《自动控制原理》教学大纲.docx
《自动控制原理》教学大纲
课程编号英文名称：PrinciplesofAutomaticControl
学分：4.5
学时：总学时80学时，其中理论64学时，实践16学时
先修课程：高等数学，复变函数与积分变换，电路原理，模拟电子技术
课程类别：专业主干课程
授课对象：自动化专业学生
教学单位：机械与电气工程学院
修读学期：第4学期
一、课程描述和目标
自动控制理论是工科类各相关专业的一门重要的专业基础课，它已经在大多数工科专业课程中占据了核心地位。学生获得控制理论的基础知识，分析自动控制系统的性能和设计控制系统的校正方案是课程教学的主要任务。
本课程是为自动化类专业的二年级学生开设的专业必修课。
学生能够综合应用自动控制的基本原理分析控制系统性能。能够评价线性定常系统的稳定性，计算分析系统稳态误差的，比较分析不同的系统稳定判据，计算分析控制系统性能指标，运用控制系统的校正方法提高系统的性能。
学生具备对自动控制系统进行分析、设计、实验的基本能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。学生具备对自动控制系统进行分析与设计的综合能力。
本课程拟达到的课程目标:
课程目标1：能运用微分方程、传递函数和频率特性描述系统的输入输出关系，能建立诸如电子系统（如RLC）、机械系统（如弹簧阻尼器）、电机系统（如直流电机）等具体控制系统的微分方程组、传递函数和频率特性等数学模型；能分析控制系统控制原理绘制系统方框图，应用等效变换原理和梅森增益公式化简得出系统的传递函数。
课程目标2：能应用控制系统的劳斯稳定判据、奈奎斯特稳定判据和半对数稳定判据，评价控制系统的稳定性；能应用时域分析法，计算控制系统动态性能指标（如超调量、调节时间、峰值时间）；能分析计算控制系统稳态误差；能应用根轨迹法绘制控制系统轨迹图；能绘制控制系统幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线，分析计算控制系统相角裕度和幅值裕度等参数。
课程目标3：能将控制理论知识应用于自动化相关领域工程问题解决方案的综合与比较，能够根据不同的控制对象（如电机控制系统、倒立摆控制系统、智能车控制系统等）设计合理控制方案，设计过程中能够兼顾性能和成本做出最佳性价比的选择。
课程目标4：能运用控制理论知识分析各类复杂控制系统（如电机控制系统、倒立摆控制系统、智能车控制系统等）的组成，识别和判断控制系统的各个环节的功能；能应用仿真软件和实验装置，分析控制系统各个环节的特性。
二、课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求指标点
课程目标
支撑强度
1.2能针对具体的对象，运用时频域分析和相关方法，建立数学模型并求解；
课程目标1
H
1.3能够将积分变换、最优化理论等相关知识和数学模型方法用于推演、分析自动化相关领域的专业工程问题；
课程目标2
H
1.4能够将相关知识和数学模型方法用于自动化相关领域专业工程问题解决方案的比较与综合；
课程目标3
M
2.1能运用电路、控制等相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节。
课程目标4
M
三、教学内容、基本要求与学时分配
1．理论教学内容
序号
教学内容
基本要求及重、难点（含德育要求）
学时
教学
方式
对应课程目标
1
控制系统的基本概念
学习自动控制的任务、自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求、控制系统的组成、系统方块图的绘制等。
基本要求：掌握控制系统的工作原理、组成及其分类、方框图的绘制，理解对控制系统的基本要求，了解控制工程的发展概况，了解课程需要运用到的工程工具。
重点难点：控制系统的组成、控制系统方框图的绘制、控制系统的原理分析。
德育要求：社会责任
4
集中讲授、
讨论
课程目标1
课程目标4
2
控制系统的数学模型
学习控制系统的微分方程的建立、传递函数、动态结构图、典型环节的传递函数；控制系传递函数的化简。
基本要求：掌握控制系统数学模型的建立方法、传递函数的概念和性质、传递函数的等效变换与Mason公式；理解拉氏变换基本定理、常用拉氏变换表、开环传递函数和闭环传递函数的概念。
重点难点：建立系统微分方程、传递函数；传递函数的等效变换和Mason公式。
德育要求：细心细致
14
集中讲授、
讨论
课程目标1
课程目标3
课程目标4
3
时域分析法
讲授时域分析基础、一阶系统分析与计算、二阶系统分析与计算、系统稳定性分析、稳态误差分析及计算。
基本要求：掌握一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的时域响应和时域性能指标；掌握系统稳定的概念和分析、判别系统稳定的方法；掌握改善控制系统性能指标的方法；掌握系统误差的概念和计算稳态误差的方法。
重点难点：二阶欠阻尼系统的动态性能指标分析、系统稳定性分析、稳态误差计算。
德育要求：实践创新
14
集中讲授、
讨论
课程目标1
课程目标2
课程目标3
课程目标4