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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