自动控制原理教学大纲.doc

1、自动控制原理（I ）教学大纲一、 课程的性质、任务、基本要求和条件（一） 课程的性质和特点自动控制原理是高校电类学科各专业的一门重要专业基础课, 是从事系统分析与设计的技术人员所必须掌握的一门专业课。本课程的主要任务是：系统地介绍自动控制系统和反馈控制的基本概念，学习建立控制系统数学模型的基本方法，以及分析控制系统稳定性、动态性能和稳态性能的时域和频域方法， 介绍校正控制系统的常用方法。（二） 本课程的基本要求1 理解自动控制系统的基本构成和基本控制原理。2 掌握线性定常控制系统（含连续时间系统和离散时间系统）的输入输出描述（运动方程、传递函数、频率特性函数）方法，能够对简单的机电系统进行机理

2、建模。3 掌握线性定常系统（含连续时间系统和离散时间系统）稳定性的基本概念和常用分析方法（代数判据、根轨迹法、频率特性法）。4 掌握线性定常连续时间控制系统的动态性能分析（二阶系统为主）和稳态性能分析。5 了解单输入单输出系统的常用校正方法（根轨迹法和频率特性法）。教学的重点与难点（）第一章 概述第二章 控制系统的数学描述 第三章 控制系统的稳定性分析第四章 控制系统的运动性能分析第五章 系统校正方法难点：控制系统不同数学模型之间的关系以及数学模型的建立，稳定性的频域分析方法.（三） 本课程与相关课程的联系本课程的先修课程为高等数学、电路分析、信号与系统 。二、 教学内容及学时分配 各章节主要

3、内容、重点难点第一章 概述(3 学时)11 引言：自动控制理论发展的历史简述12 自动控制系统的构成13 闭环控制与开环控制14 控制系统的分类1.4.1 恒值调节系统和随动系统1.4.2 线性系统和非线性系统1.4.3 定常系统和时变系统1.4.4 连续时间和离散系统做实验一: 闭环电压控制（单独 3 学时）教学目的和要求:使学生了解自动控制原理产生的历史背景及其发展简史，通过举例使学生认识反馈控制的基本概念以及开环控制与闭环控制的区别，介绍控制系统的分类方法以及本课程学习的重点。 教学重点: 使学生建立闭环控制的概念，了解一些简单的实际控制系统的工作原理。第二章 控制系统的数学描述（12

4、学时）21 引言：控制系统数模型的种类和常用建模方法简介 22 列写输入-输出运动方程2.2.1 常见机电系统运动方程的列写 2.2.2 非线性模型的线性化23 传递函数与系统框图2.3.1 传递函数 2.3.2 方框图2.3.3 典型环节的传递函数2.3.4 方框图化简24 信号流图与梅逊公式25 频率特性函数2.5.1 频率特性函数的定义2.5.2 频率特性的图示方法2.5.3 典型环节的频率特性2.5.4 复杂频率特性的绘制26 采样控制系统的数学描述2.6.1 采样控制系统2.6.2 信号采样与恢复2.6.3 采样控制系统的差分方程描述2.6.4 脉冲传递函数做实验二: 频率特性测试（

5、单独 3 学时）教学目的和要求: 使学生熟悉描述控制系统的几种方法以及相互关系，学会对一些常见的机电控制系统建立数学模型。教学重点：线性定常控制系统的输入-输出模型及其建立方法。第三章 控制系统的稳定性分析（12 学时）31 稳定性的概念和定义 32 线性系统稳定的充分必要条件3.2.1 连续时间系统稳定的充分必要条件 3.2.2 离散时间系统稳定的充分必要条件33 系统稳定性的代数判据3.3.1 连续时间系统稳定性的代数判据及其应用3.3.2 离散时间系统稳定性的代数判据 34 根轨迹图及系统稳定性分析3.4.1 根轨迹图的基本概念3.4.2 根轨迹图的绘制规则 3.4.3 用根轨迹图分析系

6、统稳定性举例35 奈奎斯特稳定性判据3.5.1 幅角原理与奈奎斯特稳定性判据 3.5.2 开环系统含有积分环节时判据的应用 3.5.3 奈奎斯特稳定性判据在波德图中的表现形式3.5.4 稳定裕度教学目的和要求: 使学生掌握分析控制系统稳定性的基本方法，特别是学会如何利用开环传递函数分析闭环系统的稳定性。教学重点：劳斯判据、奈奎斯特判据及其应用方法。第四章 控制系统的运动性能分析（9 课时）41 分析控制系统所用的几种典型输入信号42 控制系统瞬态性能分析 4.2.1 瞬态性能指标 4.2.2 一阶系统瞬态性能分析 4.2.3 典型二阶系统瞬态性能分析4.2.4 高阶系统瞬态性能分析43 控制系

7、统稳态性能分析4.3.1 控制系统的误差与稳态误差4.3.2 稳态误差分析，静态误差系数与系统型别 4.3.3 控制系统的动态误差与动态误差系数4.3.4 扰动输入下的稳态误差4.3.5 离散时间系统的稳态误差教学目的和要求：使学生理解控制系统瞬态性能与稳态性能的概念，掌握典型二阶系统主要动态性能指标的计算和分析方法，掌握分析和计算稳态误差的方法，了解动态误差的概念。教学重点：典型二阶系统主要动态性能指标，系统型别的概念，系统型别与系统信号跟踪能力之间的关系。第五章 系统校正方法（9 课时）51 引言：校正时所用的性能指标与常用校正方式52 系统校正的根轨迹法 5.2.1 增加零、极点对根轨迹

8、的影响 5.2.2 根轨迹法校正举例（滞后、超前、滞后-超前校正） 5.2.3 校正装置的电路实现 53 系统校正的频率特性法5.3.1 开环频率特性与时域性能指标间的关系5.3.2 频率特性法校正举例（滞后、超前、滞后-超前校正）54 基本控制规律（PID 控制）分析55 局部反馈校正 56 离散系统的数字校正简介三、 考核办法课程考核办法：期末考试，笔试，闭卷。总评成绩构成：平时作业和实验占 20% 考试成绩占 20%四、 教学环节的学时分配学 项时 目 数 章 节讲课 实验第一章 3 3 第二章 12 3第三章 12 第四章 9 第五章 9 3 复习 3总计 48 9五、教材及参考书教材：田玉平主编，自动控制原理（第二版），北京：科学出版社，2006。 参考书：1. 吴麒主编，自动控制原理，北京：清华大学出版社，1992。2胡寿松主编，自动控制原理，北京：国防工业出版社，1994。3K.Ogata, Mordern Control engineering (Third edition), Prentice Hall, 1998.