自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用（第2版）教案 陳慧蓉 單元1-3 自動(dòng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)- 自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)域分析法

⑥傳遞函數(shù)的兩種表現(xiàn)形式注意：在介紹兩種表示形式之前要介紹零極點(diǎn)的概念，可觀看零極點(diǎn)概念的動(dòng)畫提問(wèn)：傳遞函數(shù)一般有兩種表示方法，即零極點(diǎn)形式和典型環(huán)節(jié)形式。零極點(diǎn)形式通式為：其中，（）為零點(diǎn)，（）為極點(diǎn)。典型環(huán)節(jié)形式通式為：其中，為時(shí)間常數(shù)。注意：通常所說(shuō)的增益是典型環(huán)節(jié)形式下的增益k而不是零極點(diǎn)形式下的增益。提問(wèn)：2.3.2傳遞函數(shù)的求取1．由微分方程求傳遞函數(shù)注意：結(jié)合課前討論進(jìn)行講解2．用復(fù)阻抗法求電網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“傳遞函數(shù)測(cè)驗(yàn)”完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育1．講授微分方程建立融入“辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論，發(fā)現(xiàn)科學(xué)、認(rèn)識(shí)自我”；2．微分方程通過(guò)拉氏變換得到傳遞函數(shù)所蘊(yùn)含的“誠(chéng)信、友愛(ài)、平等的思想”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“傳遞函數(shù)測(cè)驗(yàn)”完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第14-15課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練1用MATLAB建立傳遞函數(shù)參數(shù)模型教學(xué)目標(biāo)知識(shí)熟悉MATLAB實(shí)驗(yàn)環(huán)境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。掌握MATLAB建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的命令。掌握使用MATLAB命令進(jìn)行模型相互轉(zhuǎn)化的方法。技能具有用MATLAB軟件描述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的仿真能力素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：MATLAB建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的命令；使用MATLAB命令進(jìn)行模型相互轉(zhuǎn)化難點(diǎn)：使用MATLAB命令進(jìn)行模型相互轉(zhuǎn)化教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)講授MATLAB軟件時(shí)融入“愛(ài)國(guó)精神、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練1用MATLAB建立傳遞函數(shù)參數(shù)模型1、多項(xiàng)式模型建立多項(xiàng)式模型也稱為傳遞函數(shù)模型。連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為在MATLAB中用分子、分母多項(xiàng)式用降冪系數(shù)的行向量表示為用函數(shù)tf()來(lái)建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，其命令調(diào)用格式為2、零極點(diǎn)增益模型建立零極點(diǎn)模型是傳遞函數(shù)模型的另一種表現(xiàn)形式，其表達(dá)形式如下：式中，K為零極點(diǎn)形式增益，（）為零點(diǎn)，（）為極點(diǎn)。在MATLAB中，零極點(diǎn)增益模型用[z,p,K]矢量組表示。即z=[z1,z2,…,zm]p=[p1,p2,...,pn]k=[K]用函數(shù)命令zpk()來(lái)建立系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益模型，其調(diào)用格式為g=zpk(z,p,k)注意：在編輯程序時(shí)，分子分母多項(xiàng)式可調(diào)用多項(xiàng)式乘積函數(shù)conv()建立，調(diào)用tf（）函數(shù)可建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型，再調(diào)用zpk()函數(shù)可建立系統(tǒng)零極點(diǎn)增益模型。3、模型間的相互轉(zhuǎn)化函數(shù)tf2zp()是將多項(xiàng)式模型轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)增益模型，其調(diào)用格式為[z,p,k]=tf2zp(num,den)函數(shù)zp2tf()是將零極點(diǎn)增益模型轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式模型，其調(diào)用格式為[num,den]=zp2tf(z,p,k)二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）驗(yàn)證多項(xiàng)式模型建立示例2-14、零極點(diǎn)增益模型建立示例2-15和模型間相互轉(zhuǎn)化示例2-16。（2）熟練使用各函數(shù)命令，編寫M文件，完成以下實(shí)踐內(nèi)容，并記錄結(jié)果?！緦?shí)踐1】生成下列傳遞函數(shù)的MATLAB多項(xiàng)式模型，并轉(zhuǎn)換成零極點(diǎn)增益模型。①；②【實(shí)踐2】生成下列傳遞函數(shù)的MATLAB零極點(diǎn)增益模型，并轉(zhuǎn)換成多項(xiàng)式模型。①；②（3）分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生上機(jī)實(shí)訓(xùn)完成課堂任務(wù)并將仿真結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育講授MATLAB軟件時(shí)融入“愛(ài)國(guó)精神、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第16-18課時(shí)授課課題2.3.3典型環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；2.6SIMULINK建立系統(tǒng)模型及數(shù)字仿真教學(xué)目標(biāo)知識(shí)掌握典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型；熟悉SIMULINK建立系統(tǒng)模型及數(shù)字仿真技能1．具有使用SIMULINK建立系統(tǒng)框圖模型能力；2．具有利用SIMULINK進(jìn)行數(shù)字仿真能力素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型；SIMULINK仿真難點(diǎn)：判別系統(tǒng)是由那些典型環(huán)節(jié)組成教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)講授MATLAB軟件時(shí)融入“愛(ài)國(guó)精神、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授2.3復(fù)域數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)2.3.3典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型1、比例環(huán)節(jié)2、慣性環(huán)節(jié)3、積分環(huán)節(jié)4、微分環(huán)節(jié)（1）理想微分環(huán)節(jié)（2）實(shí)際微分環(huán)節(jié)（3）比例微分環(huán)節(jié)5、振蕩環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)：在時(shí)二階系統(tǒng)為振蕩環(huán)節(jié)，在時(shí)二階系統(tǒng)為兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成6、延時(shí)環(huán)節(jié)由于在實(shí)際電路中，延遲時(shí)間很短，故為了分析計(jì)算方便，可對(duì)延遲環(huán)節(jié)做近似處理，很小，延遲環(huán)節(jié)可用一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)代替。提問(wèn)：2.6SIMULINK建立系統(tǒng)模型及數(shù)字仿真1.建立仿真模型點(diǎn)擊SimulinkLibraryBrowser的模塊庫(kù)里面需要的模塊拖untitled-Simulink的文件。然后繼續(xù)拖拽建立Simulink的數(shù)字仿真模型，如圖所示。仿真模型建立2.仿真參數(shù)的設(shè)置在untitled-Simulink的文件圖標(biāo)工具欄中選擇并點(diǎn)擊按鈕就會(huì)彈出仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，或者在模型窗口的主菜單中選擇“Simulation”菜單下的ModelConfigurationParameters命令也可彈出仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。下面主要介紹解算器（Solver）和仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出（DataImport/Export）兩個(gè)選項(xiàng)頁(yè)面的設(shè)置。解算器（Solver）選項(xiàng)頁(yè)分成“Simulationtime”和“Solveroptions”兩個(gè)區(qū)域，“Simulationtime”區(qū)域設(shè)置仿真的起始和結(jié)束時(shí)間，“Solveroptions”區(qū)域選擇解算器類型和解算器算法。如圖所示。解算器設(shè)置界面仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出（DataImport/Export）選項(xiàng)頁(yè)主要是用來(lái)設(shè)置Simulink仿真模型與MATLAB工作空間Workspace之間交換數(shù)據(jù)的有關(guān)選項(xiàng)?！癓oadfromworkspace”選項(xiàng)組可以將MATLAB工作空間已存的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Simulink模型的“輸入模塊（In）”中；“Savetoworkspaceorfile”選項(xiàng)組可以將仿真結(jié)果數(shù)據(jù)保存到MATLAB工作空間中。Time選項(xiàng)：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的仿真運(yùn)行時(shí)間變量名；States選項(xiàng)：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的狀態(tài)變量名；Output選項(xiàng)：用于設(shè)置保存于MATLAB工作空間中的輸出數(shù)據(jù)變量名；Format選項(xiàng)：用于設(shè)置數(shù)據(jù)保存格式，數(shù)組(Array)、結(jié)構(gòu)體(Structure)、帶時(shí)間的構(gòu)架(StructureWithTime)等。如圖所示。仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)置界面3.Simulink模型仿真打開(kāi)已建立的結(jié)構(gòu)圖模型“untitled-Simulink”，點(diǎn)擊工具欄“Run”命令按鈕，如圖所示。Simulink模型仿真界面仿真結(jié)果示波器（Scope）顯示雙擊“Scope”模塊，就會(huì)顯示仿真結(jié)果，仿真結(jié)果如圖所示。可以通過(guò)工具欄中改變仿真結(jié)果顯示時(shí)間，也可以通過(guò)“Simulationtime”區(qū)域設(shè)置仿真的起始和結(jié)束時(shí)間。Simulink模型仿真結(jié)果仿真結(jié)果返回到MATLAB命令窗口在建立的模型新加入“Simout”模塊（雙擊該模塊可以重新命名），并將其與輸出端進(jìn)行連接，點(diǎn)擊工具欄“Run”命令按鈕，如圖所示。回到Matlab工作界面，在命令窗口鍵入“plot（simout）”命令，后按<enter>鍵就會(huì)得到我們所需要的圖形。如圖所示。simout模塊模塊仿真結(jié)果返回到MATLAB命令窗口可以通過(guò)對(duì)圖中的Figure窗口進(jìn)行編輯，改變圖形的字體、線條、縱橫坐標(biāo)以及對(duì)某一時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)記等。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型測(cè)驗(yàn)”完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成上機(jī)實(shí)訓(xùn)任務(wù)使用運(yùn)算放大器、電阻、電容等分立元件構(gòu)成各種典型環(huán)節(jié)的模擬電路，如下所示：1、比列環(huán)節(jié)電路參數(shù)為：2、積分環(huán)節(jié)電路參數(shù)為：3、慣性環(huán)節(jié)電路參數(shù)為：4、比列積分（PI）電路參數(shù)為：5、比列微分（PD）電路參數(shù)為：要求：分析各典型環(huán)節(jié)的模擬電路，建立它們的數(shù)學(xué)模型；使用simulink軟件仿真出各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)；并將仿真數(shù)據(jù)上傳課程平臺(tái)說(shuō)明：使用simulink軟件仿真出各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)將于下節(jié)課實(shí)訓(xùn)的示波器實(shí)測(cè)進(jìn)行比較四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育講授MATLAB軟件時(shí)融入“愛(ài)國(guó)精神、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“傳遞函數(shù)測(cè)驗(yàn)”完成各典型環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)仿真數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第19-20課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練2控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬與測(cè)試教學(xué)目標(biāo)知識(shí)掌握控制系統(tǒng)中各典型環(huán)節(jié)的電路模擬掌握各典型環(huán)節(jié)特征參數(shù)的測(cè)量方法技能具有運(yùn)用模擬電子組件構(gòu)造控制系統(tǒng)能力具有根據(jù)階躍響應(yīng)曲線建立其傳遞函數(shù)的能力素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電路搭建與分析難點(diǎn)：電路搭建與分析教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練2控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬與測(cè)試（1）使用運(yùn)算放大器、電阻、電容等分立元件構(gòu)成各種典型環(huán)節(jié)的模擬電路，利用復(fù)阻抗法求出各典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。參考如表所示。說(shuō)明：由于運(yùn)算放大器均采用反相端輸入，為了使輸出響應(yīng)曲線更直觀，便于分析，輸出響應(yīng)曲線應(yīng)該為正，故在模擬電路中加了反相器。表-1各典型環(huán)節(jié)模擬電路及相應(yīng)傳遞函數(shù)名稱模擬電路圖傳遞函數(shù)比例（P）積分（I）比例積分（PI），比例微分（PD），，慣性環(huán)節(jié)（T），（2）搭建電路，測(cè)試各典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號(hào)作用下的輸出響應(yīng)。（3）改變各典型環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，觀測(cè)對(duì)輸出響應(yīng)的影響。二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）分析各典型環(huán)節(jié)的模擬電路，根據(jù)電路參數(shù)，確定各典型環(huán)節(jié)特征參數(shù)，并建立它們的數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)。（2）搭建各典型環(huán)節(jié)模擬電路，當(dāng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，用示波器觀測(cè)輸出端的實(shí)際響應(yīng)曲線Uo(t)，改變比例參數(shù)，重新觀測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果記錄到表2中。（3）總結(jié)各環(huán)節(jié)的特性，能夠由典型環(huán)節(jié)構(gòu)造復(fù)合控制系統(tǒng)。（4）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。表2典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)及其特征參數(shù)數(shù)據(jù)記錄表典型環(huán)節(jié)電路參數(shù)特征參數(shù)傳遞函數(shù)階躍響應(yīng)曲線（MATLAB）階躍響應(yīng)曲線（實(shí)測(cè)）比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)比例微分環(huán)節(jié)說(shuō)明：仿真的單位階躍響應(yīng)曲線已經(jīng)在上次課完成，將其與本次課示波器實(shí)測(cè)進(jìn)行比較，并說(shuō)明原因。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第21-23課時(shí)授課課題2.4控制系統(tǒng)的方框圖教學(xué)目標(biāo)知識(shí)熟悉方框圖的組成掌握串聯(lián)、并聯(lián)、反饋三種基本連接方式的等效。掌握引出點(diǎn)和分支點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)則。掌握梅遜公式的應(yīng)用理解反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)。技能1．具有控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與簡(jiǎn)化處理能力；2．具有應(yīng)用梅遜公式解決問(wèn)題的能力；素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：前向通道、回路及不接觸回路概念；三種基本連接方式的簡(jiǎn)化；梅遜公式應(yīng)用難點(diǎn)：梅遜公式應(yīng)用教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)引出點(diǎn)與比較點(diǎn)移動(dòng)解除交叉，移動(dòng)時(shí)不能改變系統(tǒng)內(nèi)在本質(zhì)所蘊(yùn)含的“不能忘本的愛(ài)國(guó)主義精神”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授2.4控制系統(tǒng)的方框圖2.4.1方框圖的組成與建立1、方框圖的組成控制系統(tǒng)方框圖一般由四種基本符號(hào)構(gòu)成2、方框圖的建立舉例：以RLC電路為例說(shuō)明，簡(jiǎn)單介紹，學(xué)生了解方框圖建立過(guò)程2.4.2有關(guān)方框圖的幾個(gè)概念（重點(diǎn)介紹）前向通路：沿信號(hào)傳遞方向，即箭頭指向，從系統(tǒng)的輸入端到輸出端的信號(hào)通路，稱為前向通路回路：若通路的終點(diǎn)就是始點(diǎn)，且通路中各點(diǎn)要過(guò)只經(jīng)過(guò)一次不接觸回路：回路中沒(méi)有公共部分稱為互不接觸回路提醒：多舉例多提問(wèn)以便學(xué)生重點(diǎn)掌握這幾個(gè)概念2.4.3方框圖的等效變換與簡(jiǎn)化方框圖有三種基本連接方式，分別為串聯(lián)、并聯(lián)、反饋。1、串聯(lián)2、并聯(lián)3、反饋提問(wèn)：等效傳遞函數(shù)是，為什么這用閉環(huán)傳遞函數(shù)G(s)為前向通道傳遞函數(shù)；H(s)為反饋通道傳遞函數(shù)，H(s)=1稱為單位反饋；注意：區(qū)別開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)強(qiáng)調(diào)：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)而言，是假設(shè)反饋斷開(kāi)舉例：引出點(diǎn)和比較點(diǎn)的移動(dòng)說(shuō)明為什么要進(jìn)行移動(dòng)：移動(dòng)必須滿足下面的兩條原則：（1）移動(dòng)前后前向通道的傳遞函數(shù)必須保持不變。（2）移動(dòng)前后回路的傳遞函數(shù)也要保持不變。注意：移動(dòng)時(shí)，在滿足上述兩條原則的基礎(chǔ)上，還要注意不能改變?cè)到y(tǒng)的性質(zhì)，注意：這部分內(nèi)容是難點(diǎn)，但不作為重點(diǎn)介紹，引出可利用梅遜公式無(wú)須做上述等效變換，便可求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，故在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。2.4.4梅遜公式（1）為特征式為前向通道的個(gè)數(shù)；為第條前向通道傳遞函數(shù)；為相應(yīng)的余因子式。強(qiáng)調(diào)：應(yīng)用梅遜公式的步驟和方法舉例說(shuō)明如何利用梅遜求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)2.5反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)2.5.1系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)2.5.2系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“框圖簡(jiǎn)化在線作業(yè)”完成“梅遜公式應(yīng)用在線作業(yè)”完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育引出點(diǎn)與比較點(diǎn)移動(dòng)解除交叉，移動(dòng)時(shí)不能改變系統(tǒng)內(nèi)在本質(zhì)所蘊(yùn)含的“不能忘本的愛(ài)國(guó)主義精神”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“框圖簡(jiǎn)化在線作業(yè)”完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“梅遜公式應(yīng)用在線作業(yè)”完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第24-25課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練3基于MATLAB的模型等效變換與簡(jiǎn)化教學(xué)目標(biāo)知識(shí)熟悉MATLAB實(shí)驗(yàn)環(huán)境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。掌握MATLAB建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的命令。掌握使用MATLAB命令化簡(jiǎn)模型基本連接的方法。技能具有運(yùn)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型等效變換與簡(jiǎn)化的能力素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：三種基本連接方式的模型等效難點(diǎn)：同上教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練3基于MATLAB的模型等效變換與簡(jiǎn)化（1）串聯(lián)連接模型等效在MATLAB中，可使用series()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。注意：series()函數(shù)只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模型的串聯(lián)，如果串聯(lián)模型多于兩個(gè)，則必須多次調(diào)用。（2）并聯(lián)連接模型等效在MATLAB中，可使用parallel()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。注意：parallel()函數(shù)只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模型的并聯(lián)，如果并聯(lián)模型多于兩個(gè)，則必須多次調(diào)用。（3）反饋連接模型等效在MATLAB中，可使用feedback()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。特殊地，若系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，即G2=1,可使用cloop()函數(shù)求得。其調(diào)用格式為[num,den]=cloop(num1,den1,sign)同樣，sign是反饋極性，sign缺省時(shí)默認(rèn)為負(fù)反饋，sign=－1；正反饋時(shí)，sign=1。（4）梅遜公式計(jì)算系統(tǒng)傳遞函數(shù)二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）熟練使用各函數(shù)命令，編寫M文件，完成以下實(shí)踐內(nèi)容，并記錄結(jié)果?！緦?shí)踐1】已知系統(tǒng)，求它的單位負(fù)反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)?！緦?shí)踐2】已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，求其閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)。【實(shí)踐3】已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，用模型等效和梅遜公式兩種方法求其閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（3）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第26-28課時(shí)授課課題3.1系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與性能指標(biāo)，3.2一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)理解控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)掌握控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)掌握一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)求取技能能夠利用時(shí)域分析法進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)綜合的能力素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：控制系統(tǒng)性能指標(biāo)，一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)求取難點(diǎn)：同上教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)由系統(tǒng)性能指標(biāo)關(guān)系融入“辯證唯物主義矛盾觀”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授引入環(huán)節(jié)：時(shí)域分析法是解析法，是一種直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，具有直觀準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，并且可以提供系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的全部信息。3.1系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與性能指標(biāo)3.1.1控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)1、動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)也稱為暫態(tài)響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。2、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)說(shuō)明：系統(tǒng)響應(yīng)是由動(dòng)態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成，對(duì)應(yīng)地，系統(tǒng)性能是由動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能兩部分組成。3.1.2控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)1、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（重點(diǎn)介紹）（1）延遲時(shí)間td（2）上升時(shí)間tr（3）峰值時(shí)間tp（4）調(diào)節(jié)時(shí)間ts（5）超調(diào)量：2、穩(wěn)態(tài)性能：穩(wěn)態(tài)誤差提醒：一般以最大超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)響應(yīng)的平穩(wěn)性、快速性和穩(wěn)態(tài)精度。3.2一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析3.2.1一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一階系統(tǒng)的微分方程為閉環(huán)傳遞函數(shù)為式中T為時(shí)間常數(shù)注意：時(shí)間常數(shù)T是表征一階系統(tǒng)特征的唯一參數(shù)。3.2.2一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1、一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)注意：實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T2、一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)提問(wèn)：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有哪些？如何定義？根據(jù)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的定義，一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為上升時(shí)間：=2.20T調(diào)節(jié)時(shí)間：=3T（=5%）或=4T（=2%）系統(tǒng)響應(yīng)沒(méi)有振蕩，也就沒(méi)有超調(diào)，故峰值時(shí)間和超調(diào)量都不存在。說(shuō)明：一階系統(tǒng)性能主要由時(shí)間常數(shù)T確定。時(shí)間常數(shù)T反映系統(tǒng)的慣性，所以一階系統(tǒng)的慣性越小，其響應(yīng)過(guò)程越快；反之，慣性越大，響應(yīng)越慢。舉例：介紹如何進(jìn)行一階系統(tǒng)性能指標(biāo)計(jì)算三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能”測(cè)驗(yàn)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育由系統(tǒng)性能指標(biāo)關(guān)系融入“辯證唯物主義矛盾觀”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能”測(cè)驗(yàn)完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第29-30課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練4基于MATLAB的控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)學(xué)會(huì)使用MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線學(xué)會(huì)使用MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的任意激勵(lì)輸入下的響應(yīng)曲線掌握準(zhǔn)確讀取動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的方法技能能夠利用MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真與分析素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線及讀取動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的方法難點(diǎn)：同上教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練4基于MATLAB的控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)分析（1）單位階躍響應(yīng)曲線繪制step()函數(shù)可以計(jì)算連續(xù)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，其調(diào)用格式為①step(num,den)orstep(sys)——作出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，時(shí)間自動(dòng)給定。對(duì)象sys可以是tf()，zpk()函數(shù)中任何一個(gè)建立的系統(tǒng)模型。②step(num,den,t)——作出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，時(shí)間人工給定。（2）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的讀取方法1：根據(jù)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的定義，用鼠標(biāo)在單位階躍響應(yīng)曲線上單擊相應(yīng)的點(diǎn)，讀出該點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而得到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。方法2：在單位階躍響應(yīng)曲線圖中，利用快捷菜單中的命令，可以在曲線對(duì)應(yīng)位置自動(dòng)顯示動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)值。注意：方法1存在一定的誤差，若要從圖中準(zhǔn)確讀出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，可采用方法2。（3）觀察系統(tǒng)在任意輸入激勵(lì)下的響應(yīng)在MATLAB中，函數(shù)lsim()可以求出系統(tǒng)的任意輸入激勵(lì)的響應(yīng)。常用格式為lsim(sys,u,t)函數(shù)中的u是輸入激勵(lì)，是向量，t也必須是向量，且維數(shù)與u的維數(shù)相同。對(duì)象sys可以是tf()，zpk()函數(shù)中任何一個(gè)建立的系統(tǒng)模型。二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）熟練使用各函數(shù)命令，編寫M文件，完成以下實(shí)踐內(nèi)容，并記錄結(jié)果?！緦?shí)踐1】已知系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，試?yán)L制其在5

s內(nèi)的單位階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)?！緦?shí)踐2】已知系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，試?yán)L制單位負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，并測(cè)出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。【實(shí)踐3】當(dāng)輸入為，試?yán)L制實(shí)踐2所示系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。（2）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第31-33課時(shí)授課課題3.3二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析；3.4高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)理解二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及單位階躍響應(yīng)掌握欠阻尼二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析了解二階系統(tǒng)性能改善技能能熟練進(jìn)行二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析；能根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)分析系統(tǒng)。培養(yǎng)動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)會(huì)系統(tǒng)性能分析方法素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：欠阻尼二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析難點(diǎn)：同上教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)由系統(tǒng)性能指標(biāo)關(guān)系融入“辯證唯物主義矛盾觀”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授3.3二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析3.3.1二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型注意：阻尼比和無(wú)阻尼自然振蕩頻率為表征二階系統(tǒng)特性的兩個(gè)參數(shù)，在不同的物理系統(tǒng)中，、所代表的物理意義是不同的.提醒：對(duì)于不同的值，二階系統(tǒng)特征根和的性質(zhì)是不同的，即特征根、在復(fù)平面上分布位置是不同的，相應(yīng)地單位階躍響應(yīng)的形式也不同。3.3.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)注意：不同ζ值，特征根分布也不同，得到的響應(yīng)曲線也不同，分情況討論1、過(guò)阻尼（）情況2、臨界阻尼（）情況注意：系統(tǒng)響應(yīng)速度比過(guò)阻尼情況要快3、欠阻尼（）情況（重點(diǎn)介紹）此時(shí)系統(tǒng)特征根（閉環(huán)極點(diǎn)）為一對(duì)具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)數(shù)根4．無(wú)阻尼（）情況提醒：無(wú)阻尼系統(tǒng)二階系統(tǒng)屬于不穩(wěn)定的系統(tǒng)提醒：二階控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般取=0.4～0.8為宜，此時(shí)其超調(diào)量適度，調(diào)節(jié)時(shí)間較短注意：=0.707時(shí)的阻尼比為最佳阻尼比，相應(yīng)系統(tǒng)稱為二階最佳。3.3.3欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（重點(diǎn)介紹）提醒：超調(diào)量?jī)H是阻尼比的函數(shù)，而與無(wú)阻尼自然振蕩頻率無(wú)關(guān)說(shuō)明：阻尼比越大，超調(diào)量越小，系統(tǒng)平穩(wěn)性越好。舉例：3.3.4二階系統(tǒng)性能的改善3.4高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析高階系統(tǒng)其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的確定是比較復(fù)雜的。工程上常采用閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子的概念對(duì)高階系統(tǒng)進(jìn)行近似分析，或直接采用MATLAB軟件進(jìn)行高階系統(tǒng)分析。注意：觀看主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子動(dòng)畫并加以實(shí)例說(shuō)明如何將高階近似為低階來(lái)進(jìn)行分析注意：（1）利用主導(dǎo)極點(diǎn)概念進(jìn)行近似分析時(shí)，只能分析動(dòng)態(tài)性能；（2）引入主導(dǎo)極點(diǎn)概念，可近似將高階轉(zhuǎn)化為低階處理，注意忽略的只是非主導(dǎo)極點(diǎn)的時(shí)間常數(shù)表示式，而不是零極點(diǎn)的表示形式，否則，將對(duì)系統(tǒng)的增益造成影響三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及單位階躍響應(yīng)”測(cè)驗(yàn)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育由系統(tǒng)性能指標(biāo)關(guān)系融入“辯證唯物主義矛盾觀”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及單位階躍響應(yīng)”測(cè)驗(yàn)完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“欠阻尼二階系統(tǒng)性能”在線作業(yè)完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第34-35課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練5典型二階系統(tǒng)模擬電路及性能分析測(cè)試教學(xué)目標(biāo)知識(shí)研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比和無(wú)阻尼自然振蕩頻率ωn對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響，定量分析和ωn與超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間ts之間的關(guān)系；掌握利用MATLAB軟件分析二階系統(tǒng)性能，并分析不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；學(xué)會(huì)根據(jù)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線判斷控制系統(tǒng)的阻尼狀態(tài)技能培養(yǎng)動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)會(huì)系統(tǒng)性能分析方法素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電路搭建與分析難點(diǎn)：電路搭建與分析教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練5典型二階系統(tǒng)模擬電路及性能分析測(cè)試（1）由典型環(huán)節(jié)構(gòu)造二階系統(tǒng)模擬電路分析模擬電路圖中各個(gè)運(yùn)算放大器的功能，根據(jù)所掌握的數(shù)學(xué)模型建立方法，建立二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。圖中，，（2）搭建電路，測(cè)試在單位階躍信號(hào)作用下的輸出響應(yīng)。（3）研究阻尼比的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）分析模擬電路圖中各個(gè)運(yùn)算放大器的功能，根據(jù)所掌握的數(shù)學(xué)模型建立方法，建立二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（2）取R值分別等于100

K、40

K、20

K和10

K，利用MATLAB軟件進(jìn)行二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能仿真分析，繪制出階躍響應(yīng)曲線，測(cè)出并記錄超調(diào)量，上升時(shí)間峰值時(shí)間和調(diào)整時(shí)間ts等參數(shù)填入表3-1中。（3）搭建二階系統(tǒng)模擬電路，通過(guò)改變二階系統(tǒng)電路圖中電位器R阻值變化，使R分別等于100

K、40

K、20

K和10

K，用示波器分別觀測(cè)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)波形，并將結(jié)果記錄到表3-1中。（4）根據(jù)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，討論最佳二階系統(tǒng)的條件。（5）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。表3-1二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)記錄表參數(shù)項(xiàng)目R(k)

n(1/s)

%tp(s)tr(s)ts(s)階躍響應(yīng)曲線測(cè)量仿真測(cè)量仿真測(cè)量仿真測(cè)量仿真0<

<1欠阻尼響應(yīng)1020

=1臨界阻尼響應(yīng)40——

>1過(guò)阻尼響應(yīng)100——說(shuō)明：仿真部分已經(jīng)在上次實(shí)訓(xùn)課完成，將其與本次課示波器實(shí)測(cè)進(jìn)行比較，并說(shuō)明原因。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第36-38課時(shí)授課課題3.5線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)了解穩(wěn)定的基本概念掌握穩(wěn)定的充要條件掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)技能能夠利用穩(wěn)定充要條件和勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：穩(wěn)定充要條件，勞斯穩(wěn)定判據(jù)難點(diǎn)：勞斯穩(wěn)定判據(jù)教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)1.穩(wěn)定性是系統(tǒng)的首要性能，映射出國(guó)家社會(huì)穩(wěn)定才能進(jìn)行五個(gè)文明建設(shè)2.謝緒凱打破常規(guī)，32歲提出系統(tǒng)穩(wěn)定性的新代數(shù)判據(jù)“謝緒愷判據(jù)”，成為國(guó)際上自動(dòng)化學(xué)界首次以中國(guó)人名字命名的成果，引導(dǎo)學(xué)生要勤于思考，勇于探索，敢于創(chuàng)新。教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授3.5線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析3.5.1穩(wěn)定性的基本概念1、穩(wěn)定性定義提醒：穩(wěn)定是系統(tǒng)的一種固有特性，它只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)而與初始條件及外作用無(wú)關(guān)。2、絕對(duì)穩(wěn)定性與相對(duì)穩(wěn)定性強(qiáng)調(diào)：注意區(qū)別絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性3.5.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件說(shuō)明：線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根（也就是閉環(huán)傳遞函數(shù)的所有極點(diǎn)）均具有負(fù)實(shí)部，或者說(shuō)，均位于s平面的左半平面。3.5.3勞斯穩(wěn)定判據(jù)（重點(diǎn)介紹）提問(wèn)：如何寫出系統(tǒng)特征方程注意：在判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，首先判斷其必要條件，若不滿足必要條件，則系統(tǒng)一定不穩(wěn)定。但是，假若滿足必要條件，并不能判定系統(tǒng)穩(wěn)定，還需要進(jìn)行充分條件的判斷。強(qiáng)醒：觀察并掌握勞斯表列寫的規(guī)律舉例：說(shuō)明如何利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)醒：兩種特殊情況，如何利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性是難點(diǎn)這時(shí)將第一列系數(shù)為零的項(xiàng)，用一個(gè)很小的正數(shù)來(lái)代替這個(gè)零，使勞斯陣列表繼續(xù)運(yùn)算下去。舉例：說(shuō)明第一種特殊情況下，如何利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性【實(shí)例】設(shè)系統(tǒng)特征方程為，試用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。強(qiáng)醒：若勞斯陣列表中某一行（設(shè)為第k行）的所有系數(shù)均為零，則說(shuō)明特征方程中存在一些絕對(duì)值相同但符號(hào)相異的特征根。例如兩個(gè)互為相反數(shù)的實(shí)根和（或）一對(duì)共軛純虛根。處理方法：a．利用第k-1行（全零行的上一行）的系數(shù)構(gòu)成輔助多項(xiàng)式A(s)；b．將構(gòu)造的輔助多項(xiàng)式A(s)求取對(duì)s的導(dǎo)數(shù)，并用求導(dǎo)后的系數(shù)代替第k行的系數(shù)；c．繼續(xù)計(jì)算勞斯陣列表；d．令輔助多項(xiàng)式A（s）=0可求得所有絕對(duì)值相同但符號(hào)相異的根（屬于驗(yàn)證，列勞斯表不需要此步驟）。舉例：說(shuō)明第一種特殊情況下，如何利用勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性【實(shí)例】設(shè)系統(tǒng)特征方程為，試用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“穩(wěn)定性分析”測(cè)驗(yàn)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育穩(wěn)定性是系統(tǒng)的首要性能，映射出國(guó)家社會(huì)穩(wěn)定才能進(jìn)行五個(gè)文明建設(shè)；謝緒凱打破常規(guī)，32歲提出系統(tǒng)穩(wěn)定性的新代數(shù)判據(jù)“謝緒愷判據(jù)”，成為國(guó)際上自動(dòng)化學(xué)界首次以中國(guó)人名字命名的成果，引導(dǎo)學(xué)生要勤于思考，勇于探索，敢于創(chuàng)新。（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“穩(wěn)定性分析”測(cè)驗(yàn)完成智慧職教MOOC平臺(tái)中“勞斯穩(wěn)定判據(jù)能”在線作業(yè)完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第39-40課時(shí)授課課題技能訓(xùn)練6三階控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，總結(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件；研究系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)參數(shù)（開(kāi)環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)）與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，并加深理解系統(tǒng)的穩(wěn)定性只取決于系統(tǒng)特征根（閉環(huán)極點(diǎn)），而與系統(tǒng)的零點(diǎn)無(wú)關(guān)；掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用技能能運(yùn)用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；培養(yǎng)動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)會(huì)系統(tǒng)性能分析方法素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電路搭建與分析難點(diǎn)：電路搭建與分析教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料課中：一、介紹本次本次技能訓(xùn)練內(nèi)容技能訓(xùn)練6三階控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（1）由典型環(huán)節(jié)構(gòu)造三階控制系統(tǒng)模擬電路分析模擬電路圖中各個(gè)運(yùn)算放大器的功能，根據(jù)所掌握的數(shù)學(xué)模型建立方法，建立二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。圖。三階控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函數(shù)為（2）研究系統(tǒng)的穩(wěn)定條件與開(kāi)環(huán)增益的關(guān)系，確定系統(tǒng)穩(wěn)定的范圍可見(jiàn)，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)，可調(diào)電阻。對(duì)系統(tǒng)做單位階躍響應(yīng)，在附近調(diào)節(jié)，觀察系統(tǒng)在臨界穩(wěn)定、穩(wěn)定和不穩(wěn)定狀態(tài)，即系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩、減幅振蕩和增幅振蕩時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益的變化。（3）研究時(shí)間常數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響（4）在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益不變的情況下，研究不同時(shí)間常數(shù)的匹配，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能發(fā)生的變化二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）根據(jù)所掌握的數(shù)學(xué)模型建立方法，建立三階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（2）R值分別等于、和，利用MATLAB軟件進(jìn)行三階系統(tǒng)仿真分析，繪制出階躍響應(yīng)曲線，找出系統(tǒng)輸出產(chǎn)生等幅振蕩、減幅振蕩和增幅振蕩時(shí)相應(yīng)的R值及K值，將他們記錄在表3-4中。表3-4三階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析記錄表，，。仿真輸出曲線測(cè)試輸出波形RK減幅振蕩等幅振蕩增幅振蕩（3）搭建三階系統(tǒng)模擬電路，通過(guò)改變?nèi)A系統(tǒng)電路圖中電位器R阻值變化，使R分別等于、和，用示波器分別觀測(cè)系統(tǒng)的階躍的輸出響應(yīng)波形，找出系統(tǒng)輸出產(chǎn)生等幅振蕩、減幅振蕩和增幅振蕩時(shí)相應(yīng)的R值及K值，將他們記錄在表3-4中。（4）在情況下，將第一個(gè)慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)由0.1s變?yōu)?s，觀察系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，并記錄系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量，上升時(shí)間峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)填入表3-5中。表3-5R=100k系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)記錄表三階系統(tǒng)%trtpts階躍響應(yīng)曲線（5）根據(jù)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，討論時(shí)間常數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)性能影響。（6）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺(tái)資源學(xué)習(xí)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告四、課堂小結(jié)教師對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)融入思政教育實(shí)訓(xùn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動(dòng)交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實(shí)踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成自評(píng)互評(píng)及課堂評(píng)價(jià)課后反思第41-43課時(shí)授課課題3.5線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)了解穩(wěn)定的基本概念掌握穩(wěn)定的充要條件掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)技能能夠利用穩(wěn)定充要條件和勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：穩(wěn)定充要條件，勞斯穩(wěn)定判據(jù)難點(diǎn)：勞斯穩(wěn)定判據(jù)教學(xué)資源1.教學(xué)PPT和視頻資料2.智慧職教職教云資料3.MOOC課程《自動(dòng)控制技術(shù)》教學(xué)方法和手段講授法、討論法、案例法、練習(xí)法思政活動(dòng)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺(tái)查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺(tái)發(fā)布的視頻資料，完成討論課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行分析總結(jié)二、新課講授3.6線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析3.6.1誤差與穩(wěn)態(tài)誤差1、誤差提醒：我們所研究的是從輸入端定義2、穩(wěn)態(tài)誤差由于控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)分為給定輸入信號(hào)和擾動(dòng)輸入信號(hào)，因而系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)