《自動(dòng)控制》教學(xué)大綱

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)自動(dòng)控制教學(xué)大綱（2012版）課程編碼：課程名稱(chēng)：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)學(xué)時(shí)/學(xué)分：51/2先修課程：高等數(shù)學(xué)、電工技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)適用專(zhuān)業(yè)：車(chē)輛工程開(kāi)課教研室：電學(xué)基礎(chǔ)教研室執(zhí)筆： 審定：（教研室主任簽字） （院系部負(fù)責(zé)人簽字）一、課程性質(zhì)與任務(wù)1課程性質(zhì)：本課程是車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)選修課。2課程任務(wù)：使學(xué)生正確理解和掌握本課程所涉及的基本概念、基本理論和基本分析方法，能獨(dú)立地應(yīng)用這些基本理論、基本方法來(lái)分析實(shí)際工程中提煉出來(lái)的各種控制理論問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)化動(dòng)態(tài)的、系統(tǒng)的思想方

2、法，并使學(xué)生具有一定的工程計(jì)算和設(shè)計(jì)能力。二、課程教學(xué)基本要求自動(dòng)控制是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，需要較高的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。教學(xué)中采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行必要的仿真，以彰顯本課程的實(shí)踐意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣。通過(guò)本門(mén)課程教學(xué)，使學(xué)生掌握機(jī)械控制的基本理論和基本分析方法，并使學(xué)生能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，運(yùn)用該理論分析和解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。成績(jī)考核形式：末考成績(jī)（閉卷考試）（70%）平時(shí)成績(jī)（平時(shí)測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、課堂提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)、課堂討論等）（30)。成績(jī)?cè)u(píng)定采用百分制，60分為及格。課程教學(xué)內(nèi)容第一章 緒論1.教學(xué)基本要求了解這門(mén)課程是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，是分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論，并激

3、發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)本課程興趣。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解自動(dòng)控制的基本概念，自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，以及自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)，理解控制原理分析系統(tǒng)性能中對(duì)控制系統(tǒng)性能的基本要求：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是了解這門(mén)課程的特點(diǎn)、研究對(duì)象、主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法，以及對(duì)一些自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例的認(rèn)識(shí)。即：關(guān)于自動(dòng)控制的基本概念，自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成，以及對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求。教學(xué)難點(diǎn)是對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)例的了解。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 控制技術(shù)發(fā)展綜述1.自動(dòng)控制技術(shù)的萌芽2.自動(dòng)控制技術(shù)在18世紀(jì)工業(yè)中的應(yīng)用3.經(jīng)典控制理論的形成和發(fā)展4.現(xiàn)代控制理論的形成

4、和發(fā)展第二節(jié) 自動(dòng)控制的基本原理及系統(tǒng)構(gòu)成1.自動(dòng)控制的基本概念及實(shí)例2.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)3.閉環(huán)控制系統(tǒng)第三節(jié) 控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.按有無(wú)反饋環(huán)節(jié)分類(lèi)2.按控制系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)的類(lèi)型不同分類(lèi)3.按控制變量的多少分類(lèi)4.按相同控制量的變化規(guī)律分類(lèi)5.按系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性分類(lèi)6.按系統(tǒng)采用的控制方法分類(lèi)第四節(jié) 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)定性2.準(zhǔn)確性3.快速性第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.教學(xué)基本要求了解和掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的基本方法以及數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解自動(dòng)控制系統(tǒng)微分方程建立的步驟和方法，掌握利用拉氏變換求解線(xiàn)性微分方程的基

5、本方法，了解繪制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的過(guò)程，掌握簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法，并能根據(jù)系統(tǒng)的方塊圖求出系統(tǒng)不同的傳遞函數(shù)。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是數(shù)學(xué)模型微分方程、傳遞函數(shù)、方框圖建立的方法和過(guò)程，以及它們之間的相互關(guān)系，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化以及系統(tǒng)幾種傳遞函數(shù)求取的方法。教學(xué)難點(diǎn)是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化求傳遞函數(shù)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 拉普拉斯變換1.拉普拉斯變換及逆變換2.常用函數(shù)的拉普拉斯變換3.拉普拉斯變換主要定理4.拉普拉斯變換的應(yīng)用第二節(jié) 傳遞函數(shù)1.傳遞函數(shù)的定義2.典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)第三節(jié) 傳遞函數(shù)的方塊圖表示及運(yùn)算1.方框圖的定義及組成2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖3.系統(tǒng)方框圖的繪制4.

6、方框圖的等效變換及運(yùn)算法則第四節(jié) 信號(hào)流圖及梅遜公式1.信號(hào)流圖的概念及術(shù)語(yǔ)2.信號(hào)流圖的性質(zhì)及化簡(jiǎn)3.梅遜公式第三章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析1.教學(xué)基本要求了解和掌握時(shí)域法分析控制系統(tǒng)性能的基本方法，即對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的分析過(guò)程。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解和掌握典型一階系統(tǒng)和典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)求取的步驟和方法，掌握利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本方法，掌握給定信號(hào)作用下控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差求取的方法，了解擾動(dòng)信號(hào)作用下控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差求取的方法。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是采用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)性能的的基本思路，典型一

7、階系統(tǒng)和典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)和性能指標(biāo)的求取，用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法和過(guò)程，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的求取。教學(xué)難點(diǎn)是根據(jù)性能指標(biāo)的要求確定系統(tǒng)的參數(shù)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 典型信號(hào)1.階躍信號(hào)2.斜坡信號(hào)3.拋物線(xiàn)信號(hào)4.脈沖信號(hào)5.正弦信號(hào)第二節(jié) 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)1.一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)4.線(xiàn)性定常系統(tǒng)的重要特性第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)1.二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3.二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)第四節(jié) 控制系統(tǒng)的誤差分析1.控制系統(tǒng)的分類(lèi)2.誤差與偏差3.偏差傳遞函數(shù)4.穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算5.干擾作用下的穩(wěn)態(tài)偏差6.動(dòng)態(tài)誤差

8、第五節(jié) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1.穩(wěn)定性的基本概念2.相同穩(wěn)定的條件3.勞斯穩(wěn)定判據(jù) 第四章 根軌跡法1.教學(xué)基本要求理解和掌握根軌跡的繪制方法，能夠根據(jù)根軌跡圖分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解根軌跡的基本概念，掌握繪制根軌跡的基本規(guī)則，能夠根據(jù)根軌跡圖分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)是根軌跡法則繪制根軌跡草圖，運(yùn)用根軌跡分析系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 根軌跡的基本概念1.閉環(huán)特征方程式2.閉環(huán)特征方程式中s的取值意義3.閉環(huán)特征方程式中K的取值意義第二節(jié) 根軌跡的幅值條件和相角條件1.根軌跡方程2.幅值方程3.相角方

9、程第三節(jié) 繪制根軌跡的基本規(guī)則1.根軌跡的連續(xù)性2.根軌跡的對(duì)稱(chēng)性3.根軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)及條數(shù)4.實(shí)軸上的根軌跡5.根軌跡的漸近線(xiàn)第四節(jié) 參數(shù)根軌跡1.定義2.繪制方法第五節(jié) 控制系統(tǒng)的根軌跡分析1.繪制根軌跡2.確定根軌跡增益及閉環(huán)極點(diǎn)位置第五章 系統(tǒng)的頻率特性分析1.教學(xué)基本要求了解和掌握頻率特性分析法分析控制系統(tǒng)性能的基本方法，掌握用頻率特性法對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的分析過(guò)程。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解和掌握典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性曲線(xiàn)的繪制，掌握奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，熟悉系統(tǒng)的頻率特性曲線(xiàn)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，掌握根據(jù)控

10、制系統(tǒng)頻率特性分析系統(tǒng)性能的方法，并能求取系統(tǒng)的頻域指標(biāo)。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是采用頻率法分析控制系統(tǒng)性能的基本思路，繪制開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的幅相頻率特性曲線(xiàn)和對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)，利用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性圖的繪制。教學(xué)難點(diǎn)是系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性圖的繪制。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 頻率特性1.頻率特性的概念2.頻率特性的圖示方法第二節(jié) 典型環(huán)節(jié)的頻率特性1.比例環(huán)節(jié)2.積分環(huán)節(jié)3.微分環(huán)節(jié)4.慣性環(huán)節(jié)5.一階微分環(huán)節(jié)6.振蕩環(huán)節(jié)7.二階微分環(huán)節(jié)8.延遲環(huán)節(jié)第三節(jié) 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性1.開(kāi)環(huán)幅相曲線(xiàn)的繪制2.開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線(xiàn)的繪制3.最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)第四節(jié) 頻域穩(wěn)定判

11、據(jù)與穩(wěn)定裕度1.奈氏判據(jù)的數(shù)學(xué)原理2.奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)3.穩(wěn)定裕度第五節(jié) 閉環(huán)頻率特性的性能指標(biāo)1.閉環(huán)頻率特性圖2.閉環(huán)頻率特性的特征量3.閉環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系第六章 系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正設(shè)計(jì)1.教學(xué)基本要求掌握控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)的基本方法，了解各種串聯(lián)校正裝置的特點(diǎn)，并能根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況和對(duì)系統(tǒng)性能的要求來(lái)選擇和設(shè)計(jì)校正裝置。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解系統(tǒng)的性能指標(biāo)，掌握控制系統(tǒng)校正裝置設(shè)計(jì)的基本方法，了解各種串聯(lián)校正裝置的特點(diǎn)，并能根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況和對(duì)系統(tǒng)性能的要求來(lái)選擇和設(shè)計(jì)校正裝置。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是串聯(lián)校正裝置的

12、基本設(shè)計(jì)方法，PID控制器的特點(diǎn)和性能分析。教學(xué)難點(diǎn)是對(duì)校正裝置設(shè)計(jì)步驟的理解。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.概述2.綜合性能指標(biāo)第二節(jié) 系統(tǒng)的校正1.校正的概念2.校正的方式第三節(jié) 串聯(lián)校正設(shè)計(jì)1.相位超前校正2.相位滯后校正3.相位滯后 超前校正第四節(jié) PID校正設(shè)計(jì)1.P控制器2.PD控制器3.PI控制器4.PID控制器5.常用無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)與有源校正網(wǎng)絡(luò)第五節(jié) 反饋校正設(shè)計(jì)1.反饋校正的原理2.反饋校正的功能3.反饋校正裝置的設(shè)計(jì)第六節(jié) 順饋校正設(shè)計(jì)1.順饋校正的原理2.順饋校正的功能3.順饋校正裝置的設(shè)計(jì)第七章 非線(xiàn)性系統(tǒng)（自學(xué)）1.教學(xué)基本要求掌握非線(xiàn)性系統(tǒng)的分析方法。2.要

13、求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解典型非線(xiàn)性系統(tǒng)，掌握非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法和相平面分析法。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法和相平面分析法。教學(xué)難點(diǎn)是相平面圖的繪制方法。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 概述1.典型非線(xiàn)性特性2.非線(xiàn)性控制系統(tǒng)的特性3.非線(xiàn)性控制系統(tǒng)的分析方法第二節(jié) 非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法1.描述函數(shù)的概念2.典型非線(xiàn)性特性的描述函數(shù)3.用描述函數(shù)分析非線(xiàn)性系統(tǒng)第三節(jié) 非線(xiàn)性系統(tǒng)的相平面分析1.相平面法的概念2.相軌跡的性質(zhì)3.相平面圖的繪制方法4.奇點(diǎn)和奇線(xiàn)5.兩個(gè)非線(xiàn)性系統(tǒng)的相平面分析第八章 系統(tǒng)辨識(shí)（自學(xué)）1.教學(xué)基本要求掌握非線(xiàn)

14、性系統(tǒng)的分析方法。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解典型非線(xiàn)性系統(tǒng)，掌握非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法和相平面分析法。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是非線(xiàn)性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析法和相平面分析法。教學(xué)難點(diǎn)是相平面圖的繪制方法。4.教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 概述1.系統(tǒng)辨識(shí)的定義2.系統(tǒng)辨識(shí)的基本內(nèi)容3.系統(tǒng)辨識(shí)的研究目的第二節(jié) 線(xiàn)性靜態(tài)模型的最小二乘參數(shù)估計(jì)1.最小二乘法的基本原理和算法2.最小二乘法的性質(zhì)學(xué)時(shí)分配章序內(nèi)容課時(shí)備注一緒論2二控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型12三控制系統(tǒng)的時(shí)域分析12四根軌跡法2五系統(tǒng)的頻率特性分析13六系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正設(shè)計(jì)4七非線(xiàn)性系統(tǒng)自學(xué)八系統(tǒng)辨識(shí)自學(xué)合計(jì)452.實(shí)踐內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配序號(hào)項(xiàng)目名稱(chēng)內(nèi)容提要學(xué)時(shí)必/選開(kāi)1二階系統(tǒng)的時(shí)域分析11初識(shí)MATALAB。2利用MATALAB繪制并觀察二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。3分析的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響和性能指標(biāo)的變化。2必開(kāi)2二階系統(tǒng)的時(shí)域分析21利用MATALAB繪制并觀察二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。2求各系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)。3.分析參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響和性能指標(biāo)的變化。2必開(kāi)3控制系統(tǒng)的根軌跡分析1. 繪制系統(tǒng)的根軌跡圖。2.分析各系統(tǒng)開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2