北航控制工程基礎(chǔ)課件

北航控制工程基礎(chǔ)課件有限公司匯報(bào)人：XX目錄第一章課程概述第二章基礎(chǔ)理論知識(shí)第四章實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)第三章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六章考核與評(píng)價(jià)體系第五章課程資源與支持課程概述第一章課程定位與目標(biāo)本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制工程系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)，提高解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。培養(yǎng)系統(tǒng)思維能力通過(guò)實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生將掌握控制系統(tǒng)的實(shí)際操作和調(diào)試技巧，增強(qiáng)工程應(yīng)用能力。強(qiáng)化實(shí)踐操作技能學(xué)生將學(xué)習(xí)控制工程的基礎(chǔ)理論，包括系統(tǒng)建模、穩(wěn)定性分析和控制策略設(shè)計(jì)。掌握核心理論知識(shí)010203課程內(nèi)容概覽控制系統(tǒng)的基本概念實(shí)驗(yàn)與仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法控制理論基礎(chǔ)介紹控制系統(tǒng)的定義、組成以及控制系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用和重要性。涵蓋經(jīng)典控制理論，如傳遞函數(shù)、穩(wěn)定性分析，以及現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)。講解如何運(yùn)用各種設(shè)計(jì)方法，包括PID控制、狀態(tài)空間設(shè)計(jì)等，來(lái)構(gòu)建有效的控制系統(tǒng)。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)在控制工程學(xué)習(xí)中的作用，以及仿真軟件在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試中的應(yīng)用。適用專業(yè)與學(xué)生本課程為航空航天工程專業(yè)學(xué)生提供控制理論基礎(chǔ)，幫助他們理解飛行器的控制原理。航空航天工程專業(yè)01自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的學(xué)生通過(guò)本課程學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為未來(lái)智能系統(tǒng)開發(fā)打下基礎(chǔ)。自動(dòng)化與機(jī)器人技術(shù)專業(yè)02電子與信息工程專業(yè)的學(xué)生通過(guò)本課程掌握信號(hào)處理和系統(tǒng)分析，為通信與信息處理領(lǐng)域做準(zhǔn)備。電子與信息工程專業(yè)03基礎(chǔ)理論知識(shí)第二章控制系統(tǒng)的基本概念01控制系統(tǒng)的定義控制系統(tǒng)是由控制元件、執(zhí)行元件、被控對(duì)象和反饋環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的自動(dòng)控制。03控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題，指的是系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力。02開環(huán)與閉環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)不依賴于輸出反饋，而閉環(huán)控制系統(tǒng)則利用反饋信息來(lái)調(diào)整控制作用，以達(dá)到預(yù)期的控制效果。04控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)包括系統(tǒng)的響應(yīng)速度、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等，是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)學(xué)模型與分析方法介紹線性系統(tǒng)的基本概念、特性以及如何使用拉普拉斯變換進(jìn)行系統(tǒng)分析和穩(wěn)定性判斷。線性系統(tǒng)分析探討非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及在控制工程中如何建立和分析非線性數(shù)學(xué)模型。非線性系統(tǒng)建模解釋狀態(tài)空間模型的構(gòu)建方法，以及如何運(yùn)用矩陣和向量來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。狀態(tài)空間表示法闡述頻域分析在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括伯德圖和奈奎斯特圖的繪制與解讀。頻域分析技術(shù)控制理論基礎(chǔ)控制系統(tǒng)由控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對(duì)象組成，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的核心。01傳遞函數(shù)描述了系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，穩(wěn)定性分析是控制理論中的關(guān)鍵部分。02狀態(tài)空間模型提供了一種描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的數(shù)學(xué)框架，是現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)。03PID控制器通過(guò)比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)控制量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。04控制系統(tǒng)的基本概念傳遞函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定性狀態(tài)空間模型PID控制原理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三章控制器設(shè)計(jì)原理通過(guò)勞斯穩(wěn)定判據(jù)等方法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保控制器設(shè)計(jì)滿足性能要求。穩(wěn)定性分析根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適的控制策略，如PID控制、狀態(tài)反饋控制等?？刂撇呗赃x擇建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，為控制器設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。系統(tǒng)建模利用仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整控制器參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化算法提升系統(tǒng)性能。參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性指的是系統(tǒng)在受到擾動(dòng)后能夠返回到平衡狀態(tài)的能力，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。穩(wěn)定性定義李雅普諾夫方法是分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的常用數(shù)學(xué)工具，通過(guò)構(gòu)造李雅普諾夫函數(shù)來(lái)判斷系統(tǒng)平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性。李雅普諾夫方法根軌跡法通過(guò)繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)隨增益變化的軌跡，來(lái)分析閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根軌跡法頻率響應(yīng)法利用奈奎斯特圖和波特圖來(lái)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性，適用于頻域分析和設(shè)計(jì)。頻率響應(yīng)法設(shè)計(jì)實(shí)例與應(yīng)用飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)北航在飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面具有領(lǐng)先技術(shù)，如某型號(hào)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航與穩(wěn)定控制。0102衛(wèi)星姿態(tài)控制北航研發(fā)的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，確保衛(wèi)星在太空中準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)地球，進(jìn)行有效通信。03智能機(jī)器人控制北航團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的智能機(jī)器人控制系統(tǒng)，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化和家庭服務(wù)，提高了作業(yè)效率和便捷性。實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)第四章實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工具北航控制工程實(shí)驗(yàn)室配備有標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為學(xué)生提供穩(wěn)定的操作平臺(tái)進(jìn)行電路搭建和測(cè)試。實(shí)驗(yàn)臺(tái)和工作臺(tái)示波器用于觀察信號(hào)波形，信號(hào)發(fā)生器則用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)，幫助學(xué)生分析系統(tǒng)響應(yīng)。示波器和信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)中使用各種傳感器和數(shù)據(jù)采集卡來(lái)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、位移等，用于控制系統(tǒng)分析。數(shù)據(jù)采集卡和傳感器學(xué)生通過(guò)使用MATLAB、Simulink等軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的編程和仿真，以驗(yàn)證理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。編程軟件和仿真工具實(shí)驗(yàn)操作流程在進(jìn)行控制工程實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生需要熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，確保實(shí)驗(yàn)安全。實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟，學(xué)生應(yīng)準(zhǔn)確操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)步驟的執(zhí)行實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生需對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論之間的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析學(xué)生應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告中需包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、過(guò)程、結(jié)果和結(jié)論。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫實(shí)踐案例分析分析北航學(xué)生設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，展示理論與實(shí)踐相結(jié)合的成果。飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討北航學(xué)生在機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS上的實(shí)踐應(yīng)用，如路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航。機(jī)器人操作系統(tǒng)應(yīng)用介紹北航學(xué)生參與的全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。智能車競(jìng)賽項(xiàng)目課程資源與支持第五章教材與參考書目核心教材介紹01《自動(dòng)控制原理》是北航控制工程專業(yè)的核心教材，深入講解了控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。輔助參考書籍02《現(xiàn)代控制工程》作為輔助教材，提供了更多實(shí)際應(yīng)用案例和現(xiàn)代控制理論的深入分析。在線資源推薦03推薦使用“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)上的相關(guān)課程資源，包括視頻講座和在線測(cè)試，以輔助學(xué)習(xí)。在線學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)生可以在在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的論壇中提問(wèn)和討論，與教師和其他學(xué)生互動(dòng)，共同解決學(xué)習(xí)中的難題?；?dòng)問(wèn)答論壇平臺(tái)支持在線提交作業(yè)，學(xué)生可以及時(shí)得到反饋，教師也能更高效地批改和管理作業(yè)。在線作業(yè)提交北航控制工程課程提供豐富的視頻資源，學(xué)生可在線觀看教學(xué)視頻，加深對(duì)控制理論的理解。課程視頻資源01、02、03、教師團(tuán)隊(duì)介紹定期邀請(qǐng)控制工程領(lǐng)域的行業(yè)專家進(jìn)行客座講座，分享實(shí)際工程案例和最新研究成果。課程團(tuán)隊(duì)中還包括多位青年教師，他們活躍在科研一線，為學(xué)生帶來(lái)前沿知識(shí)。北航控制工程課程由多位資深教授領(lǐng)銜，他們具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)背景。資深教授團(tuán)隊(duì)青年教師力量行業(yè)專家客座考核與評(píng)價(jià)體系第六章作業(yè)與平時(shí)成績(jī)作業(yè)完成情況學(xué)生的作業(yè)完成情況是評(píng)價(jià)其學(xué)習(xí)態(tài)度和理解程度的重要指標(biāo)，通常包括作業(yè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。課堂參與度課堂參與度反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，包括提問(wèn)、討論以及參與課堂活動(dòng)的情況。小測(cè)驗(yàn)成績(jī)定期的小測(cè)驗(yàn)?zāi)軌驇椭處熈私鈱W(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，也是平時(shí)成績(jī)的一部分。期中與期末考試期中考試通常為閉卷筆試，涵蓋前期課程的核心概念和理論，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。期中考試的形式與內(nèi)容成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)考試分?jǐn)?shù)和平時(shí)表現(xiàn)，包括作業(yè)、課堂參與度等，綜合反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和能力?？荚嚦煽?jī)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)期末考試難度較大，覆蓋整個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用題，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。期末考試的難度與范圍010203課程項(xiàng)目與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決中，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重創(chuàng)新性和實(shí)用性。01課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求學(xué)生系統(tǒng)闡