《自动控制理论》课程教学大纲.docx
自动控制理论
（AutomaticControlTheory）
课程基本信息
课程编号
课程总学时：56
实验学时：8学时
课程性质：必修
课程属性:专业基础类
开设学期：第5学期
适用专业：电子信息工程专业；核心
对先修的要求：高等数学，复变函数，信号与系统，控制理论等。
对后续的支撑：后续课程主要有电机与拖动，智能设计等。
课程的教学理念、性质、目标和任务
自动控制理论课程是河南农业大学机电工程学院开设的一门电子信息类专业技术基础课，是面向电子信息类专业高年级本科生的一门专业核心课，为培养电子信息工程领域高质量的专门人才服务。
本课程介绍经典控制理论的基础知识，从基本概念入手，结合工程实例，时域分析方法、根轨迹分析方法和频域分析方法并重，实现自动控制系统的分析和设计。通过本课程的学习，应使学生清晰地建立起线性反馈控制系统的基本架构和基本概念，掌握自动控制的基本理论及其工程分析和设计方法，学会利用经典控制理论的工程方法设计自动控制系统。培养学习者运用基本理论解决工程实际问题的能力，并为学习后续有关课程准备必要的知识，有助于学习者综合能力和整体素质的提高。
课程目标及对毕业要求指标点的支撑
序号
课程目标
支撑毕业要求指标点
毕业要求
1
理解控制系统的基本概念、基本组成、基本要求；能够利用机理分析、实验等方法对典型线性环节进行模型构建，能够采用适当方法进行模型的简化和变换；针对控制系统的工程应用背景、研究目的能够对不同的控制方式进行综合研判；
指标点1.2
1
2
能够采用三大分析方法，针对具体的工程问题进行观测，分析判定控制系统稳定性和动态性能指标，并能明确其中的关联因素和本质特征。
指标点2.4
2
3
能够根据复杂工程问题的实际要求，通过闭环控制系统的结构设计、控制器参数设计与优化，实现控制系统关键性能指标的改善。
指标点4.1
3
4
通过理论学习和实验研究相结合，能够运用Matlab/Simulink仿真工具对被控对象及控制系统时域和频域的动、静态性能进行仿真分析与设计验证，获得控制系统建模、分析及进行实验的能力；
指标点5.2
5
教学内容及进度安排
（一）理论教学
序号
教学内容
学生学习
预期成果
课内
学时
教学方式
支撑
课程目标
1
(一)绪论
(1)自动控制系统的基本原理；
(2)自动控制系统的分类与基本要求；
(3)自动控制的历史和发展；
(4)课程体系结构和学习方法。
课外讨论：分析日常生活和工程项目中自动控制系统实例的简单原理和控制结构；
课外导读：控制科学家之钱学森；控制论之父-诺伯特·维纳
（1）能够描述一个实际控制系统的工作原理，识别控制系统的被控对象、输入量、输出量、反馈量和扰动量；
（2）能够识别系统的控制方式，并说明其特点；
（3）能够识别系统的特征：线性、非线性，时变、时不变，连续、离散，单输入单输出、多输入多输出，恒值、随动等；
（4）明确控制系统性能的基本要求。
3
课堂讲授、案例分析。
目标1
2
?（二）控制系统数学模型
(1).控制系统的数学模型；
(2).传递函数的概念与性质；
(3).控制系统的结构图绘制、等效变换和简化
(4).信号流图和梅森增益公式
课外讨论：利用MATLAB工具建立控制系统的各类模型
第1次测试题（1-2章）
第1次作业
（1）能够对简单的控制理论系统、机械系统等根据其控制理论原理和力学原理列写系统的微分方程；
（2）熟练利用拉普拉斯变换法求解线性定常系统微分方程；
（3）能够解释传递函数的定义、明确传递函数的性质和适用范围；
（4）能够熟练写出各典型基本环节的传递函数；
（5）能够根据系统结构图的等效变换求解系统的传递函数；
（6）能够利用信号流图和梅森公式求解系统的传递函数。
8
课堂讲授、案例分析、课外作业巩固。
目标1
3
（三）控制系统时域分析
（1）.系统的时域响应与性能指标；
（2）.一阶系统的时域响应与性能指标；
（3）.二阶系统与性能指标计算及其改善；
（4）.高阶系统的时域响应；
（5）.线性定常系统的稳定性及劳斯判据；
（6）.线性定常系统的稳定性分析；
（7）.控制系统的稳态误差-稳态误差的计算；
（8）.控制系统的稳态误差的消除；
课外讨论：利用MATLAB工具分析控制系统的动态和稳态时域性能
课外导读：科学家麦克斯韦
第3章测试题
第2次作业
（1）能够分析一阶系统在典型输入信号作用下的输出响应，并通过一阶系统的单位阶跃响应分析计算其性能指标；
（2）明确不同阻尼比时二阶系统的闭环极点的位置和其单位阶跃响应，并计算欠阻尼时系统的动态性能指标和结构参数；
（3）明确线性系统稳定的充要条件，并熟练利用劳斯判据判断系统的稳定性；
（4）能够利用静态误差系数法、拉普拉斯变换的终值定理