自控原理課程教學(xué)大綱

1、«自控原理課程教學(xué)大綱課程編碼：0110011課程名稱：自控原理英文名稱：Principles of Automatic Control學(xué)時：36學(xué)分：2課程類型：選修課程性質(zhì)：專業(yè)課適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、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)基礎(chǔ)開課學(xué)期：第6學(xué)期開課院系：機(jī)電工程學(xué)院一、課程的地位、目的和任務(wù)本課程地位：自控原理是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)選修課。自動控制技術(shù)是現(xiàn)代化技術(shù)中重要的一個方面，本課程主要講述現(xiàn)代自動控制技術(shù)的基本原理與結(jié)構(gòu)模型，自動控制系統(tǒng)的分析方法與設(shè)計方法，使學(xué)生具備自動化控制的基礎(chǔ)理論知

2、識以及實(shí)踐能力。本課程目的：通過本課程的學(xué)習(xí)， 要求學(xué)生理解自動控制的基本概念，掌握簡單系統(tǒng)的建模方法，掌握對線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的基本分析方法以及設(shè)計和校正方法，能熟練使用根軌跡法和頻率特性法分析與設(shè)計控制系統(tǒng)和控制器，對非線性系統(tǒng)也能進(jìn)行初步的分析。本課程任務(wù)：1 掌握自動控制的基本概念、原理，學(xué)會對實(shí)際物理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，并用已學(xué)過 的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行系統(tǒng)分析和綜合，能靈活應(yīng)用各種理論知識來解決實(shí)際問題的綜合設(shè)計能 力。2不僅為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，而且直接為解決實(shí)際控制系統(tǒng)問題提供理論和方 法，養(yǎng)成將來在工程實(shí)際中經(jīng)常進(jìn)行理性思維的習(xí)慣。3.培養(yǎng)學(xué)生在掌握課程知識、概念

3、、原理方法基礎(chǔ)上，獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問題、實(shí) 驗(yàn)與仿真實(shí)現(xiàn)的能力。二、本課程與其它課程的聯(lián)系本課程的先修課是高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、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)基礎(chǔ)。這些課程的學(xué)習(xí)，為本課程學(xué)習(xí)奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和分析系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型提供必 要的電學(xué)知識。本課程學(xué)習(xí)為后續(xù)課程（控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計等）的 學(xué)習(xí)提供所應(yīng)用的系統(tǒng)分析、設(shè)計的基本理論和基本方法，掌握必要的基本技能，為進(jìn)一步 深造打下必要的理論基礎(chǔ)。三、教學(xué)內(nèi)容及要求第一章自動控制原理概述教學(xué)要求：通過本章教學(xué)，使學(xué)生理解自動控制的定義、組成、基本控制方式及特點(diǎn)，對控制系 統(tǒng)性能的基本要求，自動控制系統(tǒng)的分類

4、，自動控制系統(tǒng)實(shí)例有一定掌握。使學(xué)生對古典 反饋控制的基本理論和方法有一全面、整體的了解。重點(diǎn)：自動控制的定義、組成、基本控制方式、特點(diǎn)及基本要求難點(diǎn)：自動控制系統(tǒng)實(shí)例的分析教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 自動控制的基本原理與方式（一）自動控制技術(shù)及其應(yīng)用（二）自動控制理論（三）反饋控制原理（四）反饋控制系統(tǒng)的基本組成（五）自動控制系統(tǒng)基本控制方式第二節(jié)自動控制系統(tǒng)示例（一）函數(shù)記錄儀（二）飛機(jī)-自動駕駛儀系統(tǒng)（三）電阻爐微型計算機(jī)溫度控制系統(tǒng)（四）鍋爐液位控制系統(tǒng)第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類（一）線性連續(xù)控制系統(tǒng)（二）線性定常離散控制系統(tǒng)（三）非線性控制系統(tǒng)第四節(jié) 對自動控制系統(tǒng)的基本要求（一）基本要求的提法

5、（二）典型的外作用第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型教學(xué)要求：通過本章教學(xué)，要求學(xué)生了解數(shù)學(xué)模型的概念、表達(dá)方式，建模的方法；掌握微分方程 的建立、典型元部件及其傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖及化簡、信號流圖和梅森公式，控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的表示方法，學(xué)會對一般的機(jī)電系統(tǒng)等進(jìn)行機(jī)理建模。明確零初始條件的物理含義；了解系統(tǒng)的零、極點(diǎn)等的概念。重點(diǎn)：傳遞函數(shù)的概念、結(jié)構(gòu)圖及化簡、控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的表示方法難點(diǎn)：微分方程的建立、典型元部件及其傳遞函數(shù)、信號流圖和梅森公式教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型（一）線性元件的微分方程（二）控制系統(tǒng)微分方程的建立（三）線性系統(tǒng)的特征（四）線性定常微分方程的求解（五）非線性微分方程的

6、線性化（六）運(yùn)動模態(tài)第二節(jié)控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型（一）傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)（二）傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)（三）傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)對輸出的影響（四）典型元部件的傳遞函數(shù)第三節(jié)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成和繪制（二）結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡化（三）信號流圖的組成和性質(zhì)（四）信號流圖的繪制（五）梅森增益公式（六）閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)第三章線性系統(tǒng)的時域分析法教學(xué)要求：通過本章教學(xué)，要求學(xué)生了解控制系統(tǒng)的典型輸入信號；了解線性定常系統(tǒng)的時域響應(yīng)組成，熟悉控制系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)的定義；掌握一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)及性能指標(biāo)；掌握二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)分析及其與極點(diǎn)之間的關(guān)系，重點(diǎn)掌握二階系統(tǒng)的暫態(tài)

7、響應(yīng)性能指標(biāo)公式及計算；一般了解高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)，掌握閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念；了解穩(wěn)定的概念，掌握線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件；重點(diǎn)掌握判斷穩(wěn)定性的 Routh代數(shù)判據(jù)及應(yīng)用，對Hurwitz判據(jù)有一般了解；了解穩(wěn)態(tài)誤差的概念、定義、產(chǎn)生原因、類型；重點(diǎn)掌握給定穩(wěn)態(tài)誤差終 值的計算，掌握擾動穩(wěn)態(tài)誤差終值的計算及減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法。重點(diǎn)：一、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)、主導(dǎo)極點(diǎn)的概念、判斷穩(wěn)定性的Routh代數(shù)判據(jù)及應(yīng)用、穩(wěn)態(tài)誤差及終值定理。難點(diǎn)：二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)、 判斷穩(wěn)定性的Routh代數(shù)判據(jù)及應(yīng)用、 擾動穩(wěn)態(tài)誤差終值 的計算及減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 系統(tǒng)時間響應(yīng)的性能指標(biāo)（一）典型輸入信

8、號（二）動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程（三）動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能第二節(jié)一階系統(tǒng)的時域分析（一）一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（二）一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（三）一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)（四）一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)（五）一階系統(tǒng)的單位加速度響應(yīng)第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時域分析（一）二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（二）二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（三）欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析（四）過阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析（五）二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)（六）二階系統(tǒng)性能的改善（七）非零初始條件下二階系統(tǒng)的響應(yīng)過程第四節(jié)高階系統(tǒng)的時域分析（一）三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（二）高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（三）閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)第五節(jié)線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（一）穩(wěn)定性的基本概念（二）

9、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件（三）勞思-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)（四）勞思穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況（五）勞思穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用弟八節(jié) ：線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算（一）誤差與穩(wěn)態(tài)誤差（二）系統(tǒng)類型（三）階躍輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)位置誤差系數(shù)（四）斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)位置誤差系數(shù)（五）加速度輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤:差與靜態(tài)位置誤差系數(shù)（六）動態(tài)誤差系數(shù)（七）擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差（八）減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法教學(xué)要求：通過本章教學(xué)，要求學(xué)生正確理解根軌跡的概念及根軌跡方程；掌握根軌跡繪制的基本法則及其應(yīng)用；熟悉閉環(huán)零，極點(diǎn)分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系，主導(dǎo)極點(diǎn)與偶極子的概念，高階系統(tǒng)的性能分析；

10、重點(diǎn)掌握系統(tǒng)階躍響應(yīng)的根軌跡法分析。重點(diǎn)：根軌跡的概念、根軌跡方程、常規(guī)根軌跡的繪制及系統(tǒng)性能分析難點(diǎn)：利用根軌跡對系統(tǒng)性能的分析、添加零極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)根軌跡法的基本概念（一）根軌跡概念（二）根軌跡與系統(tǒng)性能（三）閉環(huán)零、極點(diǎn)與開環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系（四）根軌跡方程第二節(jié)根軌跡繪制的基本原則（一）繪制根軌跡的基本原則（二）閉環(huán)極點(diǎn)的確定第三節(jié)廣義根軌跡（一）參數(shù)根軌跡（二）附加開環(huán)零點(diǎn)的作用（三）零度根軌跡第四節(jié)系統(tǒng)性能的分析（一）閉環(huán)零極點(diǎn)與時間響應(yīng)（二）系統(tǒng)性能的定性分析（三）商品經(jīng)濟(jì)的基本特征四、教學(xué)安排及方式總學(xué)時：36學(xué)時，其中理論教學(xué)時數(shù) 36學(xué)時，實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）教學(xué)時數(shù)為0學(xué)時。、教學(xué)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí) 題 課上機(jī)看或錄參像觀小計備注自動控制原理概述22控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型88線性系統(tǒng)的時域分析法1414線性系統(tǒng)的根軌跡法1212合計3636五、考核方式1考核方式：筆試（開卷）2 成績評定：平時成績占20%，包括出勤、課堂提問、作業(yè)等；期中成績占20%;期末成績占60%。綜合考核成績=平時成績