《自動控制原理》教學大綱

第頁ADDINCNKISM.UserStyle《自動控制原理》教學大綱課程編號：13180410英文名稱：PrinciplesofAutomaticControl學分：3學時：總學時56，其中理論40，實踐16學時先修課程：高等數(shù)學，復變函數(shù)與積分變換，電路原理，模擬電子技術(shù)課程類別：專業(yè)基礎必修課程授課對象：電氣工程及其自動化專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第4學期一、課程描述和目標自動控制理論是工科類各相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，它已經(jīng)在大多數(shù)工科專業(yè)課程中占據(jù)了核心地位。學生獲得控制理論的基礎知識，掌握自動控制系統(tǒng)的分析和校正方法是自動控制原理教學的主要任務。本課程是為自動化類專業(yè)的二年級學生開設的專業(yè)必修課。通過教學要求學生掌握自動控制的基本原理和概念及分析方法。了解線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)誤差的概念；掌握系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)；了解控制系統(tǒng)性能指標；掌握控制系統(tǒng)的校正方法。學生具備對自動控制系統(tǒng)進行分析、設計、實驗的基本能力，為專業(yè)課的學習和參加控制工程實踐提供必要的理論基礎。學生具備對自動控制系統(tǒng)進行分析與設計的綜合能力。本課程擬達到的課程目標:課程目標1：掌握自動控制基本原理，具備對被控系統(tǒng)建立數(shù)學模型的能力。課程目標2：掌握用不同方法分析控制系統(tǒng)性能指標和根據(jù)性能指標校正控制系統(tǒng)的能力，具備分析復雜控制系統(tǒng)的能力,并且根據(jù)系統(tǒng)性能要求，設計滿足系統(tǒng)指標的控制系統(tǒng)。課程目標3：根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求，具備設計可行控制系統(tǒng)的實驗能力。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重對應關(guān)系1.5掌握電氣工程的知識。能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于控制系統(tǒng)方案設計、改進、建模和算法設計等復雜工程問題。課程目標10.6M課程目標20.43.2在安全、環(huán)境、法律等現(xiàn)實約束條件下，能夠進行電氣工程的方案設計、設備選型和系統(tǒng)集成，能優(yōu)選方案，體現(xiàn)創(chuàng)新意識課程目標11L4.2能夠基于專業(yè)理論和對象特征，選擇研究路線和設計可行的實驗方案。課程目標10.3H課程目標20.4課程目標30.37.2理解電氣工程的可持續(xù)運行措施，能針對實際電氣工程項目，評價其投入使用后對經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的影響。課程目標20.4M課程目標30.6（H—高，M—中，L—低）三、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配序號教學內(nèi)容基本要求學時教學方式對應課程目標1控制系統(tǒng)的基本概念討論學習自動控制的任務、自動控制的基本方式、對控制系統(tǒng)的性能要求等。掌握控制系統(tǒng)的工作原理、組成及其分類，理解對控制系統(tǒng)的基本要求，了解控制工程的發(fā)展概況。5集中講授、討論12控制系統(tǒng)的數(shù)學模型討論學習控制系統(tǒng)的微分方程的建立、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；通過具體實例討論控制系統(tǒng)模型在控制理論中的作用及意義；討論不同的傳遞函數(shù)之間的關(guān)系以及特點。了解建立系統(tǒng)數(shù)學模型的一般步驟；掌握拉氏變換基本定理和常用拉氏變換表；重點掌握典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)的求法，梅森增益公式的應用；重點掌握控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其中包括開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)的定義和求取方法。10集中講授、討論13時域分析法講授時域分析基礎、一階系統(tǒng)分析與計算、二階系統(tǒng)分析與計算、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析及計算。討論時域分析的基本特點。掌握一階、二階系統(tǒng)在典型輸入信號作用下的時域響應和時域性能指標；了解高階系統(tǒng)時域響應的特點和主導極點的意義；掌握系統(tǒng)穩(wěn)定的概念和分析、判別系統(tǒng)穩(wěn)定的方法；掌握系統(tǒng)誤差的概念和計算穩(wěn)態(tài)誤差的方法。9集中講授、討論2,35頻率域方法講授頻率特性、典型環(huán)節(jié)的頻率特性、系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性與階躍響應的關(guān)系、開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)階躍響應的關(guān)系。掌握頻率特性的基本概念；掌握典型環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)頻率特性圖的繪制方法；掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻率域分析方法；了解頻域性能指標與時域性能指標之間的關(guān)系；掌握用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能的方法。9集中講授、討論2,36控制系統(tǒng)的校正講授系統(tǒng)校正設計基礎、串聯(lián)校正、串聯(lián)校正的理論設計方法、反饋校正和復合校正。掌握超前、滯后及滯后—超前校正網(wǎng)絡的特點、頻率特性及其作用；掌握頻率法設計和校正系統(tǒng)；了解并聯(lián)校正和復合校正。7集中講授、討論2,3合計40序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學時類型對應課程目標1典型環(huán)節(jié)及其階躍響應實驗掌握電路參數(shù)對環(huán)節(jié)特性的影響要求：必修。2驗證1,32二階系統(tǒng)階躍響應實驗掌握控制系統(tǒng)階躍響應曲線確定傳遞函數(shù)要求：必修。2驗證2,33系統(tǒng)頻率特性測量實驗掌握控制系統(tǒng)及元件頻率特性的測量方法要求：必修。2驗證2,34連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正實驗掌握控制系統(tǒng)過渡過程的測量方法要求：必修。4驗證2,35調(diào)速系統(tǒng)的控制設計掌握電機調(diào)速系統(tǒng)的控制實現(xiàn)方法要求：必修。6設計2,3合計16四、課程教學方法1.總體設計采用課堂講授和討論、課外自學等方式，系統(tǒng)地學習自動控制系統(tǒng)基本概念，基本分析與校正方法，結(jié)合具體工程案例進行系統(tǒng)分析、計算、設計，培養(yǎng)學生在自動控制系統(tǒng)設計方面的能力，為后續(xù)工程實踐打下理論基礎，并為就業(yè)儲備發(fā)展空間。課堂教學方法：講授、互動提問討論。實驗教學方法：自主練習、個別答疑、集中指導、現(xiàn)場個別答疑。課外學習方法：預習和復習相關(guān)章節(jié)，中國大學MOOC、YOUKU等網(wǎng)站上的教學視頻。集中答疑，線上輔導相結(jié)合。2.課堂教學課堂講授：結(jié)合相關(guān)工程實例和實驗系統(tǒng)講解自動控制理論相關(guān)知識點。涉及自動控制理論基本知識，如數(shù)學模型建立，時域分析法，頻域法等。重點支持畢業(yè)要求指標點：1.5，3.2，4.2，7.2。課內(nèi)討論：圍繞預習內(nèi)容、講授案例、作業(yè)問題，通過互問互答等討論形式，引導深入理解控制系統(tǒng)的本質(zhì)及應用。重點支持畢業(yè)要求指標點：1.5，3.2，4.2，7.2。3.實驗教學在課外學習和作業(yè)實施的基礎上，通過集中實驗，理解有關(guān)知識點，掌握自動控制原理基本分析和設計方法。重點支持畢業(yè)要求指標點：1.5，3.2，4.2，7.2。4.課外學習課前預習：要求學生在課前按預習計劃完成自主學習內(nèi)容，即自學教材相關(guān)章節(jié)，觀看相關(guān)網(wǎng)站上教學視頻。重點支持畢業(yè)要求指標點：1.5，3.2，4.2，7.2。課后作業(yè)：包含每次課程后均有對應的課后作業(yè)和課程內(nèi)容相關(guān)的仿真作業(yè)，要求學生按時完成相應作業(yè)。成績計入平時考核成績。重點支持畢業(yè)要求指標點：1.5，3.2，4.2，7.2。五、學業(yè)評價和課程考核1．考核方式考試（√）考查（）2．成績記載百分制（√）五級分制（）3.考核原則強化實踐——強化課內(nèi)外實驗突出平時——注重平時作業(yè)，測試等過程考核提前關(guān)聯(lián)——提前與專業(yè)學習關(guān)聯(lián)，提高學習的興趣注重分析——理論分析為主，對應具體的實踐應用4.成績總評考核評價構(gòu)成：課堂表現(xiàn)（課內(nèi)提問、討論、紀律）5%，平時作業(yè)15%，實驗成績15%，課堂測試15%，期末閉卷考試50%。5.考核方案（1）課堂表現(xiàn)考核方案課堂表現(xiàn)占5%，包括課內(nèi)提問、討論和課堂紀律。每位學生至少一次提問交流機會，提問一次答出正確答案，得5分，兩次答出正確答案得4分，以此類推，扣完為止。課堂紀律主要考察到課率，學習態(tài)度，自主學習能力。每次按A、B、C、D、E五等予以記載，總評時最終折算成A（5分）、B（4分）、C（3分）、D（2分）、E（1分）。曠課一次扣1分；不遵守課堂紀律，一次扣1分；扣完為止。（2）平時作業(yè)考核方案平時作業(yè)占15%，每次按優(yōu)、良+、良、中+,中，中-,及格七個等級予以記載,缺交一次扣1分，總評時最終折算成百分制優(yōu)（95分）、良+（90分）、良（85分）、中+（80分）、中（75分）、中-（70）、及格（65分），并根據(jù)按該項總得分×占比15%的方式計算得到平時成績。（3）課堂測試考核方案課堂測試占15%，根據(jù)課程將相關(guān)內(nèi)容結(jié)束后，在課堂上當堂測試。（4）實驗成績考核方案實驗成績占15%，共5個實驗。總評時，根據(jù)總體表現(xiàn)給定優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格，期末總評時最終折算成優(yōu)秀（95分）、良好（85分）、中等（75分）、及格（65分），不及格（50分），并根據(jù)按該項總得分×占比15%的方式計算得到實驗成績。（5）期末閉卷考試考核方案期末成績占50%，采用閉卷形式，題型為分析題、計算題，主要考察自動控制控制系統(tǒng)性能參數(shù)等的分析設計能力。期末考試卷面成績不能低于50分，低于50分者，其課程總評成績?yōu)椴患案?/p>