自動控制原理課程教學大綱

1、自動控制原理課程教學大綱課程名稱：自動控制原理英文名稱：Automation Control Theory課程編號：401學 時 數(shù)：88其中實驗學時數(shù)：16 課外學時數(shù)：學 分 數(shù)：5.5適用專業(yè)：自動化 自動化（試點）一、課程的性質(zhì)和任務自動控制原理課程是自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是該專業(yè)的學生進行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計最基本的理論基礎(chǔ)。本課程主要講授經(jīng)典控制理論，它包括三種分析方法，即時域法，根軌跡法和頻域法。在此基礎(chǔ)上，進一步講授控制系統(tǒng)設(shè)計與綜合，以及離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計方法和控制理論應用短學時概述。學習該課程的目的在于培養(yǎng)學生在實際中的分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)學生設(shè)計控

2、制系統(tǒng)的能力。該課程為自動控制系統(tǒng)、過程控制、計算機控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論等后繼課程打下了必需的理論基礎(chǔ)。二、課程教學內(nèi)容的基本要求、重點和難點自動控制原理知識點主要有以下內(nèi)容：自動控制的一般概念基本要求：掌握反饋、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、控制器、被控對象、自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點、組成和基本環(huán)節(jié)、自動控制系統(tǒng)的類型；讓學生熟練掌握控制系統(tǒng)的基本性能要求?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學模型 基本要求：能夠用理論推導的方法建立電路系統(tǒng)及力學系統(tǒng)的數(shù)學模型微分方程，熟練掌握典型元部件的傳遞函數(shù)的求取、結(jié)構(gòu)圖的繪制、由結(jié)構(gòu)圖等效變換求傳遞函數(shù)、由梅遜公式求傳遞函數(shù)。重點：常用的元部件傳遞函數(shù)的求取；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。

3、難點：結(jié)構(gòu)圖等效變換；梅遜公式及其意義。線性系統(tǒng)的時域分析 基本要求：掌握時域性能指標的定義，熟練掌握一階和二階系統(tǒng)性能指標的求取，掌握二階系統(tǒng)性能改善的方法，掌握高階系統(tǒng)動態(tài)性能指標的分析方法，熟練掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)及其應用，穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算，減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法，掌握主導極點。重點：二階系統(tǒng)動態(tài)性能計算，穩(wěn)定性分析方法及穩(wěn)態(tài)誤差計算方法。難點：二階系統(tǒng)性能改善的方法及擾動作用下減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施。線性系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計基本要求：理解根軌跡的概念，根軌跡方程，熟練掌握繪制根軌跡的基本法則，掌握用根軌跡法分析系統(tǒng)，掌握頻域特性的物理意義，圖文表示方法，熟練掌握奈氏判據(jù)，穩(wěn)定裕度，

4、用頻域特性建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，熟練掌握串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正，掌握串聯(lián)滯后超前校正，理解按期望頻率特性法校正，反饋校正，復合控制校正。重點：用根軌跡分析系統(tǒng)，頻率特性的物理意義；奈氏判據(jù)證明及穩(wěn)定裕度的確定，串聯(lián)超前校正網(wǎng)絡的設(shè)計與實現(xiàn)，PID控制器的作用，串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡的設(shè)計與實現(xiàn)復合校正方法。難點：用根軌跡法設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，開環(huán)幅相曲線、對數(shù)曲線的概略繪制及對應系統(tǒng)傳遞函數(shù)的確定，串聯(lián)滯后超前校正網(wǎng)絡的設(shè)計。非線性控制系統(tǒng)分析基本要求：了解相平面法，掌握描述函數(shù)法。重點：用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性及自振參數(shù)的確定。難點：相平面的繪制與分析。線性離散系統(tǒng)的分析與校正基本要求：掌握

5、信號的離散化與信號保持器，熟練掌握采樣定理和Z變換定理，掌握閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，了解離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差，動態(tài)性能分析。 重點：閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的求取及穩(wěn)定性分析。 難點：采樣過程的描述，閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的求法。7控制理論應用短學時概述模塊結(jié)合以鞍鋼為代表的冶金企業(yè)生產(chǎn)實際中出現(xiàn)的問題，針對過程本身的特點和過程控制中存在的問題，需尋求更為先進有效的控制系統(tǒng)。將基于數(shù)學模型而又必須用計算機來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進控制策略，如補償控制(包括Smith補償控制、前饋控制)、推理控制、智能控制、多變量控制、非線性控制等。將先進控制技術(shù)應用到實際生產(chǎn)中去，并作為應用技術(shù)專題使學生更好地理解自控理

6、論知識。注:上述7個知識點是按照自動化專業(yè)的計劃（88學時，其中包含16學時的實驗）設(shè)計的，其中1、2、3模塊是必須按先后順序選擇的，后面幾個模塊則可以針對不同專業(yè)不同學時的需求，任意選用。三、教學方式及學時分配序號主要內(nèi)容主要教學方式學時分配輔導答疑比例一自動控制系統(tǒng)的基本概念講授22 ：1二自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型講授102 ：1三自動控制系統(tǒng)的時域分析講授+實驗10+42 ：1四根軌跡法講授+實驗8+22 ：1五線性系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計講授+實驗20+62 ：1六非線性系統(tǒng)分析講授+實驗6+22 ：1七線性離散系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)講授+實驗8+22 ：1八控制理論應用短學時概述講授82 ：1四、

7、課程其他教學環(huán)節(jié)要求實驗項目設(shè)置：序號實驗項目名稱實 驗 內(nèi) 容學時實驗類型實驗要求實驗者類別備注1線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應一階系統(tǒng)的時域響應及參數(shù)測定；二階系統(tǒng)的暫態(tài)特性分析2驗證性必修本科生2控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析三階系統(tǒng)穩(wěn)定性討論二階欠阻尼系統(tǒng)加零點對系統(tǒng)性能的影響2驗證性必修本科生3根軌跡法繪制四階和五階系統(tǒng)負反饋及正反饋根軌跡曲線2驗證性必修本科生4典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)頻率特性的測量典型環(huán)節(jié)的頻率特性測試二階系統(tǒng)的頻率特性測試2驗證性必修本科生5串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的設(shè)計用根軌跡法和頻率法對二階和三階系統(tǒng)進行校正2綜合性必修本科生6PID的控制作用設(shè)計PID控制器參數(shù)，滿足系統(tǒng)性能指標。2設(shè)計性必修本科生7離散控制系統(tǒng)的設(shè)計判斷離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性和繪制脈沖響應及單位階躍相應2驗證性必修本科生8典型非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性繼電器、飽和、死區(qū)、間隙非線性靜態(tài)特性電路模擬2驗證性必修本科生五、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的先修課程為高等數(shù)