自動(dòng)控制原理 第3版 教案全套 陶洪峰 第1-8章 緒論、控制系統(tǒng)數(shù)的學(xué)模型-離散控制系統(tǒng)

《自動(dòng)控制原理》課程教 案任課教師 所在學(xué)院 開課學(xué)期：二O二OO二一第(2)學(xué)期課程基本信息課程名稱自動(dòng)控制原理學(xué)分：4.0課程學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)：60實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8 上機(jī)學(xué)時(shí)： 實(shí)踐學(xué)時(shí)：開課單位物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院適用專業(yè)自動(dòng)化，電氣工程及其自動(dòng)化課程類別通識(shí)教育課程通識(shí)必修（；通識(shí)選修（）學(xué)科平臺(tái)課程學(xué)科基礎(chǔ)（；集中性實(shí)踐（）專業(yè)教育課程專業(yè)核心（；專業(yè)選修（；集中性實(shí)踐（）能力拓展課程專業(yè)自主課程（；創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)（）課程目標(biāo)1.能夠分析控制系統(tǒng)的基本組成，闡述其工作原理、控制方式，能夠利用牛頓定律、基爾霍夫定律和拉普拉斯變換等方法，對(duì)線性系統(tǒng)以及典型非線性環(huán)節(jié)進(jìn)行建模和特性分析，并熟練掌握將多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)綜合成信號(hào)流圖、結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)等數(shù)學(xué)模型的方法，掌握數(shù)學(xué)模型（1、2章,2-2）2.能夠利用時(shí)域法分析一階、二階和高階線性定常系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)（33-1）3.理解根軌跡的定義，能夠根據(jù)根軌跡的繪制基本規(guī)則畫出系統(tǒng)的常規(guī)（44.能夠利用頻域分析法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，計(jì)算穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，分析系（對(duì)應(yīng)第5章，支撐畢業(yè)要求3-1,3-4）5.能夠針對(duì)系統(tǒng)的不同性能指標(biāo)要求，選擇合適的串聯(lián)、反饋和復(fù)合校正設(shè)計(jì)方案和控制器結(jié)構(gòu)，并能夠進(jìn)行校正設(shè)計(jì)方案的分析和比較。（對(duì)應(yīng)第6章，實(shí)驗(yàn)二、三,支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2-4、3-2、5-2）6.能夠利用描述函數(shù)法和相平面法分析典型非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分析非線性系統(tǒng)中的自激振蕩現(xiàn)象，判斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化對(duì)非線性（73-1）7.Matlab仿真軟件，進(jìn)行控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能分析和控制系統(tǒng)的校正分析，明確與實(shí)際控制系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系，為實(shí)（234567章和仿真實(shí)訓(xùn),6-3）教學(xué)方法（（（（（）考核方式考試（）考查（）百分制（；五級(jí)制（；二級(jí)制（）課程資源教材：潘豐，徐穎秦.自動(dòng)控制原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.參考書目：胡壽松.自動(dòng)控制原理（第六版）[M].:科學(xué)出版社，2013.鄒伯敏.自動(dòng)控制理論(3版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.[美]KatsuhikoOgataModernControlEngineering(FourthEdition)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.課外導(dǎo)讀材料：控制科學(xué)家之錢學(xué)森；控制論之父諾伯特·維納（obtin；工業(yè)大數(shù)據(jù)時(shí)代的建模技術(shù)與藝術(shù)；科學(xué)家麥克斯韋；Evans；BodeNyquist；PID的通俗故事；控制科學(xué)家之顧毓琇；領(lǐng)袖數(shù)學(xué)家亨利.龐加萊（JulsniPoin說(shuō)明：表中()選項(xiàng)請(qǐng)打“√”，其中，教學(xué)方法可以多選，其它僅單選。第1章緒論1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)自動(dòng)控制的基本原理、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成、基本要求和分類方法和本課程的主要任務(wù)。2.基本要求正確理解自動(dòng)控制的基本概念、任務(wù)和控制方式；掌握負(fù)反饋的概念，能對(duì)開環(huán)控制和閉環(huán)控制過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單分析；掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和各環(huán)節(jié)的作用；正確理解自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求；掌握控制系統(tǒng)的各種分類方法。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：課堂精講+討論線上：中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）（90分鐘：課堂精講討論①（）②自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型③控制系統(tǒng)性能的基本要求和本課程主要任務(wù)討論：自動(dòng)控制系統(tǒng)舉例、工作原理和特點(diǎn)2）線上（45分鐘MC網(wǎng)①②完成第1章測(cè)試題。③思政導(dǎo)讀：錢學(xué)森、維納等科學(xué)家對(duì)本學(xué)科的貢獻(xiàn)。5.重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成、基本要求和各種分類方法。難點(diǎn)：自動(dòng)控制的基本原理和負(fù)反饋的基本概念。6.本章小結(jié)1）自動(dòng)控制是在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象自動(dòng)地按照要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化的系統(tǒng)。2）3種：開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制。閉環(huán)控制也稱反饋控制，它的基本原理是利用偏差，糾正偏差。3個(gè)字：穩(wěn)、快、準(zhǔn)。7.下章提示在掌握本章基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，下章主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括建模方法、傳遞函數(shù)的基本概念、典型環(huán)節(jié)及控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖及等效計(jì)算等。8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題1-4、1-8。線上作業(yè)：第1章測(cè)試題第2章控制系統(tǒng)數(shù)的學(xué)模型1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的建模方法、傳遞函數(shù)的基本概念、典型環(huán)節(jié)及控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖及等效計(jì)算等。2.基本要求1)正確理解數(shù)學(xué)模型的基本概念，掌握建立動(dòng)態(tài)微分方程的一般方法；2)掌握傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)和意義，以及開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念；了解幾種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及性質(zhì)；掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流圖兩種數(shù)學(xué)模型圖形表示的定義和組成方法，并會(huì)用等效變換法則進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化，熟練使用梅森公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1)線下（360分鐘：課堂精講+討論①線性控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型--微分方程②非線性數(shù)學(xué)模型的線性化討論1：不同類型系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的相似性③線性控制系統(tǒng)時(shí)域數(shù)學(xué)模型--傳遞函數(shù)（傳遞函數(shù)的概念、性質(zhì)、典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)）④控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（結(jié)構(gòu)圖的繪制、等效變換和簡(jiǎn)化）⑤（討論2；完成第2章課后作業(yè)題；2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具建立控制系統(tǒng)的各類模型；3）線上（90分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)①控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；傳遞函數(shù)的基本概念和性質(zhì)；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及繪制；結(jié)構(gòu)圖的等效變化和簡(jiǎn)化。②控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；信號(hào)流圖和梅森公式公式。③完成第2章測(cè)試題和第1次線上作業(yè)。4）實(shí)驗(yàn)（90分鐘：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)一、典型環(huán)節(jié)模擬研究5.重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：傳遞函數(shù)的基本概念，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流圖及等效變換法和簡(jiǎn)化計(jì)算。6.本章小結(jié)1）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述其動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它是對(duì)系2）3）傳遞函數(shù)是系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域模型，它等于在零初始條件下，系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比。它和微分方程一樣反映系統(tǒng)的固有特性，傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)有關(guān)，與外施信號(hào)的大小和形式無(wú)關(guān)。4）結(jié)構(gòu)圖是傳遞函數(shù)的圖形化，它能夠直觀地表示信號(hào)的傳遞關(guān)系。對(duì)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行等效變換時(shí)，要保持被變換部分的輸入量和輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系不變。5）信號(hào)流圖是另外一種用圖形表示系統(tǒng)信號(hào)流向和關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，基于系統(tǒng)的信號(hào)流圖，通過(guò)運(yùn)用梅森公式能夠簡(jiǎn)便、快捷地求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。7.下章提示在掌握本章基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，下章主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法，包括控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件和判據(jù)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)及計(jì)算、穩(wěn)態(tài)誤差及計(jì)算等。8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題2-6、2-8、2-9、2-10、2-11c)、2-12。仿真作業(yè)：實(shí)踐與拓展題2-14、2-15。線上作業(yè)：第2章測(cè)試題和第1次線上作業(yè)。第3章控制系統(tǒng)數(shù)的時(shí)域分析法1.本章簡(jiǎn)介2.基本要求53.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）線下（360分鐘：課堂精講討論①控制系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)及去其性能指標(biāo)；一階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)（數(shù)學(xué)模型、階躍響應(yīng)、性能指標(biāo)；1：一階系統(tǒng)的建模。二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)（數(shù)學(xué)模型、階躍響應(yīng)、性能指標(biāo)；④高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)（閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。2：參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響⑤（⑥（。討論3：參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能的影響。2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)域性能。3）線上（90分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)1：系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)與性能指標(biāo)；一階系統(tǒng)的時(shí)域響知識(shí)點(diǎn)2：線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性與勞斯判據(jù)知識(shí)點(diǎn)3：控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算；控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的消除。4）實(shí)驗(yàn)（90分鐘：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)和高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析。5.重點(diǎn)難點(diǎn)難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)及其計(jì)算。6.本章小結(jié)1）時(shí)域分析是通過(guò)直接求解系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下的時(shí)域響應(yīng)來(lái)分析系統(tǒng)性能的。通常是以系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差等性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。2）二階系統(tǒng)在欠阻尼時(shí)的響應(yīng)雖有振蕩，但只要阻尼比取值適當(dāng)（如0.4~0.8過(guò)程的平穩(wěn)性，因此在控制系統(tǒng)中常把二階系統(tǒng)設(shè)計(jì)為欠阻尼。3）如果高階系統(tǒng)中有一對(duì)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)，則該系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)就可以近似地用這對(duì)主導(dǎo)極點(diǎn)所描述的二階系統(tǒng)來(lái)表征。4）穩(wěn)定是系統(tǒng)能正常工作的首要條件。線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性是系統(tǒng)固有特性，它取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外施信號(hào)的形式和大小無(wú)關(guān)。勞斯穩(wěn)定性判據(jù)是一種不用求根的代數(shù)判據(jù)。穩(wěn)定判據(jù)只回答特征方程式的根在S平面上的分布情況，而不能確定根的具體數(shù)值。5）穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度的度量，也是系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差即與其結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，也與控制信號(hào)的形式、大小和作用點(diǎn)有關(guān)。7.下章提示8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題3-6、3-7、3-14、3-18。仿真作業(yè)：實(shí)踐與拓展題3-20、3-21。線上作業(yè)：第3章測(cè)試題和第2次線上作業(yè)。第4章控制系統(tǒng)數(shù)的根軌跡分析法1.本章簡(jiǎn)介等。2.基本要求1）理解根軌跡的基本概念；2）掌握根軌跡方程及幅值條件與相角條件的應(yīng)用；3）重點(diǎn)掌握常規(guī)根軌跡及其基本繪制規(guī)則；4）掌握參數(shù)根軌跡、零度根軌跡及其基本繪制規(guī)則；5）重點(diǎn)掌握應(yīng)用根軌跡分析參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）線下（270分鐘：課堂精講+討論①（；②根軌跡繪制的基本規(guī)則；③廣義根軌跡（參量根軌跡、零度根軌跡；④控制系統(tǒng)根軌跡分析法（穩(wěn)定性分析、動(dòng)態(tài)性能分析。討論：增加零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)根軌跡圖及系統(tǒng)性能的影響。2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具繪制控制系統(tǒng)的根軌跡并分析根對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3）線上（90分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)1：根軌跡的基本概念，根軌跡繪制的基本規(guī)則；2：廣義根軌跡；根軌跡分析系統(tǒng)性能；增加零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)根軌跡圖及系統(tǒng)性能的影響。導(dǎo)讀：根軌跡方法提出者W.R.Evans4）實(shí)驗(yàn)（90分鐘：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)二、二階系統(tǒng)和高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析。5.重點(diǎn)難點(diǎn)難點(diǎn)：利用根軌跡圖分析系統(tǒng)性能。6.本章小結(jié)1）根軌跡是指當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中的某個(gè)參數(shù)（通常為開環(huán)根軌跡增益）由零變化到無(wú)窮時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在s平面上的運(yùn)動(dòng)軌跡。通?？衫没疽?guī)則來(lái)畫根軌跡。2）借助根軌跡圖可以比較簡(jiǎn)單、直觀地分析參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，諸如穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能等，而且還可利用開3）根據(jù)確定的閉環(huán)極點(diǎn)和已知的閉環(huán)零點(diǎn)，還能給出系統(tǒng)的輸出響應(yīng)和相應(yīng)的系統(tǒng)性能指標(biāo)值，這在一定程度上避免了求解高階微分方程的麻煩。7.下章提示8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題4-5、4-7、4-11、4-12、4-13。仿真作業(yè)：實(shí)踐與拓展題4-17、4-20。線上作業(yè)：完成第4章測(cè)試題和第3次線上作業(yè)。第5章控制系統(tǒng)數(shù)的頻域分析法1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的頻域分析法，包括頻率特性的基本概念、典型環(huán)節(jié)和開環(huán)系統(tǒng)頻率特性圖的繪制，奈氏圖和伯德圖的應(yīng)用等。2.基本要求1）正確理解控制系統(tǒng)頻率特性的基本概念，掌握頻率特性的圖形表示方法。2）重點(diǎn)掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性及其特征。3）熟練掌握控制系統(tǒng)開環(huán)奈奎斯特圖和Bode圖的繪制方法。4）重點(diǎn)掌握奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)、頻域性能指標(biāo)的定義和計(jì)算。5）掌握系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，正確理解“三頻段”的概念。6）掌握由最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線確定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的方法。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）線下（540分鐘：課堂精講討論①頻率特性（基本概念，表示方法；②（典型環(huán)節(jié)的奈氏圖、Bode圖③控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性（最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)、延遲系統(tǒng)、傳遞函數(shù)的試驗(yàn)法確定；討論1：Bode圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系。④奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；⑤穩(wěn)定裕量；⑥頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系。討論2：系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的影響因素。2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具繪制控制系統(tǒng)的Bode圖并分析性能；。3）線上（135分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)知識(shí)點(diǎn)1：頻率特性的基本概念；頻率特性的計(jì)算與圖示；典型環(huán)節(jié)的頻率特性；知識(shí)點(diǎn)3：奈氏穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定裕量的定義、表示與計(jì)算；頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系導(dǎo)讀：貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師科學(xué)家Bode和Nyquist。5.重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：頻率特性的基本概念，奈氏圖和Bode圖的繪制，奈氏判據(jù)的應(yīng)用，相位裕量和增益裕量的計(jì)算，Bode圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系。難點(diǎn)：奈氏穩(wěn)定判據(jù)的理解、對(duì)數(shù)頻率特性圖的繪制以及相位裕量的計(jì)算。6.本章小結(jié)1）頻域分析法是以正弦信號(hào)角頻率為自變量，利用頻率特性曲線分析系統(tǒng)性能的方法。頻率特性是線性定常系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之比。頻率特性取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，它表示了系統(tǒng)的固有特性，可以通過(guò)傳遞函數(shù)直接求取。所以，頻率特性和傳遞函數(shù)、微分方程一樣，是描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的又一種數(shù)學(xué)模型。2）頻率特性曲線主要包括幅相頻率特性曲線和對(duì)數(shù)頻率特性曲線。幅相頻率特性曲線又稱幅相曲線或奈氏曲線；對(duì)數(shù)頻率特性曲線包括對(duì)數(shù)幅頻特性曲線和對(duì)數(shù)相頻特性曲線。頻域分析法的兩個(gè)重要特點(diǎn)，一是根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析Bode圖，進(jìn)而得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3）開環(huán)傳遞函數(shù)中不包含s平面右半面零點(diǎn)和極點(diǎn)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)。由典型環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)都是最小相位系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性一一對(duì)應(yīng)，因而只要根據(jù)其對(duì)數(shù)幅頻特性曲線就能確定系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和相應(yīng)的性能。4）本章的難點(diǎn)之一是奈氏判據(jù)。奈氏穩(wěn)定判據(jù)是根據(jù)開環(huán)奈氏曲線包圍j0)Ns平面右半面的極點(diǎn)數(shù)P來(lái)判別對(duì)應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性則用相位裕量和增益裕量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。5）開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性中“三頻段”的概念對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)都很重要。一個(gè)既有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，又有較高的穩(wěn)態(tài)精度，既有理想的跟蹤能力，又有滿意的抗干擾能力的控制系統(tǒng)，γωcMrωb反映了系統(tǒng)的動(dòng)σ%ts之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。γMrσ%ωc、ωb和ts相對(duì)應(yīng)，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)快速性。7.下章提示PID及復(fù)合校正的基本原理等。8.本章作業(yè)5-13(3)5-15(1)(2)(4)5-17(b)(e)(g)5-24，5-26，5-29，5-31，5-32。仿真作業(yè)：實(shí)踐與拓展題5-35、5-37。線上作業(yè)：完成第5章測(cè)試題和第4次線上作業(yè)。第6章控制系統(tǒng)的校正1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的校正，包括系統(tǒng)校正的基本概念、三種基本串聯(lián)校正的基本原理及應(yīng)用、期望頻率特性法校正設(shè)計(jì)及PID控制器、反饋校正及復(fù)合校正的基本原理等。2.基本要求1）正確理解控制系統(tǒng)校正的基本含義。2）熟練掌握系統(tǒng)校正的基本要求、常用的性能指標(biāo)及其計(jì)算。3）熟練掌握常用的3種校正裝置及其特點(diǎn)。4）重點(diǎn)掌握利用開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線進(jìn)行串聯(lián)校正常用的基本方法。4）理解利用開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線進(jìn)行綜合法校正的原理及特點(diǎn)。6）掌握PID控制的特點(diǎn)及工程校正的設(shè)計(jì)原理及方法。7）正確理解反饋校正的原理及特點(diǎn)。8）正確理解復(fù)合校正的原理及特點(diǎn)。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）線下（360分鐘：課堂精講討論①校正的基本概念和方法（校正概念、常用方法及特點(diǎn)、校正系統(tǒng)性能指標(biāo)；②串聯(lián)超前校正（原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟；③串聯(lián)滯后校正（原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟；④串聯(lián)滯后超前校正（原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟；⑤PID控制器；⑥期望特性法校正；⑦反饋校正；⑧復(fù)合校正。討論：工程法校正的應(yīng)用舉例2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)并進(jìn)行校正前后系統(tǒng)性能分析。3）線上（135分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)/滯后校正原理；串聯(lián)超前/滯后校正設(shè)計(jì)。知識(shí)點(diǎn)2：串聯(lián)滯后-超前校正、期望頻率特性法校正。知識(shí)點(diǎn)3：PID控制器、反饋校正、復(fù)合校正導(dǎo)讀：PID的通俗故事。4）實(shí)驗(yàn)（180分鐘：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)三、線性定常系統(tǒng)的幾種常用串聯(lián)校正設(shè)計(jì)方法；實(shí)驗(yàn)四、控制系統(tǒng)的綜合性設(shè)計(jì)。5.重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：系統(tǒng)校正的基本概念，常用的性能指標(biāo)及要求，3種校正裝置及其特點(diǎn)，三種串聯(lián)校正的基本原理及設(shè)計(jì)方法，PID控制器及應(yīng)用，反饋校正和復(fù)合校正的基本原理。難點(diǎn)：校正的基本原理及應(yīng)用，串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)方法。6.本章小結(jié)PID“先穩(wěn)態(tài)后動(dòng)態(tài)”的順序完成對(duì)校Bode圖，然后考慮滿足動(dòng)態(tài)性能的補(bǔ)償問(wèn)題。1）串聯(lián)校正-超前校正三種形式，它們都是根據(jù)系統(tǒng)提出的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)頻域或時(shí)域性能指標(biāo)要求，環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性形狀，使校正后系統(tǒng)頻率特性的低、中、高3個(gè)頻段都能滿足指標(biāo)要求。超前校正一般設(shè)置在原系統(tǒng)中頻段，用于改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能；滯后校正一般設(shè)置在系統(tǒng)低頻段，用于改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能，也可以用來(lái)提高系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，但要以犧牲快速性為代價(jià)；滯后-超前校正一般設(shè)置在系統(tǒng)低、中頻段，用于改善系統(tǒng)的綜2）PID控制現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，大多是利用對(duì)系統(tǒng)誤差信號(hào)的比例（P積分（I）和微分（D）PID控制。在PID制指標(biāo)的不同要求，再分別引入積分控制或微分控制，因而有PI控制、PDPID控制。PID控制和串聯(lián)校正有著內(nèi)在聯(lián)系，PI控制是一種滯后校正，PD控制是一種超前校正，PID控制是一種滯后-PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，在生產(chǎn)過(guò)程控制中得到廣發(fā)應(yīng)用。3）期望特性法校正據(jù)是閉環(huán)系統(tǒng)性能指標(biāo)與開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性之間確定的對(duì)應(yīng)關(guān)4）反饋校正5）復(fù)合校正Simulink進(jìn)行系統(tǒng)校正，可以增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)（1）校正裝置的選擇不是唯一的。本章介紹了幾種常用的（2）校正裝置的設(shè)計(jì)方法與步驟不是唯一的?？梢愿鶕?jù)需-超前校正裝置的設(shè)計(jì)中，可以先確定超前部（3）“試湊”7.下章提示在掌握本章基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，下章主要學(xué)習(xí)非線性系統(tǒng)分析方法，包括典型的非線性特性，描述函數(shù)法和相平面分析法。8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題6-8、6-10、6-11。仿真作業(yè)：實(shí)踐與拓展題6-21、6-23、6-24。線上作業(yè)：完成第6章測(cè)試題和第5次線上作業(yè)。第7章非線性系統(tǒng)分析1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)非線性系統(tǒng)的分析方法，包括典型的非線性特性，描述函數(shù)法和相平面分析法等。2.基本要求1）掌握非線性系統(tǒng)的定義。2）熟悉幾類常見的非線性特性及一般非線性系統(tǒng)的基本特征。3）4）重點(diǎn)掌握用描述函數(shù)法判別非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自激振蕩的分析與計(jì)算。5）掌握相平面法、奇點(diǎn)和奇線的基本概念。6）了解相軌跡圖的繪制法則及用相平面法分析非線性系統(tǒng)。7）掌握MATLAB在非線性系統(tǒng)分析中的應(yīng)用。3.教學(xué)方法小班上課，線上線下混合式教學(xué)線下：精講和討論（課堂）+課外實(shí)訓(xùn)（機(jī)房）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）MOOC網(wǎng)4.核心知識(shí)點(diǎn)1）線下（360分鐘：課堂精講討論①引言；②典型非線性特性；③（；討論：典型非線性特性及其應(yīng)用④相平面法（利用相平面法分析非線性系統(tǒng)）2）課外實(shí)訓(xùn)（90分鐘：機(jī)房利用MATLAB工具繪制非線性系統(tǒng)的相平面圖并分析自激振蕩現(xiàn)象。3）線上（135分鐘：中國(guó)大學(xué)OOC網(wǎng)知識(shí)點(diǎn)1：非線性系統(tǒng)定義與特征；典型非線性特性分析；描述函數(shù)的定義與求法。知識(shí)點(diǎn)2：組合非線性特性的描述函數(shù)計(jì)算；描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性。知識(shí)點(diǎn)3：相平面法的基本概念和繪制方法；奇點(diǎn)和奇線；相平面法分析非線性系統(tǒng)。導(dǎo)讀：控制領(lǐng)域科學(xué)家顧毓琇先生在科學(xué)技術(shù)上的創(chuàng)新開拓，領(lǐng)袖數(shù)學(xué)家亨利·龐加萊。4）實(shí)驗(yàn)（180分鐘：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)五、繼電型非線性系統(tǒng)的性能分析。5.重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：典型非線性特性分析、描述函數(shù)的定義與求法、描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性。難點(diǎn)：相平面法的基本概念和繪制方法；奇點(diǎn)和奇線的概念。6.本章小結(jié)1）非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)的本質(zhì)差別在于是否滿足疊加原理。非線性系統(tǒng)有許多線性系統(tǒng)所沒(méi)有的特點(diǎn)，自激振蕩就是其中的一種。這是一種穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)，即使受到一定范圍內(nèi)擾動(dòng)的影響，振蕩也能夠維持。研究自激振蕩，是非線性系統(tǒng)理論的一個(gè)重要內(nèi)容。2）本章介紹了非線性系統(tǒng)的三種分析方法：描述函數(shù)法、相平面法以及基于Simulink的系統(tǒng)分析。3描述函數(shù)法是分析非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性和自激振蕩的常用方法，但由于沒(méi)有考慮外作用的影響，不能用來(lái)求解系統(tǒng)的響應(yīng)。它適用于非線性程度較低，線性部分低通濾波特性較好的系統(tǒng)。在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意其限制條件，否則，可能得到錯(cuò)誤的結(jié)論。4）相平面法內(nèi)容包括相平面與相軌跡、奇點(diǎn)與極限環(huán)等。它適用于一階和二階的系統(tǒng)，可以用來(lái)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性與自激振蕩，計(jì)算動(dòng)態(tài)響應(yīng)。Simulink力的輔助分析設(shè)計(jì)工具。7.下章提示在掌握本章基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，下章主要學(xué)習(xí)離散控制系統(tǒng)的分析方法，包括離散控制系統(tǒng)的基本概念及特點(diǎn)，信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)，z變換與反變換，離散控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及性能分析。8.本章作業(yè)課后作業(yè)：教材習(xí)題7-8，7-10，7-11，7-17。線上作業(yè)：完成第7章測(cè)試題。第8章離散控制系統(tǒng)1.本章簡(jiǎn)介本章主要學(xué)習(xí)離散控制系統(tǒng)的分析方法，包括離散控制系統(tǒng)的基本概念及特點(diǎn)，信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)，z變換與反變換，離散控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及性能分析等。2.基本要求正確理解離散控制系統(tǒng)基本概念和特點(diǎn)。掌握z變換及z反變換的定義、定理和應(yīng)用。熟練掌握脈沖傳遞函數(shù)及根據(jù)結(jié)構(gòu)圖求閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，理解離散系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)與z學(xué)會(huì)在時(shí)域內(nèi)用輸出脈沖