《自动控制原理》课程学习指南

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发布时间：2017-03-14 10:29:15
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授课教师姓名	周炼，赖指南，谭梅，吴迪，万琴，赵葵银，林国汉	职称	教授1人、副教授4人，讲师2人		开课学院	电气信息学院
E-mail	24886368@qq.com				联系电话	13786269379
课程名称	自动控制原理		学分	2.5	学时	理论	34
						实验	6
						上机	无
课程性质	学科基础必修课		考核方式			闭卷
开课学期	2017年秋季		起止周			1-3，5-13
授课时间	星期三12节，星期五78节		授课地点			1-B-205
辅导答疑时间	每周2，15:00-17：00		辅导答疑地点			电气楼507

一、课程描述

自动控制原理是是“电气工程及其自动化”专业的一门专业必修课程，其主要内容是：控制系统的数学模型，时域分析法，根轨迹分析法，频率特性法，控制系统的综合校正，非线性控制系统，采样控制系统等。

二、课程目标

本课程为培养既具备较强理论知识，又具有一定创新能力的电气工程领域应用型工程技术人才奠定专业基础。通过本课程的学习，使学生掌握反馈控制系统的构成、控制系统数学模型的建立方法及系统时域、复域、频域分析和校正方法；熟悉非线性系统和离散控制系统的分析和设计方法；掌握现代控制理论中系统的分析法，能初步具备理论联系实际，应用控制理论初步解决实际问题的能力，为学习后续课程和专业知识、以及从事工程技术工作和科学研究奠定专业基础。具体培养的能力主要集中在以下几个方面：

1.培养学生熟悉控制系统的各种分析方法，掌握控制系统的结构、工作原理，并能对设计方案和模型的正确性进行推理并得出结论。

2.培养学生对反馈控制系统有一定的分析、设计和计算能力，通过不同角度分析问题能力。

3.培养学生使用现代工具对控制系统进行建模、仿真，通过分析和调整仿真模型参数达到预期效果。

课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求		课程目标对毕业要求的支撑关系
1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电气工程领域的复杂工程问题。	1.4能运用数学与自然科学及有关知识对复杂电气工程问题的解决途径进行分析、改进。	课程教学目标2
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。	2.2能够运用电气工程专业知识，并考虑工程实际，对复杂工程问题进行初步分析。	课程教学目标1
5.使用现代工具：能够针对电气工程领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对电气工程领域的复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.3能够对仿真结果进行分析研究，以便对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其仿真的局限性。	课程教学目标3

三、学习内容及要求

“学习内容及要求”较为详细地介绍课程学习的主要内容及学习，针对不同的学习内容，分别将对应知识点划分为专业知识主导型和工程应用主导型。专业知识主导型强调学生对该知识点偏向理论上的认识、分析和应用，更多强调专业基础知识，对该知识点的讲授、理解、应用和考察更侧重概念上理解、理论上分析推导；而工程应用主导型表明该知识点更侧重于在实际工程中应用和分析，对知识点的讲授、理解、应用和考察更偏重工程应用角度。

根据知识点的掌握要求，将各知识点掌握程度分为理解并掌握、理解、了解和选学。理解并掌握指学生对该知识点需要理解所以内容并能够熟练应用；理解指学生对该知识点需要理解大部分内容并能一定程度的应用；了解指学生对该知识点只需要了解其思想或大致内容即可；选学需要学生自己去学习相关知识点。

表 2 知识点内容、划分类别、掌握要求、重难点、课时安排与教学方式

序号	知识单元	章节单元	知识点	知识点划分	掌握程度	重点与难点	课程目标	课程时间安排	教学方法与手段
1	绪论	第1章绪论	⟡ 自动控制、自动控制系统的概念	专业知识主导型	了解		2	1课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 开环控制与闭环控制的结构、特点；自动控制系统的分类	专业知识主导型	了解
			⟡ 自动控制系统的基本要求	专业知识主导型	了解
			⟡ 自动控制理论的发展简史	专业知识主导型	了解
2	如何描述控制系统	第2章控制系统的数学模型	⟡ 控制系统的微分方程的建立	专业知识主导型	理解		1、2	5课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 非线性微分方程的线性化、线性定常微分方程的求解	专业知识主导型	理解掌握
			⟡ 传递函数的定义、性质、典型环节及其传递函数、传递函数的求取	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 结构图的基本概念、结构图的等效变换及化简、闭环控制系统的传递函数	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 信号流图的符号及术语、梅逊公式及其应用	专业知识主导型	理解
3	控制系统的时域分析方法	第3章时域分析法	⟡ 典型输入信号和阶跃响应性能指标	专业知识主导型	理解掌握	重点	1、2	6课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 一阶系统的数学模型、单位阶跃响应、单位斜坡响应、单位脉冲响应	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 二阶系统的数学模型、单位阶跃响应、性能指标计算、性能改善	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 高阶系统的暂态响应分析、闭环主导极点	专业知识主导型	理解
			⟡ 稳定的概念、线性系统的稳定条件、代数判据、劳斯稳定判据的应用	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 控制系统的误差及稳态误差、给定输入引起的稳态误差、扰动信号引起的稳态误差、提高控制精度的措施	专业知识主导型	理解掌握
4	利用根轨迹法分析控制系统	第4章根轨迹分析法	⟡ 根轨迹的基本概念	专业知识主导型	理解		1、2、3	5课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 绘制根轨迹的基本条件、基本规则、闭环零极点的确定	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 参量根轨迹的概念及绘制	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 最小相位系统的根轨迹、零度根轨迹及绘制	专业知识主导型	理解
			⟡ 应用根轨迹图分析控制系统	专业知识主导型
5	利用频率特性分析控制系统性能	第5章频率特性分析法	⟡ 频率特性的概念、定义及几何表示	专业知识主导型	理解		2、3	5课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 典型环节的频率特性；系统开环幅相频率特性(极坐标图) 、对数频率特性(Bode图) 绘制	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 奈奎斯特稳定判据、在Bode图上的奈氏判据；	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 相角裕度、幅值裕度；开环频率特性的三频段与系统性能的关系、开环频率特性与系统动态性能的关系	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 闭环频率特性的特征值、闭环频域指标与时域指标的关系	专业知识主导型
6	根据系统指标要求对系统进行校正	第6章控制系统的综合校正	⟡ 系统校正的一般概念、校正方式	专业知识主导型	了解		2、3	4课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 超前校正装置、滞后校正装置、滞后-超前校正装置、PID调节器	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 频率特性法串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后-超前校正、期望特性法校正	专业知识主导型	理解掌握	重点/难点
			⟡ 反馈校正及其特点	专业知识主导型	理解掌握	重点
7	控制系统的非线性	第7章非线性控制系统	⟡ 非线性系统的特征、常见非线性特性及其对系统运动的影响	专业知识主导型	理解	难点	2、3	4课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 非线性系统描述函数的基本概念、典型非线性特性的描述函数	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 、非线性系统的简化、非线性系统的描述函数分析	专业知识主导型	理解掌握	重点
8	采样控制系统分析	第8章采样控制系统	⟡ 采样系统的基本结构、采样过程与采样定理、采样信号的复现	专业知识主导型	了解		1、2	2课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ Z变换的定义、方法、基本定理、Z反变换	专业知识主导型	理解
			⟡ 脉冲传递函数的定义、开环系统脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ 差分方程、用Z变换解差分方程	专业知识主导型	理解掌握		1、2、3	4课时	课堂讲授：板书（为主）+多媒体
			⟡ 采样控制系统的动态响应分析、稳定性条件；稳态误差分析	专业知识主导型	理解掌握	难点
			⟡ D/A转换芯片与单片机的接口	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ A/D转换芯片与单片机的接口	专业知识主导型	理解掌握	重点
			⟡ D/A转换器和A/D转换器的应用编程	专业知识主导型	理解掌握	重点

四、考核与评价方法

1. 考核方式：闭卷考试，百分制；

2. 课程成绩=闭卷考试（50％）＋平时成绩（50％）

3. 考勤累计3次不请假未到的同学取消考试资格；

五、学习资源

教材：

(1)《自动控制原理(第3版》，李晓秀主编，机械工业出版社，2017年.

参考资料：

(1)《自动控制原理(第6版)》，胡寿松，科学出版社，2017年；

(2) 《自动控制原理(第3版)》，陈铁牛，机械工业出版社，2016年；

(3)《自动控制原理》孟华，机械工业出版社，2016年