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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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