自动控制原理教学大纲-51THOME教学文章-51THOME.COM

课程编号		课程类型	专业课	适用专业	自动化、电气工程
总学时	80	理论学时	70	实践学时	10
制订日期		制订人		审核人

一、课程中文名称

自动控制原理

二、课程英文名称

Atomatic Control

三、课程类别

必修课

四、学时与学分

80学时 4学分

五、授课对象

自动化专业和电气工程专业三年级学生

六、先修课程

高等数学、线性代数、复变函数、电子电路、电路原理、信号与系统等

七、后续课程

现代控制理论

八、教学目的

自动控制原理是电气工程与自动化专业的技术基础课（专业基础平台课），是以原理为主的理论性课程，主要讲述自动控制原理与控制系统设计、实验等内容。通过本课程的教学，帮助学生理解对控制系统的基本要求及其描述。掌握对控制系统建立数学模型的方法和步骤，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力，使学生对系统的认识上升到更高的层次。

九、课程讲授内容

第1章 ,控制系统的一般概念: 自动控制技术的发展概况及作用, 自动控制的基本方式, 开环控制和闭环控制的结构、基本组成及特点等,自动控制系统的分类, 控制系统的基本要求：理解“稳”、“准”、“快”含义。

第2章 , 控制系统数学模型 : 一般控制系统微分方程式建立的方法, 非线性运动方程式的线性化, 传递函数的概念性质, 控制系统方框图的绘制步骤及简化原则, 信号流图的绘制方法及梅森增益公式。

第3章 , 线性系统的时域分析 : 线性系统时域分析的一般方法, 一阶系统定义，时域响应求取及实验求取系统时间常数的方法, 二阶系统定义，时域响应求取方法，重点掌握二阶系统性能指标的计算, 了解高阶时域分析的一般方法，引入闭环主导极点的概念, 线性系统的稳定性与稳定判据，反馈系统的稳态误差及计算。

第4章 , 根轨迹法: 根轨迹的基本概念，根轨迹方程及幅值条件，相角条件等概念, 介绍180根轨迹、0根轨迹，参量根轨迹等绘制规则, 典型反馈系统根轨迹绘制举例，非最小相位系统，时滞系统等根轨迹绘制方法。

第5章 , 线性系统的频域分析 : 频率响应（特性）的定义，物理意义及表示方法, 各种典型环节幅频及相频特性的计算、特点，并绘制Nyquist图, 典型环节的Bode图绘制及Nichols图绘制方法，以惯性环节，二阶振荡环节为重点, 开环系统与闭环系统的频率响应, Nyquist稳定判据，相角裕度和幅值裕度，频率指标和时域指标间的关系。

第6章 , 控制系统的综合与校正 :控制系统校正的目的及串联校正，反馈校正的区别与选择，输入信号与控制系统带宽, 基本控制规律分析，超前校正参数的确定，迟后校正参数的确定，迟后—超前校正参数的确定，反馈校正及其参数的确定。

第7章，非线性控制系统的分析：饱和特性，死区特性，间隙特性，继电器特性以及变放大系数特性的描述函数推导，非线性控制系统的奈奎斯特稳定判据，计算非线性控制系统自持振荡的振幅和频率，运用等倾线法绘制相轨迹，线性系统的相平面分析介绍，具有饱和特性控制系统用相平面分析稳定性，具有死区特性的控制系统用相平面分析稳定性，具有继电器特性的控制系统用相平面分析稳定性。

第8章，线性离散系统的分析：线性离散系统概述；采样过程；采样定理；用Z变换法求解差分方程；用Z反变换法求采样系统的时域响应；脉冲传递函数；采样系统的稳定性及动态特性分析；采样系统的校正；

十、重点难点

章次	标题	重点	难点
第一章	控制系统的一般概念	自动控制系统中的有关概念名词及术语	自动控制系统的组成及工作原理
第二章	控制系统数学模型	数学模型的概念系统数学模型的建立方法，传递函数、动态结构图及其等效变换	难点：控制系统微分方程的建立；结构图等效变换及Mason增益公式的正确运用
第三章	线性系统的时域分析	稳定性的Routh判据；二阶系统的阶跃响应及性能指标与参数的关系；高阶系统闭环主导极点的概念及其分析方法	稳定性的概念；Routh判据的正确使用
第四章	根轨迹法	以根轨迹增益为变量的根轨迹的绘制规则和方法	分析系统性能；利用根轨迹进行系统校正。
第五章	线性系统的频域分析	频率特性的基本概念；系统开环频率特性的绘制（Bode图和奈氏图）；最小相位环节（或系统）频率特性的特点；Nyquist稳定判据及其应用；稳定裕量的概念及其计算	频率特性包含的物理意义；稳定裕量的正确理解；Nyquist稳定判据的正确使用
第六章	控制系统的综合与校正	预期开环频率特性的设计；用频率法对系统进行串联校正，校正装置参数的求法。	各种串联校正方式（滞后校正，超前校正，滞后—超前校正）对系统性能的影响，
第七章	非线性控制系统的分析	非线性系统的特点；用描述函数法分析系统性能	相轨迹图的绘制中相平面分界问题，六种奇点附近相轨迹的绘制方法，非线性二阶系统相平面图的绘制和分析
第八章	线性离散系统的分析	采样控制系统的特点；用Z反变换法求采样系统的时域响应；采样系统的性能分析；离散系统的状态空间描述。	采样系统方框图变换；脉冲传递函数的求法；采样系统的校正。

十一、学时分配

章次	标题	总课时	理论课时	实践课时	备注
第一章	控制系统的一般概念	6	6	0
第二章	控制系统数学模型	14	12	2
第三章	线性系统的时域分析	18	12	6
第四章	根轨迹法	8	8	0
第五章	线性系统的频域分析	14	14	0
第六章	控制系统的综合与校正	10	8	2
第八章	线性离散系统的分析	6	6	0
	机动学时	4	4	0
合计		80	70	10

十二、上机实验环境要求

自动控制原理试验仪

万用表、连接导线等

十三、授课方式

理论与实践结合教学。

十四、课堂教学与上机实验的学时比例

6：1

十五、考核方式

考试。期末书面考查成绩占70%，平时成绩（包括考勤、课堂互动、作业、实验）占30%。

十六、教材

《自动控制原理》，彭冬玲主编，华中科技大学出版社，2017年6月

十七、参考书目

1《自动控制原理基础教程》，胡寿松主编，科学出版社，2013年3月

2《自动控制原理》，吴麒著, 清华大学出版社， 1991年1月第一版。

3 《自动控制原理》，杨庚辰著，西安电子科技出版社，1994年第一版。

自动控制原理 教学大纲

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