《自動控制理論》課程教學(xué)大綱

《自動控制理論》教學(xué)大綱課程英文名AutomaticControlTheoryB課程代碼A0803Z91學(xué)分3總學(xué)時(shí)48理論學(xué)時(shí)40實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)8課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)選修先修課程高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電子技術(shù)適用專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化開課學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位自動控制理論是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，也是機(jī)械、電子、電機(jī)、測試技術(shù)等多學(xué)科概念交叉的課程。控制理論概念可以廣泛滲透到幾乎所有的學(xué)科領(lǐng)域，學(xué)習(xí)自動控制理論課程，可以得到控制思想方法、控制系統(tǒng)構(gòu)成與分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等的知識，可以為控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程和知識的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)1.掌握自動控制系統(tǒng)的一般概念。2.掌握基本的自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法。3.掌握自動控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法。4.掌握根軌跡法。5.掌握自動控制系統(tǒng)的頻域分析法。6.掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法以課堂教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔。1.課堂教學(xué)主要講解自動控制系統(tǒng)的一般概念、數(shù)學(xué)建模方法、時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正方法。通過實(shí)例的講解，使同學(xué)們更好地熟悉或掌握自動控制系統(tǒng)的相關(guān)理論和設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生對自動控制理論的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)思維方式。課堂教學(xué)盡量引入互動環(huán)節(jié)，使同學(xué)們能更好地融入課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果。2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要結(jié)合學(xué)生所掌握的理論知識進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用所學(xué)知識的能力、收集和提煉信息的能力以及解決實(shí)際問題的能力。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對課程歸屬專業(yè)畢業(yè)要求的支撐程度畢業(yè)要求1畢業(yè)要求2課程目標(biāo)1LL課程目標(biāo)2HH課程目標(biāo)3HH課程目標(biāo)4HH課程目標(biāo)5HH課程目標(biāo)6MM注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）；2.畢業(yè)要求須根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行描述。四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識點(diǎn)主要內(nèi)容基本要求第一章緒論①自動控制理論發(fā)展史簡述L1②自動控制系統(tǒng)的一般概念L1③開環(huán)控制與閉環(huán)控制L1④自動控制系統(tǒng)的分類L1⑤對控制系統(tǒng)性能的要求和本課程的任務(wù)L1第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型①列寫系統(tǒng)微分方程式的一般方法L1②非線性數(shù)學(xué)模型的線性化L2③傳遞函數(shù)L3④系統(tǒng)框圖及其等效交換L3⑤控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)L2⑥信號流圖和梅遜公式的應(yīng)用L2⑦控制系統(tǒng)的反饋特性L1第三章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法①典型的測試信號L2②一階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)L3③二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)L2④高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)L1⑤線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性L1⑥勞斯穩(wěn)定判據(jù)L3⑦控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差L2第四章根軌跡法①根軌跡法的基本概念L3②繪制根軌跡的基本規(guī)則L3③參量根軌跡的繪制L2④非最小相位系統(tǒng)的根軌跡L2⑤增加開環(huán)零、極點(diǎn)對根軌跡的影響L2⑥用根軌跡法分析控制系統(tǒng)L1第五章頻率響應(yīng)法①頻率特性L1②對數(shù)坐標(biāo)圖L3③極坐標(biāo)圖L3④用頻率法辨識線性定常系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型L1⑤奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)L3⑥相對穩(wěn)定性分析L1⑦頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系L1第六章控制系統(tǒng)的校正①超前校正L2②滯后校正L2③滯后-超前校正L2④PID控制器及其參數(shù)的整定L2基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟練掌握五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)作業(yè)要求自學(xué)要求討論第一章1.1自動控制理論發(fā)展史簡述1.2自動控制系統(tǒng)的一般概念1.3開環(huán)控制與閉環(huán)控制1.4自動控制系統(tǒng)的分類1.5對控制系統(tǒng)性能的要求和本課程的任務(wù)2/課前自學(xué)自動控制系統(tǒng)的一般概念/1第二章（補(bǔ)充內(nèi)容）Laplace變換2.1列寫微分方程式的一般方法2.2非線性數(shù)學(xué)模型的線性化2/課前自學(xué)Laplace變換和列寫微分方程式的一般方法/22.3傳遞函數(shù)2.4系統(tǒng)框圖及其等效變換2第二章1，2課前自學(xué)傳遞函數(shù)和系統(tǒng)框圖等效變換/22.5控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)2.6信號流圖與Mason公式2第二章3，5，6，7，10，11課前自學(xué)信號流圖與Mason公式/22.7控制作用的反饋特性?習(xí)題分析、討論總結(jié)2///2第三章3.1典型的測試信號3.2一階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)2/課前自學(xué)一階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)/33.3二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)3.4高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)2第三章2，4，5，7課前自學(xué)二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)/33.5線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性3.6勞斯穩(wěn)定判據(jù)2第三章10，11，12課前自學(xué)勞斯穩(wěn)定判據(jù)/33.7控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差?習(xí)題分析、討論總結(jié)2第三章13，14，16//3實(shí)驗(yàn)典型環(huán)節(jié)的模擬（或仿真）研究2///3實(shí)驗(yàn)時(shí)域系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析與仿真2///3第四章4.1根軌跡法的基本概念4.2繪制根軌跡法的基本規(guī)則2第四章1，2，3課前自學(xué)根軌跡法的基本概念和繪制規(guī)則/44.3參量根軌跡的繪制4.4非最小相位系統(tǒng)的根軌跡2第四章5，6，8課前自學(xué)非最小相位系統(tǒng)的根軌跡/44.5增加開環(huán)、極點(diǎn)對根軌跡的影響2/課前自學(xué)增加開環(huán)、極點(diǎn)對根軌跡的影響/44.6用根軌跡法分析控制系統(tǒng)?習(xí)題分析、討論總結(jié)2第四章12，14，18//4第五章5.1頻率特性5.2對數(shù)坐標(biāo)圖2第五章1，2，5課前自學(xué)頻率特性和對數(shù)坐標(biāo)圖/55.3極坐標(biāo)圖5.4用頻率法辨識線性定常系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2/課前自學(xué)極坐標(biāo)圖和頻率辨識方法/55.5奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)2第五章7，9課前自學(xué)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)/55.6相對穩(wěn)定性分析2第五章12，13課前自學(xué)相對穩(wěn)定性分析方法/55.7頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系?習(xí)題分析、討論總結(jié)2第五章20，21//5實(shí)驗(yàn)頻域系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析與仿真2///5第六章6.1引言6.2超前校正6.3滯后校正2第六章2，4，6，8，10課前自學(xué)超前和滯后校正/66.4滯后～超前校正6.5PID控制器及其參數(shù)的整定2第六章13，17課前自學(xué)滯后～超前校正和PID控制器/6實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)校正（控制）方案分析與比較2///6六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1典型環(huán)節(jié)的模擬（或仿真）研究2觀測各種典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線；觀測參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的影響觀測響應(yīng)曲線驗(yàn)證必做2時(shí)域系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析與仿真2熟悉二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，觀察二階系統(tǒng)兩個(gè)重要參數(shù)ξ和ωn對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；定量分析ξ和ωn與超調(diào)σ%、過渡過程時(shí)間ts的關(guān)系。調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，觀察對系統(tǒng)的影響驗(yàn)證必做3頻域系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析與仿真2掌握頻率特性的測試原理及方法；根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性，確定系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的參數(shù)。測試頻率特性設(shè)計(jì)必做4系統(tǒng)校正（控制）方案分析與比較2通過對模擬控制系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)等的調(diào)整，了解其對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能改善的作用。調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，觀察對穩(wěn)定性的影響設(shè)計(jì)必做注：1.實(shí)驗(yàn)性質(zhì)指演示性、驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等；2.實(shí)驗(yàn)類別指必做、選做等。七、考核方式及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占比過