2020161自动控制原理(中英文).doc
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《自动控制原理》课程教学大纲
课程编号：2020161
课程类别：必修
授课对象：本科三年级
先修课程：复变函数，积分变换，信号与系统。
学分：4
总学时：56 课内学时：48 实验学时： 8
一、课程性质、教学目的与任务
课程性质：专业基础课，专业知识链条中的关键环节之一，自动控制原理是仪器仪表类、测控类专业的重要基础课之一，这些专业主要学习信号传感（获取）、信号处理、控制及光机电系统等知识，而控制是知识链条中的重要一环，随着科技发展，自动化、智能化已成为仪器、产品、系统等的重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面的知识。
教学目的与任务：培养学生自动控制原理的基础知识，学习掌握经典控制的基本理论、基本方法和控制系统的基本设计方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理论、基本方法及控制系统设计方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
二、教学基本要求
学习经典控制的基本理论和基本方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理论和基本方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
三、教学内容
第一章 控制系统的一般要概念 （4课时）
自动控制的基本原理与方式，自动控制系统示例，
基本概念；
反馈系统基本组成；
基本控制方式；
控制系统分类：开环、闭环、复合控制；
第二章 控制系统的数学模型 （8课时）
控制系统的时域数学模型，拉普拉斯变换，控制系统的复域数学模型，控制系统的状态空间模型，控制系统的结构图与信号流图
2-1 时域模型、微分方程表示方法；
2-2 复域模型
传递函数的定义与性质；
传递函数的零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等；
典型环节的传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；
2-3 控制系统的结构图与信号流图
结构图的等效变换与化简
信号流图组成与性质
A．性质、术语（理解）
B．由结构图转化为信号流图方法
C．梅逊公式
第三章 线性系统的时域分析法 （10课时）
线性系统时间响应的性能指标，一阶系统的时域分析，二阶系统的时域分析，高阶系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误差计算。
线性系统时间响应的性能标
，，，
一阶系统的单位阶跃响应，
二阶系统的时域响应
1、二阶系统的标准数学模型 闭环传递函数形式，表示为单位反馈系统形式
2、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形）
，，，
3、二阶系统性能改善
A、B、B、C、
5-2 频率特性
1、基本概念 系统频率特性与传函间关系
2、频率特性表示方法 幅相曲线；幅频特性；对数幅频特性曲线；相频特性曲线；对数相频特性曲线
5-3 典型环节和开环系统频率特性
1、典型环节的幅频、相频特性
2、开环对数幅频、幅相曲线绘制 对数幅频特性采用渐近线法
3、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数的方法
5-4 奈奎斯特稳定性判据
1、奈代判据，实际使用判据，幅相曲线对称性
2、对数频率特性稳定性判据 I型以上辅助线作法
稳定裕度 概念：截止频率；相角交界频率；相角裕度；幅值裕度
闭环频率特性（了解）
系统时域指标与频域指标关系
了解它们之间的联系；
第六章 线性系统的校正方法 （10课时）
系统的设计与校正问题，常用校正装置及其特性，串联校正，反馈校正，复合校正，PID调节器，基于MATLAB语言的校正分析法。
6-1 校正方法 串联，反馈，前馈，复合，原理，特性
常用校正装置及其特性（传函，特性，重要公式）
1、无源超前
2、无源迟后
3、无源迟后—超前
串联校正
1、串联超前 方法，实用范围
2、串联迟后 方法，实用范围
3、串联迟后—超前 方法，实用范围
反馈校正 （原理，优点）
复合校正
A．按扰动补偿 （原理，扰动误差传函推导，误差全补偿条件）
B．按输入补偿 （原理，误差传函推导，误差全补偿条件）
6-6 PID控制原理（P，PD，I，PI，PID的特点）
实验安排：
实验二 直流电机速度控制实验 （8课时）
1、开环控制、闭环控制系统设计
2、控制系统的校正设计
3、PID调节器
开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作（实验目的、原理分析，实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。
四、学时分配
总学时 56学时 讲课48学时 实验8学时 课外学时 64学时
五、教材与参考资料
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