自動(dòng)控制理論 教學(xué)大綱

自動(dòng)控制理論——教學(xué)大綱ControlTheory適用專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及相關(guān)測(cè)控專(zhuān)業(yè)總學(xué)時(shí)：68（講課：60實(shí)驗(yàn)：8）學(xué)分：4課程的性質(zhì)和目的本課程是自動(dòng)化、電氣工程及相關(guān)測(cè)控專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課之間的橋梁。本課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基本理論及分析、校正系統(tǒng)的基本方法。為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)及從事工程設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。課程教學(xué)內(nèi)容和要求本課程涉及電路、高等數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，內(nèi)容以經(jīng)典控制理論的線性系統(tǒng)為主線，在此基礎(chǔ)上講授非線性系統(tǒng)分析、采樣控制系統(tǒng)分析。第一章緒論反饋控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，著重說(shuō)明反饋的作用。在緒論中要注意引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)本課程的性質(zhì)，任務(wù)和特點(diǎn)。重點(diǎn)領(lǐng)悟反饋控制系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)、分類(lèi)和相關(guān)常用術(shù)語(yǔ)。第二章線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模式建立理想的數(shù)學(xué)模型的必要性和局限性。建模的兩種基本方法---分析推導(dǎo)法和實(shí)驗(yàn)辯識(shí)法。系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的多種形式及其轉(zhuǎn)換關(guān)系。了解數(shù)學(xué)模型是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，建立理想化的數(shù)學(xué)模型的必要性及其局限性。熟練掌握典型環(huán)節(jié)定義及其傳遞函數(shù)，運(yùn)用方框圖化簡(jiǎn)求出傳遞函數(shù)，掌握信號(hào)流程圖中的基本符號(hào)，術(shù)語(yǔ)和定義，信流圖的簡(jiǎn)化，梅遜公式及其應(yīng)用。第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)時(shí)域響應(yīng)的概念，研究系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的目的、時(shí)域系統(tǒng)的分析方法及其與拉氏變換的關(guān)系。了解典型輸入信號(hào)的意義及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。明確一階，二階系統(tǒng)的組成及其階躍響應(yīng)，特征參量，閉環(huán)零，極點(diǎn)與響應(yīng)指標(biāo)的關(guān)系，暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)。高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)的特點(diǎn)(一，二階系統(tǒng)響應(yīng)的合成)，零、極點(diǎn)與響應(yīng)的關(guān)系，系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念，用二階系統(tǒng)的響應(yīng)近似的分析高階系統(tǒng)的性能。運(yùn)用線性常定系統(tǒng)穩(wěn)定的充分和必要條件，判別線性常定系統(tǒng)穩(wěn)定性。運(yùn)用穩(wěn)態(tài)誤差的定義，計(jì)算穩(wěn)態(tài)計(jì)算。第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法最小相位系統(tǒng)的以開(kāi)環(huán)增益K為變量的根軌跡，相角和幅值條件，繪制規(guī)則及方法。依據(jù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)繪制系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡并能夠分析系統(tǒng)零，極點(diǎn)分布及其與時(shí)域響應(yīng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系。第五章線性系統(tǒng)的頻率特性法頻率法的定義、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。典型環(huán)節(jié)頻率特性。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性繪制，最小相位系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的特點(diǎn)。奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和穩(wěn)定裕量。了解系統(tǒng)頻率性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系。明確為什么要用系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性去分析閉環(huán)系數(shù)的性能?為什么能從系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率響應(yīng)去分析系統(tǒng)的暫態(tài)時(shí)域響應(yīng)?了解開(kāi)環(huán)頻率特性和閉環(huán)頻率特性之間的解析關(guān)系，運(yùn)用伯德圖、奈奎斯特圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。掌握系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，相角裕度和幅值裕角。第六章線性反饋系統(tǒng)的校正校正問(wèn)題的提出，校正的基本概念，串聯(lián)校正和反饋校正校正裝置的作用及其選擇依據(jù)。求校正裝置傳遞函數(shù)的方法：超前校正裝置的作用，傳遞函數(shù)及其特性；遲后---超前校正的作用，傳遞函數(shù)及其特性。頻率法在校正中的應(yīng)用。了解校正的概念，運(yùn)用頻率法用于串聯(lián)超前校正，串聯(lián)遲后校正及串聯(lián)遲后---超前校正，頻率法用于反饋校正。第七章非線性系統(tǒng)分析非線性系統(tǒng)的普遍性與必要性，典型非線性特性的描述函數(shù)及平面法的基本概念。繪制相平面的方法非線性系統(tǒng)的基本概念及基本分析方法：描述函數(shù)及非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析方法；相平面法及非線性系統(tǒng)的相平面分析方法。第八章采樣控制系統(tǒng)采樣系統(tǒng)的基本概念及采樣定理。采樣信號(hào)保持器——零階保持器。Z變換、Z變換的基本定理，Z反變換。重點(diǎn)掌握開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。采樣控制系統(tǒng)的校正——最少拍采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，勞斯穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用，采樣系統(tǒng)穩(wěn)定性的頻域分析方法。本課程教學(xué)的基本要求本課程需要應(yīng)用高等數(shù)學(xué)、電路的許多基礎(chǔ)知識(shí)，在學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)打好這方面的基礎(chǔ)。通過(guò)結(jié)合使用實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及MATLAB控制系統(tǒng)工具箱做實(shí)物實(shí)驗(yàn)及仿真實(shí)驗(yàn)，鞏固所學(xué)知識(shí)。本課程與其它課程的聯(lián)系本課程的先修課程：高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、電路、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)等。后續(xù)課程有：現(xiàn)代控制理論、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)、智能控制等。在教學(xué)過(guò)程中要注意課程間的配合銜接，前后呼應(yīng)。后續(xù)課鞏固，加深先行課，但要避免不必要的、簡(jiǎn)單的重復(fù)。五、學(xué)時(shí)分配章節(jié)講課學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)第一章2第二章8第三章102第四章8第五章103第六章83第七章8第八章6合計(jì)608六、建議教材及教學(xué)參考書(shū)教材：《自動(dòng)控制理論》（第4版）夏德鈐，翁貽方編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2014年1月參考書(shū)：《自動(dòng)控制理論》吳麒