《自動控制理論I》課程教學大綱

《自動控制理論I》課程編號：102063114課程名稱：自動控制理論I英文名稱：TheTheoryofAutomaticControlI課程性質(zhì)：必修課程總學分：4.0總學時：64（其中實驗學時：0）開課學年及學期：第二學年第二學期先修課程：工科數(shù)學分析，線性代數(shù)，復變函數(shù)與積分變換，大學物理，信號分析與處理一、課程內(nèi)容簡介《自動控制理論》是自動化和電氣工程及其自動化專業(yè)本科生的主干專業(yè)基礎課，由《自動控制理論I》和《自動控制理論II》兩部分組成。自動控制理論I的任務是使學生掌握線性定常連續(xù)時間系統(tǒng)的基本概念和知識，具有對實際物理模型建模及穩(wěn)定性分析的能力。課程內(nèi)容包括動態(tài)系統(tǒng)的微分方程、狀態(tài)空間、傳遞函數(shù)、方框圖模型以及各種模型之間的轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的相似化簡、最小多項式方法，控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)特性分析，控制系統(tǒng)的根軌跡分析和校正方法，控制系統(tǒng)的頻域分析和校正，控制系統(tǒng)的可控性、可觀測性分析、狀態(tài)空間的分解以及基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋等狀態(tài)空間分析和設計方法。二、課程目標能夠運用工程思維方法，在工程應用中建立控制系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)學模型。能夠運用控制理論知識和分析方法分析系統(tǒng)的動態(tài)特性以及穩(wěn)定性。能夠針對實際工程問題，設計控制系統(tǒng)并確定控制器參數(shù)。能夠使用仿真工具matlab等軟件對系統(tǒng)模型進行仿真，驗證模型以及設計參數(shù)的有效性。能夠針對復雜工程問題與控制領域內(nèi)的專業(yè)人士進行英文交流，能夠閱讀和撰寫專業(yè)論文和報告。三、課程目標與畢業(yè)要求指標點對應關(guān)系畢業(yè)要求支撐畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決自動化相關(guān)的控制理論與應用、工業(yè)自動化、檢測技術(shù)、電子信息技術(shù)等領域的復雜工程問題。1.2能夠針對解決自動化相關(guān)的控制理論與應用、工業(yè)自動化、檢測技術(shù)、電子信息技術(shù)等領域中一個系統(tǒng)或者過程建立合適的數(shù)學模型和求解。課程目標11.3能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于分析自動化相關(guān)的控制理論與應用、工業(yè)自動化、檢測技術(shù)、電子信息技術(shù)等領域中的復雜工程問題。課程目標2畢業(yè)要求2：問題分析能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析自動化相關(guān)的控制理論與應用、工業(yè)自動化、檢測技術(shù)、電子信息技術(shù)等領域的復雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠運用數(shù)學、自然科學和工程基礎知識，對自動化相關(guān)的控制理論與應用、工業(yè)自動化、檢測技術(shù)、電子信息技術(shù)等領域中的復雜工程問題進行識別和表達。課程目標32.5能運用基本原理證實分析過程的正確性和合理性課程目標4畢業(yè)要求10：溝通能夠就自動化領域復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令；并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。10.3至少掌握一門外語并具有閱讀文獻、交流表達和寫作的能力。課程目標5四、課程教學內(nèi)容教學內(nèi)容學時支撐課程目標教學方法與策略第1章緒論1.自動控制發(fā)展簡史2.自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成3.反饋控制原理4.控制系統(tǒng)舉例2課程目標1課程目標5講授第2章動態(tài)系統(tǒng)建模1.動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型及其用途2.系統(tǒng)的分類3.動態(tài)系統(tǒng)的微分方程模型和狀態(tài)空間模型4.非線性系統(tǒng)的線性化5.線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型6.由傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間模型7.控制系統(tǒng)的方框圖模型8.控制系統(tǒng)的信號流圖模型8課程目標1講授,作業(yè)第3章線性定常連續(xù)時間系統(tǒng)的運動1.線性定常微分方程的解2.狀態(tài)方程的解3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求解8課程目標1講授，作業(yè)第4章控制系統(tǒng)的特性分析1.暫態(tài)響應分析2.線性定常連續(xù)時間系統(tǒng)的穩(wěn)定性3.穩(wěn)態(tài)響應分析6課程目標2講授，作業(yè)第5章根軌跡法1.根軌跡法的基本概念2.根軌跡的基本特性及繪制規(guī)則3.一些特殊情況的討論4.帶傳輸延遲的系統(tǒng)的根軌跡5.閉環(huán)零極點的分布與系統(tǒng)性能指標間的關(guān)系6課程目標2課程目標3講授，作業(yè)第6章基于根軌跡法的控制系統(tǒng)的校正1.超前校正2.滯后校正3.超前-滯后校正2課程目標3課程目標4講授，作業(yè)第7章頻率響應分析1.控制系統(tǒng)頻率響應的基本概念2.Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)3.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量4.Bode圖5.閉環(huán)頻率響應6.Nichols圖12課程目標2課程目標3課程目標4講授，作業(yè)第8章基于頻率響應的控制系統(tǒng)的校正1.串聯(lián)超前校正2.串聯(lián)滯后校正3.串聯(lián)超前-滯后校正4.PID控制器的Ziegler-Nichols參數(shù)整定規(guī)則2課程目標3講授，作業(yè)第9章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析1.狀態(tài)可控性2.狀態(tài)可觀測性3.相似變換與規(guī)范形4.狀態(tài)空間的分解5.狀態(tài)可控性和可觀測性的頻域判據(jù)10課程目標2講授，作業(yè)第10章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設計1.閉環(huán)系統(tǒng)的極點配置2.帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋3.控制系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)定性和鎮(zhèn)定器的Youla公式*4.調(diào)節(jié)器問題和內(nèi)模原理*8課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4講授，作業(yè)五、課程考核與成績評定考核方式權(quán)重%課程目標12345期末考試100總評100六、教材與參考書教材:[1]KatsuhikoOgata.FourthEdition.ModernControlEngineering[M].Prentice-HallInternational,Inc.2002.參考書及參考資料：[2]RichardC.Dorf,NinthEdition.RobertH.Bi