《自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱

《自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05146012課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：1學(xué)分學(xué)時(shí)：16學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)等后續(xù)課程：現(xiàn)代控制理論、智能控制等適用專業(yè)：自動(dòng)化開(kāi)課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說(shuō)明《自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)》是自動(dòng)化專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課，課程結(jié)合自動(dòng)控制原理理論課開(kāi)設(shè)了一系列相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合，更好的掌握控制理論。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握控制系統(tǒng)搭建，控制系統(tǒng)時(shí)域與頻域特性分析的方法，以線性定常系統(tǒng)和線性離散系統(tǒng)為對(duì)象，研究自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立，系統(tǒng)綜合分析，包括串聯(lián)校正和最小拍校正等控制器設(shè)計(jì)方法，以及系統(tǒng)調(diào)試的方法。二、課程目標(biāo)通過(guò)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：掌握控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)的測(cè)量與分析方法，掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與頻率特性分析方法，會(huì)進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)處理與分析，具備初步的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識(shí)；掌握控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)建模的方法，掌握線性系統(tǒng)串聯(lián)校正和調(diào)試的方法，具有初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。課程目標(biāo)2：形成預(yù)習(xí)和提前了解儀器使用規(guī)程的習(xí)慣，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的基本性能，能夠完成實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，具備基本動(dòng)手能力、較強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力。培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新、解決問(wèn)題的能力及良好的職業(yè)道德、社會(huì)公德、社會(huì)責(zé)任感。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)理工類本科專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)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(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度4.研究4.3能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)建并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)1：掌握控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)的測(cè)量與分析方法，掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與頻率特性測(cè)量的方法，會(huì)進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)處理與分析，具備初步的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識(shí)；掌握控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)建模的方法，掌握線性系統(tǒng)綜合校正和調(diào)試的方法，具有初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。H5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代儀器、系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)軟件、信息技術(shù)工具對(duì)自動(dòng)控制領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)2：形成預(yù)習(xí)和提前了解儀器使用規(guī)程的習(xí)慣，掌握實(shí)驗(yàn)儀器的基本性能，能夠完成實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，具備基本動(dòng)手能力、較強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力及一定的綜合創(chuàng)新能力。H注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”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(shí)分配實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)實(shí)驗(yàn)要求1控制系統(tǒng)時(shí)域與頻域特性分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：線性定常系統(tǒng)時(shí)域和頻域性能分析。實(shí)驗(yàn)要求：構(gòu)建典型環(huán)節(jié)，測(cè)量階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對(duì)環(huán)節(jié)時(shí)域特性的影響；利用典型環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)二階系統(tǒng)，改變二階系統(tǒng)的阻尼比和無(wú)阻尼振蕩頻率，分析它們對(duì)二階系統(tǒng)時(shí)域特性的影響；分析開(kāi)環(huán)增益和某環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，并與理論計(jì)算對(duì)比分析；設(shè)計(jì)慣性環(huán)節(jié)、二階系統(tǒng)的頻率特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，繪制它們的幅頻和相頻特性曲線，并與漸進(jìn)頻率特性曲線對(duì)比分析。61、2必做2線性定常系統(tǒng)模型建立及控制算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：線性定常系統(tǒng)建模與控制器設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求：以線性定常系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究組成和工作原理，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)PID控制器（或進(jìn)行串聯(lián)校正）；利用Simulink搭建系統(tǒng)并進(jìn)行仿真；最后進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試，校核所得控制器，總結(jié)調(diào)試規(guī)律。41、2必做3非線性控制系統(tǒng)Matlab分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：非線性控制系統(tǒng)性能分析。實(shí)驗(yàn)要求：利用Matlab軟件分析典型非線性環(huán)節(jié)的特性。利用相平面法和描述函數(shù)法對(duì)含有典型非線性環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析非線性因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。21、2必做4線性離散系統(tǒng)模型建立及控制算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：線性離散系統(tǒng)建模與控制設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求：以數(shù)字控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究組成和工作原理，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型進(jìn)行離散化，得到數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)離散數(shù)學(xué)模型；根據(jù)所得數(shù)學(xué)模型，利用Matlab搭建系統(tǒng)并進(jìn)行仿真以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)仿真；最后進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試，總結(jié)調(diào)試規(guī)律。41、2必做合計(jì)16五、教學(xué)方法及手段本課程采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)預(yù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，并填寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告；老師講授過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和軟件的操作規(guī)程后，要求學(xué)生嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，以學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)操作為主，教師巡視指導(dǎo)，及課堂教學(xué)后期的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)總結(jié)等。實(shí)驗(yàn)做完后，組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、方法等進(jìn)行討論，教師適當(dāng)總結(jié)引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力。課后要求學(xué)生認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，回答課后思考題。教師通過(guò)QQ、微信、釘釘?shù)裙ぞ?，隨時(shí)在線為學(xué)生輔導(dǎo)答疑，加強(qiáng)和學(xué)生之間的交流和溝通。六、課程資源1.推薦教材：（1）潘豐,徐穎秦.自動(dòng)控制原理（第2版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.2.參考書(shū)：（1）胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2019.（2）劉勝主.自動(dòng)控制原理(第二版)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2015.（3）張志涌，楊祖櫻.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015.（4）薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)—MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用(第3版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.（5）熊曉君.自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教程(硬件模擬與MATLAB仿真)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.3.期刊文章：（1）郭亞琴.基于軟硬件相結(jié)合的自動(dòng)控制原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].農(nóng)業(yè)工程與裝備,2023,50(01):61-64.（2）郭海林.“新工科”背景下自動(dòng)控制原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革[J].造紙裝備及材料,2022,51(08):219-221.（3）田思慶,侯強(qiáng),王越男.基于LabVIEW的“自動(dòng)控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2019,41(02):135-138+151.（4）趙久強(qiáng),馮毅萍.Labview在自動(dòng)控制原理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2018,21(01):85-88.（5）劉惠敏.基于MATLAB的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2016,19(03):48-52.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）華中科技大學(xué).王永驥.國(guó)家級(jí)精品課程《自動(dòng)控制原理》./course/HUST-1001531001?tid=1001614004.（2）中國(guó)工控網(wǎng)./.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐本課程成績(jī)由多個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的平均分評(píng)定。每份實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)分為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作過(guò)程、結(jié)果分析三個(gè)階段，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表3。表3課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)12課程成績(jī)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)30（1）根據(jù)課堂出勤情況和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況進(jìn)行考核。（2）在報(bào)告模板中，依據(jù)完成程度不同在不同階段打勾，批報(bào)告時(shí)給定總分?！獭?515操作過(guò)程40（1）對(duì)每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況、小組協(xié)作情況進(jìn)行評(píng)定。（2）對(duì)每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果和數(shù)據(jù)記錄情況進(jìn)行評(píng)定。（3）根據(jù)評(píng)定結(jié)果，在操作成績(jī)欄對(duì)應(yīng)的等級(jí)處打勾，批報(bào)告時(shí)給定總分。√√2020結(jié)果分析30（1）對(duì)每位學(xué)生的數(shù)據(jù)處理情況進(jìn)行評(píng)定，包括數(shù)據(jù)表格整理、公式、圖表、計(jì)算過(guò)程等。（2）對(duì)每位學(xué)生的結(jié)果表示和分析，及問(wèn)題回答情況進(jìn)行評(píng)定。（3）根據(jù)評(píng)定結(jié)果，在結(jié)果分析欄對(duì)應(yīng)的等級(jí)處打勾，并給定報(bào)告總分?！獭?515合計(jì)：100分5050八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式考核方式：本課程主要以實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)最終總成績(jī)由4個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均分評(píng)定。單次實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析成績(jī)來(lái)評(píng)定，其比例為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%，實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的40%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%?？己嘶疽螅好课粚W(xué)生必須按規(guī)定完成實(shí)驗(yàn)課，因故不能參加實(shí)驗(yàn)者，應(yīng)課前向指導(dǎo)教師請(qǐng)假（必須經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)），對(duì)所缺實(shí)驗(yàn)要在期末課程考試時(shí)間之前補(bǔ)齊。每次實(shí)驗(yàn)課前，要求學(xué)生必須進(jìn)行預(yù)習(xí)。每位學(xué)生必須按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的要求，獨(dú)立編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不得抄襲或借用他人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、條理清晰，抄襲別人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或不交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的以本次實(shí)驗(yàn)0分計(jì)入總成績(jī)。單次實(shí)驗(yàn)成績(jī)低于50分者，該份實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)不計(jì)入期末總評(píng)中，即該份報(bào)告成績(jī)等同于0分。2.考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表4。表4過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥7