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教学大纲
 
 
自动控制原理 ( 88学时64学时56学时 )  现代控制理论 ( 32学时 )
The Principle of Automatic Control ( 886456 ) Mordern Control Theory ( 32 )
 
《自动控制原理》(56学时)
 
一、课程基本信息
1、课程代码:0920020
2、课程名称(中文):自动控制原理
     课程名称(英文):The Principle of Automatic Control
3、 学时/学分:56学时/6学分
4、 先修课程:高等数学/1110011-2,大学物理/1110051-2,复变函数与积分变换/1120680,电工技术/0520430,模拟与数字电子技术/0520460,测试技术/0520170。
5、面向对象:四年制非控制类专业本科生(航海学院,机电学院等)。
6、开课院(系):自动化学院
7、教材、教学参考书:
[1] 《自动控制原理》、卢京潮主编、清华大学出版社、2013.3。
[2] 《控制工程导论》、周雪琴,张洪才编、西北工业大学出版社、1995.5。
[3] 《自动控制原理》(第五版)、胡寿松主编、科学出版社、2007.6。
[4] 《现代控制系统》(第10版) R.C Dorf, R.H.Bshop 著、赵千川,冯梅 译、科学出版社、2008.6。

二、 课程性质和任务

      本课程是四年制非控制类专业的专业基础课,其教学任务是使学生掌握自动控制系统的基本概念和自动控制系统分析、设计(综合)的基本方法,初步掌握系统实验技能,为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础。 

三、
教学内容和基本要求

      四年制非控制类专业本科生《自动控制原理》课程教学内容分为五章,各章节的教学内容与要求分别叙述如下(数字表示相应章节可供参考的学时数)。 

第一章 自动控制的一般概念(3)

      1. 自动控制的一般概念;自动控制系统示例,负反馈控制原理; (2)
      2. 控制系统示例、控制系统的基本组成及分类、对控制系统的基本要求。 (1)

要求:
       了解控制系统的任务、组成及自动控制的基本概念(被控对象,被控量,给定量,干扰量等);
      了解建立起系统的概念,初步掌握由系统工作原理图画出系统方块图的方法;
      正确理解对控制系统的稳、准、快的要求。

第二章 控制系统的数学模型(9)

      1. 动态(微分)方程的建立;(1)
      3. 复习拉普拉斯变换(2)
      4. 线性系统的传递函数,典型元部件的传递函数; (2)
      4. 结构图的建立及等效变换;(2)
      5. 梅逊公式及控制系统的传递函数。(2)

要求:
       掌握传递函数的概念、结构图的建立与等效变换、熟练掌握利用结构图等效变换和梅逊公式求复杂系统传递函数的方法。

第三章 线性系统的时域分析与校正(10)

      1.时域分析与校正的基本概念;一阶系统的时间响应及动态性能; (2)
      2.二阶系统的时间响应及动态性能; (2)
      3.高阶系统的时间响应及动态性能;线性系统的稳定性分析; (2)
      4.误差及稳态误差,线性系统的稳态误差计算; (3)
      5.线性系统的反馈校正和复合校正。 (1)

要求:
      
熟练掌握一、二阶系统阶跃响应的特点及动态性能的计算;
      稳定性概念及劳斯稳定判据的应用;
      用终值定理和静态误差系数法求稳态误差的方法。

第四章 根轨迹法(6)

      1、根轨迹的概念;相角条件,模值条件;(2)
      2、绘制常规根轨迹的基本法则;(2)
      3、广义根轨迹(只讲参数根轨迹);(1)
      4、利用根轨迹定性分析系统性能。(1)

要求:
      熟练掌握根轨迹的概念、根轨迹方程、常规根轨迹和参数根轨迹的绘制;
      会利用根轨迹分析系统的性能;
      了解开、闭环零极点分布对系统性能的影响。

第五章 线性系统的频域分析与校正(18)

      1、频率响应与频率特性的概念; (1)
      2、典型环节及开环幅相频率特性的绘制; (3)
      3、典型环节及开环对数频率特性的绘制; (3)
      4、最小相位(角)系统和非最小相位(角)系统; (1)
      5、频域稳定判据及其应用;稳定裕度的概念及计算; (4)
      6、开环对数频率特性与系统稳态性能、动态性能的关系;三频段理论; (2)
      7、线性系统的串联校正(超前校正,迟后校正)。 (4)

要求:
      熟练掌握频率响应、频率特性的概念及特点;
      绘制开环对数频率特性的方法;
      由最小相位系统的开环对数幅频特性求传递函数的方法;
      运用奈奎斯特稳定判据和对数频率判据判定系统稳定性的方法;
      稳定裕度的计算方法;
      了解开环对数幅频特性与系统三频段的关系;
      掌握串联校正的步骤和方法。

四、实验(上机)内容和基本要求

1、实验内容
      实验一:典型环节模拟研究 2学时
      实验二:二阶系统特征参数对系统性能的影响 2学时
      实验三:系统频率特性的测定 2学时
      实验四:控制系统的校正 2学时

2、实验要求
     
通过实验要求学生初步掌握控制系统数学模拟的方法;
      实际系统和模拟系统过渡过程及频率特性的测量方法;
      掌握常用实验仪器设备的正确使用方法;
      通过实验使学生巩固和加深对课程基本内容的理解,培养学生控制系统的调试和实验研究能力。

五、各教学环节学时分配

项目
学时

讲 课

习题课

讨论课

实验课

其他

合计

第一章

3

 

 

 

 

3

第二章

9

 

 

 

 

9

第三章

12

 

 

4

 

16

第四章

6

 

 

 

 

6

第五章

18

 

 

4

 

22

总计

48

 

 

8

 

56

 
六、
对学生能力培养的要求

      通过本课程的学习使学生掌握自动控制系统的基本概念和系统分析、设计(综合)的基本方法。熟练掌握运用系统分析的三种方法:时域,根轨迹和频域法对系统进行分析和校正;通过课程学习做到各章概念融会贯通,灵活运用,建立起经典控制理论的基本框架。
      掌握控制系统的实验技能。初步掌握控制系统数学模拟的方法、实际系统和模拟系统过渡过程及频率特性的测量方法、常用实验仪器和设备的正确使用方法。为后续课程的学习和今后解决实际工程问题打好基础。

七、其它说明
      1. 实验课开设4个实验(8学时),配合理论教学,随课程进程安排。
      2. 教学资源:自动控制原理精品课程教学网站

八、考核方法:

      闭卷考试(考试成绩除笔试外,还包括平时上课、作业和实验成绩)。

撰写人:刘慧英  制定日期:2006年3月20日
修订人:卢京潮    制定日期:2014年2月20日
审定人: 审定日期:      年    月    日
学院审查意见:    主管院长:
 
 
 
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