学生自计算及减小或消除稳态关参数分析计算主探究。误差的措施。4理解稳态误差二阶系统的动态性能分析；稳定判据的应定理的应用条件掌握系统的型别计算及减小或消除稳态和静态误差系数误差的措施。稳态误差的方法理解减小或消除稳态误差的措施教学内容：1掌握根轨迹的课堂教学为1.埃文斯用系统参数变化时特征方程的根的变化、轨迹来研究系统、的性能，相比较70多年前麦克斯韦和劳斯取得的研究成果，开创了新的思维和研4.1根轨迹法的基本概念主，课外辅4章绘制根轨迹的基本规则广义根轨迹系统性能的分析模值方程计算根轨迹上任一点的根轨迹增益。8导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课课后作业思维导图章节测试目标2目标4根轨迹的基本概念2掌握绘制根轨堂参与度，鼓励学生自运用根轨迹规则主探究。、。；。、。；。；，。、迹分析系统的性能。绘制系统根轨迹3.理解绘制广义根轨迹的思路、要点和方法。4.点分布和阶跃响握运用根轨迹分析系统性能的方法。究方法，让学生明白创新精神、探索精神。2.在绘制根轨迹时不需要精确作图，根据一些关键点进行概略绘制，引导学生要以目标为导向，有时不必过于精确，纠结细节，要抓主要问题、关键问题，解决难点问题。5章教学内容：频率特性的基本概念典型环节的频率特性系统的开环频率特性频率稳定判据稳定裕度利用开环频率特性分析系统的性能控制系统的闭环频率特性典型环节的频率特判据和对数频率稳定判据及其应用；幅值裕度和环频率特性分析闭环系统性能的三频段法。开环频率特性曲线据和对数频率稳定判据及其应用。理解频率特性的基本概念及几何表示方法。掌握最小相位和非最小相位典型环节的幅相特掌握开环频率特性曲线的绘制率域稳定判据判断系统的闭环稳定性。掌握由系统开环对数幅频特性曲线求开环传递函数的方法。理解幅值裕度和相角裕度的概念，并会求解。理解系统开环频域指标和时域三频段法分析闭环系统性能的方法。14课堂教学为主，课外辅导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。章节测试1.傅里叶级数和傅里叶变换主要研究如何将信号从时域转化到频域。让学生明白信号的时域和频域本质上是同一个问题的不同表现形式，有些问题在时域中得不到解答，但在频域内就可以找找到解决方法。通过时域和频域的对比，让学生明白一个问题可以式，从不同的角度去看问题，可以得到不同的解答。2.奈奎斯特、伯德和尼科尔斯三人创新了频率特论。引导学生学会在已有研究基础上不断开拓创目标2目标4。。。。7.理解系统闭环频域指标与开环频域指标、时域指标的关系。新。3.通过稳定裕度的讲解，引导学生做事要留有余地，防患于未然6章教学内容：系统校正设计基础常用校正装置及其特性串联校正反馈校正复合校正线性系统基本控制串联校正的设计步理解线性系统的基本控制规律理解常用校正装置的特性及对系统性能的影响3.掌握串联超前、串联滞后和串联滞后-超前校正的设计原理及方法4.理解反馈校正和复合校正的特点和作用，掌握运用反馈校正和复合校正提高系统性能的方法。10课堂教学为主，课外辅导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。课后作业思维导图章节测试1.在控制系统的分析与设计过程中，理论的指导固然不可缺少，但实践经验往往起更重要作用。在设计手段上，除了必要的理论计算之外，还需要配合一些局部和整体的模拟试验和数字仿真。使学生明白，要达到比较满意的设计，需要综合、多方面的知识和、依赖于长期实践经验的积累。2.PID参数的调整是一种工程整定方法，是在反复“试错”过程中进行的，实践经验的积累十分重要，鼓励学生在今后的工作岗位中努力将理论知识应用于实践，不断积累经验，提高自己在专业领域的核心竞争力。目标3目标47章教学内容：7.1离散系统概述1理解离散系统8课堂教学为主，课外辅课后作业思维导图1通过了解中、兴事件”、“华为、”、目标1目标2。。。。。。。。信号的采样与保持z变换脉冲传递函数离散系统的稳定性分析离散系统的稳态误差分析离散系统的动态性能分析离散系统的数字校正信号的采样和保离散系统的稳定分析；最少拍系统的设计。系统与连续系统的区别与联系。2理解信号采样及保持的数学描的内容及零阶保持器的特性。3.掌握z变换的定义、性质及求z法。4掌握脉冲传递函数的概念及性开环脉冲传递函数和闭环脉冲传递函数的求解方法。5s域到z握离散系统的稳定条件及稳定性离散系统稳态误差的计算方法。掌握离散系统闭环极点分布与瞬态响应的关系以及系统动态性能的分析计算方法。掌握数字控制器脉冲传递函数拍系统的定义及最少拍系统的设计方法。导为辅；提问、讨论的互动方式，提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。章节测试“Matlab地认识到我国在关键核心技术领域的不足，激发学生献身国家高科技事业、力争科技强国的职业使命感。2.离散控制系统是在连续控制系统的基础上产生的，很多分析方法与连续控制系统有相似之处，引导学生通过类比的方法进行有效的学习，可以达到事半功倍的效果。目标3目标48章教学内容：非线性控制系统概述相平面法描述函数法1.理解非线性系统的特点，掌握典型非线性特性及对系统性能的影响。4课堂教学为主，课外辅导为辅；提问、讨论的互动方式，课后作业思维导图章节测试实际系统往往都、具有不同程度的、非线性特性，在工程上为了简化问题，常常忽略目标2目标4非线性系统的特用相平面法分析非线性析非线性系统的稳定性及自激振荡，自振参数的计算。相平面法分析非线非线性系统的稳定性及掌握相平面的握二阶线性系统的相轨迹及奇点够利用相平面法分析非线性系统的运动特性。掌握描述函数的概念及典型非线性特性描述函用描述函数法分析非线性系统的稳定性及自激振荡。提高学生课堂参与度，鼓励学生自主探究。一些次要因素，将非线性系统转换为线性系统，从而给理论分析和工程实践都带来了很大方便。但是也有相当多的系统，需要考虑非线性模型才能得到符合实际的结果。引导学生具体问题具体分析。四、考核与评价标准1、考核方式及成绩占比序号成绩构成考核方式成绩占比1期末成绩闭卷笔试60%2过程考核课后习题或章节测试10%3思维导图或课堂笔记10%4实验20%合计100%课程目标达成评价计算方法：（课程目标试题均分/课程目标试题总分）×60%+课程目标过程考核成绩均分/课程目标过程考核成绩总分）×40%。2、课程目标评价标准课程目标考核环节评价标准优（90-100）良（75-89）中（60-74）不及格（0-59）课程目标1课程目标2课程目标3考核环节1出试题时，（1）需设置好支撑课程目标1、2、3的题型分值；（2）根据期末考试试卷评分标准进行评分。不按时提交作业业书写工整清楚课程目标1能熟练运用自动运用自动控制的基本运用自动控完整或抄袭现象课程目标2课程目标3考核环节2控制的原理和方法对控制系统关键问题进行分析原理和方法对控制系统关键问题进行分析，解题过制的原理和方法对控制系统关键问题进行分析，解未掌握运用自动控制的原理和方法对控制系统关程较正确、存在题过程基本正确