《自動(dòng)控制原理C》課程教學(xué)大綱（本科）

1、自動(dòng)控制原理c(Principles of Automatic Control ： C)課程代碼：05410050學(xué)分：2.5學(xué)時(shí)：40 （其中：課題教學(xué)學(xué)時(shí)：36實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí)踐學(xué)時(shí):0 ）先修課程：高等數(shù)學(xué)、電路原理A、信號(hào)與系統(tǒng)A、復(fù)變函數(shù)與積分變換適用專(zhuān)業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)教材：自動(dòng)控制原理，劉國(guó)海、楊年法主編，機(jī)械工業(yè)出版社，第1版一課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)本課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)較為重要的專(zhuān)業(yè)選修課。它是自動(dòng)控制技 術(shù)的基礎(chǔ)理論，是一門(mén)理論性較強(qiáng)的工程科學(xué)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動(dòng)控 制系統(tǒng)的基本概念、自動(dòng)控制理論的開(kāi)展歷史，學(xué)會(huì)建立和

2、簡(jiǎn)化自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模 型，著重掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法和頻率特性分析法，并學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合 與校正的一般方法。（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：自動(dòng)控制原理C是一門(mén)研究自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論，是以原理為主 的理論性課程。主要從數(shù)學(xué)模型出發(fā)，講述自動(dòng)控制的基本原理和控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 的基本方法。課程目標(biāo)2：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠正確理解和運(yùn)用課程的基本概念和理論， 掌握一套較完整的分析、設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的方法。為專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，而且為 以后從事實(shí)際工作和科研奠定一定的理論基礎(chǔ)。課程的具體目標(biāo)如下：1、知識(shí)目標(biāo)自動(dòng)控制原理C課程主要介紹經(jīng)典控制理論的基本概念和基本原理，自動(dòng)控制

3、系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。簡(jiǎn)單介紹控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖概念。重點(diǎn)介紹時(shí)域分 析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)校正方法、離散控制系統(tǒng)的分析方法等，包括：掌握控制系統(tǒng)的基本要求（穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性）及其指標(biāo)參數(shù)；掌握控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖概念；掌握一階、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析方法；.采用多媒體教學(xué)手段，采用講授、討論相結(jié)合，多種教學(xué)手段綜合運(yùn)用。.課后共需完成大約2530道習(xí)題作業(yè)，以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，建 議學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。2017年9月10日掌握基本的頻率特性分析法；掌握控制系統(tǒng)的常用校正裝置及其校正方法；掌握離散控制系統(tǒng)的分析方法。2、能力與素質(zhì)方面能夠針對(duì)實(shí)

4、際控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并畫(huà)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。能夠熟練運(yùn)用時(shí)域分析法和頻率特性分析法分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和 準(zhǔn)確性。能夠運(yùn)用頻率法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行校正。能夠構(gòu)建離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，求解系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)，并分析離散控制 系統(tǒng)的性能。能夠根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求（穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性）分析解決基本 工程問(wèn)題。逐步培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、判斷和歸納能力。注：工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)通識(shí)課程的課程目標(biāo)應(yīng)覆蓋相應(yīng)的工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求通用標(biāo)準(zhǔn)；二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章緒論（-）課程內(nèi)容.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、組成與分類(lèi)。.控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。.自動(dòng)控制理論的開(kāi)展。.自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求:穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)

5、確性。（-）教學(xué)要求.了解本課程的性質(zhì)、研究對(duì)象與基本任務(wù)。.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理。.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求:穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。. 了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例、自動(dòng)控制理論的開(kāi)展。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)；自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求:穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性；本課程的篇章結(jié)構(gòu)和它們之間的聯(lián)系。.難點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求:穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性；本課程的篇章結(jié)構(gòu)和它們之間的聯(lián)系。第二章自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（一）課程內(nèi)容.控制系統(tǒng)的微分方程：線(xiàn)性系統(tǒng)微分方程的建立。.控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)：定義，時(shí)間常數(shù)表示形式和零極點(diǎn)表示形式。.典

6、型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)：比例、積分、微分、慣性、振蕩等環(huán)節(jié)的微分方程及 其傳遞函數(shù)。.控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：組成、建立；結(jié)構(gòu)圖的等效變換：原那么（變換前后，系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)關(guān)系不變），環(huán)節(jié)的合并（串聯(lián)、并聯(lián)、反應(yīng)），信號(hào)分支點(diǎn)或比擬點(diǎn)的移動(dòng)（左 移、右移、互換）。.信號(hào)流圖和梅遜公式：信號(hào)流圖的組成（節(jié)點(diǎn)、支路、支路傳輸），信號(hào)流圖的 常用術(shù)語(yǔ)（源節(jié)點(diǎn)、阱節(jié)點(diǎn)、混合節(jié)點(diǎn)、通路、前向通路、回路、前向通路傳輸增 益、回路傳輸增益、不接觸回路），梅遜公式，應(yīng)用梅遜公式求控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。（二）教學(xué)要求. 了解控制系統(tǒng)有哪些數(shù)學(xué)模型.熟悉傳遞函數(shù)的概念及其表示形式；.熟悉典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)；具有建立控制系統(tǒng)結(jié)

7、構(gòu)圖的能力；.掌握結(jié)構(gòu)圖等效變換方法和利用信號(hào)流圖求系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的方法。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的概念；建立控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換; 應(yīng)用信號(hào)流圖和梅遜公式求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。.難點(diǎn)建立控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換；應(yīng)用信號(hào)流圖和梅遜公式 求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法（一）課程內(nèi)容.典型輸入信號(hào)：?jiǎn)挝浑A躍函數(shù)、單位斜坡函數(shù)、單位拋物線(xiàn)函數(shù)。.系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)：延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、調(diào)節(jié) 時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差。. 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及其求法：調(diào)節(jié)時(shí)間。

8、.二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及其求法：按阻尼比二0、01、=1、1四種情況求系統(tǒng) 的最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間。.線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件：所有的閉環(huán)極點(diǎn)都位于s平面的右半平面。.穩(wěn)態(tài)誤差的定義；給定穩(wěn)態(tài)誤差和擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差的求法。. PID基本控制規(guī)律的分析：P控制、PD控制、PI控制、PID控制。（二）教學(xué)要求.掌握控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)的定義及其含義。.掌握二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及其求法,理解動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與特征參數(shù)的關(guān)系。.掌握應(yīng)用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。.掌握求解系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法。.能夠理解PID基本控制規(guī)律。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)控制系統(tǒng)階躍

9、響應(yīng)性能指標(biāo)的定義及其含義；二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及其求法; 應(yīng)用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；求解系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法；系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)特 征參數(shù)之間的關(guān)系。.難點(diǎn)系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)特征參數(shù)之間的關(guān)系。第五章頻率特性分析法（一）課程內(nèi)容.頻率特性的基本概念：頻率特性的定義，幅頻特性，相頻特性，實(shí)頻特性，虛頻 特性。.頻率特性的常用圖示方法：幅相頻率特性（奈奎斯特圖），對(duì)數(shù)頻率特性（伯德 圖）。.典型環(huán)節(jié)的頻率特性（奈奎斯特圖、伯德圖）：比例、積分、微分、慣性、振蕩等環(huán)節(jié)）。.系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性圖的繪制：奈奎斯特圖（起點(diǎn)、終點(diǎn)、交點(diǎn)、變化趨勢(shì)）， 伯德圖（低頻段、轉(zhuǎn)折頻率、斜率、對(duì)數(shù)相頻特性的起

10、點(diǎn)、終點(diǎn)和變化趨勢(shì)）。.最小相位系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)。.奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，奈氏判據(jù)在奈奎斯特圖的應(yīng)用。.穩(wěn)定裕度：伯德圖上的相角裕度和幅值裕度。（二）教學(xué)要求.掌握頻率特性的基本概念及其常用圖示方法。.掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性及其特點(diǎn)。.掌握控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性圖的繪制方法，能夠構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具有分析實(shí)驗(yàn)結(jié) 果得出結(jié)論的能力。. 了解最小相位系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)。.掌握奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，能夠運(yùn)用奈氏判據(jù)在奈奎斯特圖上準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。.掌握穩(wěn)定裕度的概念，能夠在伯德圖上求解出相角裕度和幅值裕度。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)典型環(huán)節(jié)的頻率特性；系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性圖

11、的繪制；奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定 裕度。.難點(diǎn)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性圖的繪制；奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定裕度。第六章自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正（-）課程內(nèi)容.控制系統(tǒng)校正的定義，校正方式（串聯(lián)校正，反應(yīng)校正，復(fù)合校正），系統(tǒng)性能 指標(biāo)。.常用校正裝置及其特性（超前校正、滯后校正）。.串聯(lián)校正的頻率法設(shè)計(jì)：超前校正、滯后校正。（二）教學(xué)要求.掌握控制系統(tǒng)校正的定義、校正方式和常用校正裝置及其特性。.掌握串聯(lián)校正的頻率法設(shè)計(jì)方法，能夠進(jìn)行超前校正、滯后校正設(shè)計(jì)，能夠構(gòu)建 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論的能力。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）.重點(diǎn)常用校正裝置（超前校正、

12、滯后校正）及其特性；超前校正、滯后校正的設(shè)計(jì)步驟 及注意點(diǎn)。.難點(diǎn)超前校正和滯后校正的設(shè)計(jì)步驟及注意點(diǎn)。第七章線(xiàn)性離散控制系統(tǒng)的分析（一）課程內(nèi)容.線(xiàn)性離散控制系統(tǒng)的概念：離散控制系統(tǒng)、采樣控制系統(tǒng)。.采樣過(guò)程和采樣定理：采樣過(guò)程、采樣定理，零階保持器。. z變換的定義、基本定理和求法；z反變換的定義和求法。.離散控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)：定義，求法（z變換表）；求開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)（串 聯(lián)環(huán)節(jié)之間有采樣開(kāi)關(guān)、串聯(lián)環(huán)節(jié)之間無(wú)采樣開(kāi)關(guān)）；求閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。.離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析:穩(wěn)定的充要條件,離散控制系統(tǒng)的勞斯穩(wěn)定判據(jù)。.離散控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析：閉環(huán)極點(diǎn)分布與暫態(tài)響應(yīng)的關(guān)系。（二）教學(xué)要求

13、. 了解線(xiàn)性離散控制系統(tǒng)的概念、采樣過(guò)程和采樣定理。.掌握z變換和z反變換的求法。.掌握離散控制系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義；熟練求解開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)（串聯(lián)環(huán) 節(jié)之間有采樣開(kāi)關(guān)、串聯(lián)環(huán)節(jié)之間無(wú)采樣開(kāi)關(guān)）和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。.理解離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件，掌握離散控制系統(tǒng)的勞斯穩(wěn)定判據(jù)。. 了解離散控制系統(tǒng)中閉環(huán)極點(diǎn)分布與暫態(tài)響應(yīng)的關(guān)系。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)（假設(shè)不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明）1.重點(diǎn)z變換和z反變換；離散控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)、閉環(huán)）脈沖傳遞函數(shù)；離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.難點(diǎn)離散控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)、閉環(huán)）脈沖傳遞函數(shù)；離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、本課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)工程編號(hào)實(shí)驗(yàn)工程名稱(chēng)學(xué)時(shí)類(lèi)型要

14、求支撐的課程目標(biāo)1典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析2綜合性必做1. 3 2. 2 2. 52典型控制系統(tǒng)的頻域研究2綜合性必做1.4 2.3注：1. “類(lèi)型”填驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等；“要求”填必做、選做。實(shí)驗(yàn)1:典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和掌握二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法。.觀(guān)察不同參數(shù)下典型二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。.研究典型系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。（二）實(shí)驗(yàn)要求.畫(huà)出系統(tǒng)模擬電路圖，并標(biāo)出電阻、電容的取值。.畫(huà)出各種情況下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。.填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并與理論計(jì)算值進(jìn)行比擬，分析誤差及其產(chǎn)生的原因。實(shí)驗(yàn)2：典型控

15、制系統(tǒng)的頻域研究（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和掌握測(cè)量典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）頻率特性曲線(xiàn)的方法和技能。.學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得頻率特性曲線(xiàn)求取傳遞函數(shù)的方法。（二）實(shí)驗(yàn)要求.畫(huà)出系統(tǒng)模擬電路圖，并標(biāo)出電阻、電容的取值。.繪制出虛擬示波器上得到的數(shù)據(jù)表格和描繪點(diǎn)，并用圓滑的曲線(xiàn)將這些點(diǎn)連接起來(lái)。.在Nyquist曲線(xiàn)上標(biāo)出頻率3的變化方向，并標(biāo)出特征點(diǎn)，寫(xiě)出放大倍數(shù)K 和二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)&的值。.將Bode圖做漸近幅頻特性處理,推算出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其參數(shù)。四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格;章（按序填寫(xiě)）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí) 驗(yàn)上 機(jī)課程

16、實(shí)踐小 計(jì)第一章20002講授、案例、自學(xué)、 討論1.12. 5第二章60006講授、研究型教學(xué) 法、自學(xué)1.22. 1第三章62008講授、研究型教學(xué) 法、自學(xué)1. 32.2 2.5第五章1020012講授、研究型教學(xué) 法、自學(xué)1.42.3弟八早40004講授、討論、自學(xué)1.5 2.3 2.6第七章80008講授、研究型教學(xué) 法、自學(xué)1.6 2. 4 2. 5合計(jì)3640040.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問(wèn)題、工程、案例 等教學(xué)方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權(quán)重備注平時(shí)作業(yè)課后完成2530個(gè)習(xí)題，主 要考核學(xué)生對(duì)每章中知識(shí)點(diǎn) 的復(fù)習(xí)、理解和掌握度

17、，計(jì)算 全部作業(yè)的平均成績(jī)?cè)侔?0%計(jì)入總成績(jī)；可讓學(xué)生查10%閱資料，了解本課程相關(guān)技術(shù) 開(kāi)展情況，并根據(jù)自身開(kāi)展需 要，自主學(xué)習(xí)。課堂表現(xiàn)不定期點(diǎn)名抽查學(xué)生的出勤 率，回答下列問(wèn)題以及解決課堂提 問(wèn)的積極性和正確性，以此來(lái) 了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。10%期末考試考試以閉卷的形式，題型包括 填空題、計(jì)算題、計(jì)算分析題、 計(jì)算繪圖題4大類(lèi)，以卷面成 績(jī)的80%計(jì)入課程總成績(jī)。 其中考核自動(dòng)控制理論基礎(chǔ) 知識(shí)及應(yīng)用能力的題占90%； 考核能針對(duì)個(gè)人或職業(yè)開(kāi)展 的需求，采用合適的方法，自 主學(xué)習(xí)，適應(yīng)開(kāi)展占比10%o80%注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫(xiě)上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)試、期中考試、