《自動控制原理C》教學(xué)大綱

《自動控制原理C》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05136051課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論40學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、模擬電子技術(shù)A、數(shù)字電子技術(shù)A等后續(xù)課程：智能電網(wǎng)技術(shù)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)B等適用專業(yè)：電氣工程及其自動化開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《自動控制原理C》是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主要研究自動控制的基本理論知識和線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的基本分析方法，學(xué)會用經(jīng)典控制理論分析簡單控制系統(tǒng)。通過介紹自動控制系統(tǒng)的基本概念，建立并分析控制系統(tǒng)的時域和復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，使學(xué)生具備分析自動控制系統(tǒng)性能的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程及以后從事技術(shù)工作奠定扎實的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，包括自動控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。課程目標(biāo)2：能正確運用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時域分析方法和頻域分析方法等知識分析簡單控制系統(tǒng)的性能。課程目標(biāo)3：跟蹤自動控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國在自動控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時代緊迫感。樹立正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣，具有勞動精神和勞動意識，善于將自動控制原理的分析方法應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域，了解自動控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的流程，能夠就自動控制領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題提出設(shè)計方案和撰寫研究報告。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《自動控制原理C》課程教學(xué)目標(biāo)對電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.3能夠利用專業(yè)基礎(chǔ)知識對復(fù)雜電氣工程問題進(jìn)行分析、計算并提出解決方案。課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，包括自動控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。H2.問題分析2.2能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，分析并表達(dá)復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，包括自動控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法。課程目標(biāo)2：能正確運用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時域分析方法和頻域分析方法等知識分析簡單控制系統(tǒng)的性能。H4.研究4.1能夠?qū)﹄姎夤こ滔嚓P(guān)的物理現(xiàn)象、系統(tǒng)特性進(jìn)行研究和實驗驗證。課程目標(biāo)3：跟蹤自動控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國在自動控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時代緊迫感。樹立正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣，具有勞動精神和勞動意識，善于將自動控制原理的分析方法應(yīng)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域，了解自動控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的流程，能夠就自動控制領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題提出設(shè)計方案和撰寫研究報告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1概述1.2控制系統(tǒng)的基本概念1.3控制系統(tǒng)的主要任務(wù)與知識體系教學(xué)要求：理解自動控制的基本原理與方式；掌握自動控制系統(tǒng)方塊圖的繪制方法；了解自動控制系統(tǒng)的分類；理解對自動控制系統(tǒng)的基本要求。重點：自動控制的基本原理，自動控制系統(tǒng)的分類，對自動控制系統(tǒng)的基本要求。難點：分析系統(tǒng)并繪制結(jié)構(gòu)圖的方法。232.控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1控制系統(tǒng)的微分方程及線性化方程2.2拉普拉斯變換及其反變換2.3傳遞函數(shù)及基本環(huán)節(jié)看到傳遞函數(shù)2.4框圖及其簡化教學(xué)要求：控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型；控制系統(tǒng)的框圖；控制系統(tǒng)建模實例。重點：控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的框圖等效變換與梅遜公式，控制系統(tǒng)建模實例。難點：從系統(tǒng)原理圖得到復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型，框圖的等效變換。81、23.線性系統(tǒng)的時域分析法3.1系統(tǒng)時間響應(yīng)及性能指標(biāo)3.2一階系統(tǒng)的時域分析3.3二階系統(tǒng)的時域分析3.4高階系統(tǒng)的時域分析3.5穩(wěn)定性及其勞斯穩(wěn)定判據(jù)3.6穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算教學(xué)要求：理解系統(tǒng)時間響應(yīng)的各項性能指標(biāo)；掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時域分析方法；了解高階系統(tǒng)的時域分析方法；理解線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法；掌握線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算方法。重點：欠阻尼二階系統(tǒng)的時域分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算。難點：欠阻尼二階系統(tǒng)的時域分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。1241、2、34.線性系統(tǒng)的頻域分析法4.1頻率特性的基本概念4.2頻率特性圖形表示法4.3幾何穩(wěn)定判據(jù)4.4相對穩(wěn)定性4.5閉環(huán)頻率特性教學(xué)要求：理解頻率特性的概念；掌握典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性；掌握頻率域穩(wěn)定判據(jù)和穩(wěn)定裕度的計算方法；了解閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)。重點：典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性，頻率域穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)定裕度。難點：頻率域穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)定裕度。1221、2、35.線性系統(tǒng)的校正方法5.1系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題5.2常用校正裝置及其特性5.3串聯(lián)校正5.4控制系統(tǒng)校正設(shè)計教學(xué)要求：了解系統(tǒng)的設(shè)計與校正所面臨的問題；掌握常用校正裝置及其特性；掌握串聯(lián)校正的設(shè)計方法。重點：常用校正裝置及其特性，串聯(lián)校正。難點：串聯(lián)校正的設(shè)計方法。621、2、3合計4082.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.二階系統(tǒng)的時域分析法實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)時域響應(yīng)曲線及系統(tǒng)分析的方法。22、32.線性系統(tǒng)的頻域分析法——典型環(huán)節(jié)特性曲線實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)頻域典型環(huán)節(jié)特性曲線的方法，掌握典型環(huán)節(jié)表達(dá)的特性。22、33.線性系統(tǒng)的頻域分析法——伯德圖實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)繪制系統(tǒng)頻域伯德圖的方法，掌握穩(wěn)定性判斷方法及穩(wěn)定裕量分析方法。22、34.線性系統(tǒng)的校正方法實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)分析各種校正手段對于系統(tǒng)性能改善的方法。22、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享等教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；同時精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識；課程依托超星泛雅學(xué)習(xí)平臺，提供靈活的自主學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可通過學(xué)習(xí)通完成作業(yè)提交、課堂互動、問題答疑、階段測試、在線學(xué)習(xí)等活動，通過這些方法和手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。使得學(xué)生能夠比較全面地理解線性定常系統(tǒng)建模的基本方法，并在此基礎(chǔ)上，對線性定常系統(tǒng)在時域、復(fù)數(shù)域、頻率域進(jìn)行性能分析。實驗教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數(shù)據(jù)和分析實驗現(xiàn)象；介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實驗內(nèi)容的思路和方案設(shè)計等。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法；在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：孔祥東,姚成玉.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.2.參考書：（1）胡壽松.自動控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2019.（2）楊秀萍.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.（3）丁紅.自動控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2017.（4）盧京潮.自動控制原理[M].北京:清華大學(xué)出版社.2018.3.期刊：（1）王麗芬,任元,陳琳琳.“自動控制原理”立體化知識體系構(gòu)建[J].教育教學(xué)論壇,2021,(29):113-116.（2）李亞文,吳曉云.“以學(xué)生為中心”的項目式教學(xué)在自動控制原理課程中的研究[J].高師理科學(xué)刊,2021,41(03):94-98.（3）薛鵬,郭會平,程輝.基于Matlab的自動控制原理實驗教學(xué)探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2020,19(16):176-177.（4）肖理慶.基于MATLAB軟件“PID校正控制”教學(xué)研究[J].德州學(xué)院學(xué)報,2018,34(02):65-69.（5）HOUXihong.ResearchonBasicPrincipleandConstructionofAutomaticSprinklerSystem[J].外文科技期刊數(shù)據(jù)庫（文摘版）工程技術(shù),2022(2):126-129.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國大學(xué)慕課.王永驥.國家級精品課程《自動控制原理》./course/HUST-1001531001?tid=1001614004（2）中國工控網(wǎng)./七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)8（1）根據(jù)課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√53實驗12（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?6階段性測驗10（1）根據(jù)階段性測驗試卷的完成情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?5作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?5期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)時域性能分析、線性系統(tǒng)頻率域分析、線性系統(tǒng)校正設(shè)計等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、計算題、綜合分析題等?！獭?525合計：100分50446八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、階段測驗、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為選擇題、填空題、計算題、綜合分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，計算題、綜合分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實驗、階段測驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等總成績≥90分。90分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等總成績≥80分。80分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等總成績≥70分。70分>課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等總成績≥60分。課程討論、學(xué)習(xí)筆記、課堂互動、課堂出勤情況等總成績<60分。實驗30實驗原理清晰、繪圖規(guī)范，實驗操作過程熟練、規(guī)范、正確，數(shù)據(jù)處理及討論正確。實驗原理較清晰、繪圖較規(guī)范，實驗操作過程較熟練、規(guī)范、正確，數(shù)據(jù)處理及討論較正確。實驗原理基本清晰、繪圖基本規(guī)范，實