《自動(dòng)控制理論I》課程教學(xué)大綱

《自動(dòng)控制理論I》課程編號(hào)：102063114課程名稱(chēng)：自動(dòng)控制理論I英文名稱(chēng)：TheTheoryofAutomaticControlI課程性質(zhì)：必修課程總學(xué)分：4.0總學(xué)時(shí)：64（其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0）開(kāi)課學(xué)年及學(xué)期：第二學(xué)年第二學(xué)期先修課程：工科數(shù)學(xué)分析，線性代數(shù)，復(fù)變函數(shù)與積分變換，大學(xué)物理，信號(hào)分析與處理一、課程內(nèi)容簡(jiǎn)介《自動(dòng)控制理論》是自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科生的主干專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，由《自動(dòng)控制理論I》和《自動(dòng)控制理論II》兩部分組成。自動(dòng)控制理論I的任務(wù)是使學(xué)生掌握線性定常連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的基本概念和知識(shí)，具有對(duì)實(shí)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(dòng)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(jiǎn)、最小多項(xiàng)式方法，控制系統(tǒng)的動(dòng)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(cè)性分析、狀態(tài)空間的分解以及基于狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋等狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì)方法。二、課程目標(biāo)能夠運(yùn)用工程思維方法，在工程應(yīng)用中建立控制系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。能夠運(yùn)用控制理論知識(shí)和分析方法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以及穩(wěn)定性。能夠針對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證模型以及設(shè)計(jì)參數(shù)的有效性。能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題與控制領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行英文交流，能夠閱讀和撰寫(xiě)專(zhuān)業(yè)論文和報(bào)告。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：工程知識(shí)能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于解決自動(dòng)化相關(guān)的控制理論與應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題。1.2能夠針對(duì)解決自動(dòng)化相關(guān)的控制理論與應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域中一個(gè)系統(tǒng)或者過(guò)程建立合適的數(shù)學(xué)模型和求解。課程目標(biāo)11.3能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于分析自動(dòng)化相關(guān)的控制理論與應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題。課程目標(biāo)2畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析自動(dòng)化相關(guān)的控制理論與應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)自動(dòng)化相關(guān)的控制理論與應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)、電子信息技術(shù)等領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別和表達(dá)。課程目標(biāo)32.5能運(yùn)用基本原理證實(shí)分析過(guò)程的正確性和合理性課程目標(biāo)4畢業(yè)要求10：溝通能夠就自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫(xiě)報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令；并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.3至少掌握一門(mén)外語(yǔ)并具有閱讀文獻(xiàn)、交流表達(dá)和寫(xiě)作的能力。課程目標(biāo)5四、課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)支撐課程目標(biāo)教學(xué)方法與策略第1章緒論1.自動(dòng)控制發(fā)展簡(jiǎn)史2.自動(dòng)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(biāo)1課程目標(biāo)5講授第2章動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模1.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其用途2.系統(tǒng)的分類(lèi)3.動(dòng)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(hào)流圖模型8課程目標(biāo)1講授,作業(yè)第3章線性定常連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(biāo)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(yīng)分析2.線性定常連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性3.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析6課程目標(biāo)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(diǎn)的分布與系統(tǒng)性能指標(biāo)間的關(guān)系6課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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(biāo)3課程目標(biāo)4講授，作業(yè)第7章頻率響應(yīng)分析1.控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)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(yīng)6.Nichols圖12課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4講授，作業(yè)第8章基于頻率響應(yīng)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(biāo)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(cè)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(cè)性的頻域判據(jù)10課程目標(biāo)2講授，作業(yè)第10章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)1.閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置2.帶狀態(tài)觀測(cè)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(wèn)題和內(nèi)模原理*8課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4講授，作業(yè)五、課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式權(quán)重%課程目標(biāo)12345期末考試100總評(píng)100六、教材與參考書(shū)教材:[1]KatsuhikoOgata.FourthEdition.ModernControlEngineering[M].Prentice-HallInternational,Inc.2002.參考書(shū)及參考資料：[2]RichardC.Dorf,NinthEdition.RobertH.Bi