自動控制技術(shù)及應(yīng)用（第2版）教案 陳慧蓉 單元4、5 自動控制系統(tǒng)頻域分析法、線性系統(tǒng)的校正與設(shè)計

-14-教案學(xué)年第二學(xué)期開課學(xué)院電氣與自動化學(xué)院教研室(課程組)電氣自動化技術(shù)課程名稱自動控制技術(shù)授課對象主講教師職稱二○二四年三月第46-48課時授課課題4.1頻率特性基本概念教學(xué)目標知識掌握頻率特性定義及頻率特性與傳函關(guān)系理解頻率特性的表示方法技能能夠利用頻域分析法進行系統(tǒng)性能分析能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標進行系統(tǒng)綜合的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：頻率特性定義及頻率特性與傳函關(guān)系，頻率特性表示方法難點：頻率特性表示方法教學(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1．頻率特性與傳函關(guān)系、頻率特性數(shù)學(xué)表示與圖形表示所蘊含的“誠信、友愛、平等思想”；2．奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)相關(guān)知識，完成討論“正弦量三要素”及“正弦量相量表示”預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.1頻率特性基本概念4.1.1頻率特性定義（重點介紹）以RC電路來說明說明：在系統(tǒng)的輸入端加上一正弦信號，其穩(wěn)態(tài)輸出響應(yīng)也是一個正弦信號，頻率與輸入信號頻率相同，但幅值和相角發(fā)生變化，且變化取決于輸入信號的頻率。提醒：為幅頻特性，是穩(wěn)態(tài)輸出與輸入的幅值之比；為相頻特性，是穩(wěn)態(tài)輸出與輸入之間的相角差4.1.2頻率特性與傳遞函數(shù)關(guān)系頻率特性和傳遞函數(shù)都是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，傳遞函數(shù)是復(fù)數(shù)域中的數(shù)學(xué)模型，頻率特性是頻域中的數(shù)學(xué)模型，頻率特性是傳遞函數(shù)的一種特殊情形。4.1.3頻率特性的數(shù)學(xué)表示法（重點介紹）注意：數(shù)學(xué)表示方法學(xué)生不容易掌握所以需要從基本的復(fù)數(shù)表示講解提問：3+4j,3-4j,-3+4j,-3-4j的數(shù)學(xué)表示4.1.4頻率特性的圖形表示法1、幅相頻率特性曲線RC網(wǎng)絡(luò)的幅相頻率特性曲線來說明。注意：（1）極坐標圖上要標箭頭，箭頭為ω增大方向；（2）由于ω從0→+∞和ω從—∞→0的幅相曲線關(guān)于實軸對稱，因此一般只繪制ω從0→+∞的幅相曲線。2、對數(shù)頻率特性曲線RC網(wǎng)絡(luò)的對數(shù)頻率特性曲線來說明。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“頻率特性基本概念”測驗完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育1．頻率特性與傳函關(guān)系、頻率特性數(shù)學(xué)表示與圖形表示所蘊含的“誠信、友愛、平等思想”；2．奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“頻率特性基本概念”測驗完成自評互評及課堂評價課后反思第49-50課時授課課題4.2典型環(huán)節(jié)頻率特性教學(xué)目標知識理解各典型環(huán)節(jié)頻率特性曲線繪制技能能夠利用頻域分析法進行系統(tǒng)性能分析能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標進行系統(tǒng)綜合的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：典型環(huán)節(jié)頻率特性曲線繪制難點：振蕩環(huán)節(jié)頻率特性曲線繪制教學(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)法思政活動奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)相關(guān)知識預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.2典型環(huán)節(jié)頻率特性注意：講解時以提問帶復(fù)習(xí)的形式4.2.1比例環(huán)節(jié)頻率特性4.2.2積分環(huán)節(jié)頻率特性4.2.3積分環(huán)節(jié)頻率特性4.2.4慣性環(huán)節(jié)的頻率特性說明：兩漸近線交點的頻率為，它稱為慣性環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率或交接頻率。注意：轉(zhuǎn)折頻率概念的理解4.2.5比例微分環(huán)節(jié)的頻率特性說明：比例微分環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率（交接頻率）為4.2.6振蕩環(huán)節(jié)的頻率特性提醒：學(xué)生不容易理解和掌握其相頻特性，講解時要說明為啥是分段函數(shù)說明：為兩條漸近線的交點，稱為振蕩環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率（交接頻率）4.2.7延遲環(huán)節(jié)的頻率特性三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“典型環(huán)節(jié)頻率特性”測驗完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“典型環(huán)節(jié)頻率特性”測驗完成自評互評及課堂評價課后反思第51-53課時授課課題4.3開環(huán)幅相頻率特性曲線繪制，4.4開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制教學(xué)目標知識理解開環(huán)幅相頻率特性曲線繪制步驟；掌握開環(huán)幅相頻率特性曲線規(guī)律了解疊加法繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線掌握直接法繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線技能能夠根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線判別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型，進行系統(tǒng)性能分析素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：開環(huán)幅相頻率特性曲線規(guī)律，直接法繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線難點：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)法思政活動奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)相關(guān)知識，完成討論“如何判別系統(tǒng)是由哪些典型環(huán)節(jié)組成”預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.3開環(huán)幅相頻率特性曲線繪制提問：系統(tǒng)開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)之間的關(guān)系舉例：以實例來說明開環(huán)幅相頻率特性曲線如何繪制?？偨Y(jié)規(guī)律：提問：給出系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性曲線求系統(tǒng)單位階躍輸入作用下穩(wěn)態(tài)誤差4.4開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制4.4.1疊加法繪制注意：如果系統(tǒng)由n個典型環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，則其對數(shù)幅相頻率特性曲線可由對應(yīng)的n個典型環(huán)節(jié)對數(shù)幅相頻率特性曲線疊加而得到。舉例：以實例來說明如何利用疊加法進行開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制。提醒：關(guān)注A點和B點4.4.2直接法繪制（重點介紹）以實例來說明如何利用直接法進行開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制。【實例】已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，繪制其開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性曲線。注意：對數(shù)幅頻特性曲線可采用簡便方法直接繪制，而對數(shù)相頻特性曲線只能采用疊加法繪制。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線繪制”在線作業(yè)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線繪制”在線作業(yè)完成自評互評及課堂評價課后反思第54-55課時授課課題4.4開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制教學(xué)目標知識掌握直接法繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線理解最小相位系統(tǒng)概念掌握傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定技能能夠根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線判別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型，進行系統(tǒng)性能分析能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標進行系統(tǒng)綜合的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：最小相位系統(tǒng)概念，傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定難點：傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定教學(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)法思政活動奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資料并布置相關(guān)任務(wù)二、學(xué)生在智慧職教平臺查閱課前任務(wù)并完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)相關(guān)知識，完成討論“如何判別系統(tǒng)是由哪些典型環(huán)節(jié)組成”預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.4開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制4.4.3最小相位系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點和極點在S復(fù)平面上的分布情況，來定義最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)。注意：最小相位系統(tǒng)的特點是：具有相同幅頻特性的一些系統(tǒng)，其中最小相位系統(tǒng)的相角變化范圍是最小的。提問：4.4.4傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定（重點介紹）舉例：以實例來說明如何根據(jù)最小相位系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻頻率特性曲線來確定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。提醒：多舉例多帶學(xué)生做練習(xí)三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制”測驗完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育奈奎斯特（H.Nyquist）、伯德（H.W.Bode）探索并提出在頻域內(nèi)研究系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法，引導(dǎo)學(xué)生具有“開拓進取，孜孜不倦，勇于探索的精神”（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制”測驗完成自評互評及課堂評價課后反思第56-58課時授課課題4.5頻率域的穩(wěn)定判據(jù)教學(xué)目標知識了解映射定理掌握奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及對數(shù)頻域穩(wěn)定判據(jù)技能能夠利用頻域的穩(wěn)定判據(jù)判別系統(tǒng)穩(wěn)定性素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及對數(shù)頻域穩(wěn)定判據(jù)難點：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)法思政活動分析系統(tǒng)需首先進行系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，映射出國家社會穩(wěn)定才能進行五個文明建設(shè)，才能構(gòu)建和諧社會教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.5頻率域的穩(wěn)定判據(jù)4.5.1閉環(huán)特征式的構(gòu)造與特點提醒：閉環(huán)特征式特點須理解和掌握，以方便后面知識點學(xué)習(xí)。4.5.2映射定理（幅角定理）4.5.3開環(huán)傳遞函數(shù)不含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)（重點介紹）1、s平面上的封閉曲線Γ的選擇提問：穩(wěn)定的充要條件是什么？說明：s平面上的封閉曲線Γ即奈氏回線肯定包圍了QUOTEF(s)的位于s平面右半平面的所有零點和極點。2、映射曲線的繪制結(jié)論：當QUOTEs沿封閉曲線Γ即奈氏回線運動一周，在QUOTEGk(s)平面上的映射曲線ΓGH為開環(huán)幅相頻率特性QUOTEGk(jω)曲線，ω的變化范圍為-∞到+∞。3、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)提醒：1.比較2鐘方法2.特別關(guān)注穿越的概念以實例來說明如何應(yīng)用4.5.4開環(huán)傳遞函數(shù)含積分環(huán)節(jié)的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)提醒：s平面上的封閉曲線Γ的改變以實例來說明如何應(yīng)用4.5.5對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)1、Nyquist圖與Bode圖之間的對應(yīng)關(guān)系提醒：2、對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)表述以實例來說明如何應(yīng)用三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“頻域穩(wěn)定判據(jù)”在線作業(yè)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育分析系統(tǒng)需首先進行系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，映射出國家社會穩(wěn)定才能進行五個文明建設(shè)，才能構(gòu)建和諧社會（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“頻域穩(wěn)定判據(jù)”在線作業(yè)完成自評互評及課堂評價課后反思第59-60課時授課課題技能訓(xùn)練8線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析教學(xué)目標知識加深了解模擬典型環(huán)節(jié)頻率特性的物理概念。掌握模擬典型環(huán)節(jié)頻率特性的測試方法，能夠根據(jù)不同環(huán)節(jié)，不同特征參數(shù)確定測試信號的幅值和頻率。掌握頻率特性曲線繪制方法，并能根據(jù)頻率特性曲線建立其傳遞函數(shù)。了解模擬典型環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性曲線與理想環(huán)節(jié)的不同。技能能利用頻域分析法進行系統(tǒng)分析的能力；培養(yǎng)動手能力、分析和解決實際問題的能力；學(xué)會系統(tǒng)性能分析方法素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點和難點重點：電路搭建與分析難點：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)法思政活動實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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8線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析（1）使用運算放大器、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)，確定其對數(shù)頻率特性。（2）頻域法測試典型環(huán)節(jié)頻率特性（3）根據(jù)實訓(xùn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性曲線。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）各典型環(huán)節(jié)頻率特性測試慣性環(huán)節(jié)，設(shè)置正弦輸入信號的幅值為1V，頻率從1Hz開始逐步提高，到16Hz附近需仔細測定，一直測試到頻率約為300Hz為止，或到難于檢測出時為止。將實訓(xùn)數(shù)據(jù)記錄到表4-3中。表4-3慣性環(huán)節(jié)頻率特性測試數(shù)據(jù)記錄()相位差（3）根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)繪制對數(shù)頻率特性曲線。（4）根據(jù)實測對數(shù)頻率特性曲線，作漸近處理，推算傳遞函數(shù)。（5）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實訓(xùn)報告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)學(xué)生實訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實訓(xùn)報告四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實訓(xùn)報告完成自評互評及課堂評價課后反思第61-63課時授課課題4.6穩(wěn)定裕度,4.7頻率特性與系統(tǒng)性能關(guān)系教學(xué)目標知識掌握相角裕度和幅值裕度概念及計算掌握開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能技能具備利用頻域分析法進行系統(tǒng)分析的能力；能夠根據(jù)系統(tǒng)性能指標進行系統(tǒng)綜合的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：相角裕度和幅值裕度概念及計算，開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能難點：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1.穩(wěn)定裕度的含義映射做事要留有余地，做好充分準備，這樣才能遇事沉著、冷靜，游刃有余處理任何事情；2.頻域三頻段理論映射在不同階段要規(guī)劃好不同的人生目標，引導(dǎo)學(xué)生要確定目標，有了目標才有努力的方向；3.講授頻域帶寬與抗干擾的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生做人做事要有底線，堅持社會主義核心價值觀，堅守法律法規(guī)底線，堅守職業(yè)道德與素養(yǎng)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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，完成討論“相對穩(wěn)定性”預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授4.6穩(wěn)定裕度4.6.1相角裕度（或PM）（重點介紹）提問：什么是剪切頻率（也稱穿越頻率，開環(huán)截止頻率）？以實例來說明相角裕度如何求取4.6.2幅值裕度（或GM）4.7頻率特性與系統(tǒng)性能關(guān)系4.7.1開環(huán)頻域指標與時域指標間的關(guān)系1、典型二階系統(tǒng)開環(huán)頻域指標與時域指標間關(guān)系2、高階系統(tǒng)時域指標的估算4.7.2開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能（重點介紹）1、低頻段2、中頻段3、高頻段三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“穩(wěn)定裕度計算”在線作業(yè)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育1.穩(wěn)定裕度的含義映射做事要留有余地，做好充分準備，這樣才能遇事沉著、冷靜，游刃有余處理任何事情；2.頻域三頻段理論映射在不同階段要規(guī)劃好不同的人生目標，引導(dǎo)學(xué)生要確定目標，有了目標才有努力的方向；3.講授頻域帶寬與抗干擾的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生做人做事要有底線，堅持社會主義核心價值觀，堅守法律法規(guī)底線，堅守職業(yè)道德與素養(yǎng)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“穩(wěn)定裕度計算”在線作業(yè)完成自評互評及課堂評價課后反思第64-65課時授課課題技能訓(xùn)練9基于MATLAB系統(tǒng)頻域分析（包含①繪制幅相頻率特性曲線及其穩(wěn)定性分析；②基于MATLAB繪制對數(shù)頻率特性曲線及其頻域分析）教學(xué)目標知識學(xué)會使用MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的幅相頻率特性曲線（Nyquist圖和對數(shù)頻率特性曲線（Bode圖）能夠分析控制系統(tǒng)幅相頻率特性曲線的基本規(guī)律加深理解控制系統(tǒng)奈奎斯特判據(jù)的實際應(yīng)用掌握控制系統(tǒng)頻域指標的分析方法。熟練掌握運用對數(shù)頻率特性曲線分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。技能能夠利用MATLAB軟件進行系統(tǒng)仿真與分析素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點和難點重點：MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)頻率特性曲線，控制系統(tǒng)頻域指標的分析方法難點：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)法思政活動實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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9基于MATLAB的系統(tǒng)頻域分析1、繪制幅相頻率特性曲線及其穩(wěn)定性分析（1）開環(huán)幅相頻率特性曲線繪制nyquist（）函數(shù)可以用來繪制系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性曲線，其調(diào)用格式為nyquist(num,den)——作出系統(tǒng)的幅相頻率特性曲線圖，角頻率向量的范圍自動設(shè)定，默認ω的范圍為（-∞，+∞）[re,im,w]=nyquist(num,den)——返回變量格式不作曲線，其中re為頻率響應(yīng)的實部，im為頻率響應(yīng)的虛部，w是頻率點。（2）根據(jù)開環(huán)幅相頻率特性曲線判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性2、基于MATLAB繪制對數(shù)頻率特性曲線及其頻域分析（1）開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線繪制①bode（）函數(shù)可以用來繪制系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線，其調(diào)用格式為bode(num,den)——作出系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性曲線圖，角頻率向量的范圍自動設(shè)定。②[mag,phase,w]=bode(num,den)——返回變量格式不作曲線，其中mag是系統(tǒng)對數(shù)頻率特性的幅值向量，注意此幅值不是分貝值，需進行轉(zhuǎn)換；phase是系統(tǒng)對數(shù)頻率特性的相角向量，單位為（0）；w是頻率向量，單位為rad/s。（2）計算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度margin（）函數(shù)可以從系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線中計算系統(tǒng)的相角裕度Pm和幅值裕度Gm，以及對應(yīng)的頻率，其調(diào)用格式為margin(num,den)——給定開環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，作出系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性曲線圖，并在圖上標注幅值裕度Gm和對應(yīng)的頻率wcg，相角裕度Pm和對應(yīng)的頻率wcp。[Gm,Pm,wcg,wcp]=margin(num,den)——返回變量格式，不作圖。（3）系統(tǒng)對數(shù)頻率穩(wěn)定性分析二、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，完成以下實踐內(nèi)容，并記錄結(jié)果?！緦嵺`1】已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為繪制系統(tǒng)的Nyquist圖，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并用閉環(huán)單位階躍響應(yīng)進行驗證?！緦嵺`2】已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為分別繪制時系統(tǒng)的Nyquist圖，分析系統(tǒng)開環(huán)增益不同時，系統(tǒng)Nyquist圖的差異，以及對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響?！緦嵺`3】已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為①當K=4時，繪制其Nyquist圖和Bode圖；②當K=4時，計算系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度，并在Bode圖上標注剪切頻率，相角裕度，相位穿越頻率，幅值裕度；③如果希望系統(tǒng)幅值裕度為16dB，求出對應(yīng)的K值，并驗證。（2）分析結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實訓(xùn)報告。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)學(xué)生實訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實訓(xùn)報告四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實訓(xùn)報告完成自評互評及課堂評價課后反思第66-68課時授課課題5.1校正概述，5.2串聯(lián)校正教學(xué)目標知識掌握控制系統(tǒng)校正的概念、校正的形式理解串聯(lián)相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正裝置及特性掌握用頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置參數(shù)的方法技能具備利用頻率特性法進行系統(tǒng)綜合設(shè)計的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置參數(shù)的方法難點：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1.校正含義映射做人做事要有校正意識，不斷修正，完善自我；2.講授系統(tǒng)校正，不同系統(tǒng)，不同發(fā)展階段對系統(tǒng)要求不同，引導(dǎo)學(xué)生要用發(fā)展的眼光看問題，與時俱進，終身學(xué)習(xí)，始終擁有先進理念和較高的職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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，完成討論“系統(tǒng)性能指標”預(yù)習(xí)本次課內(nèi)容，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授5.1校正概述5.1.1校正概念講述此概念時把比喻成過河5.1.2校正方式根據(jù)校正裝置在系統(tǒng)中所處的位置不同，分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正和復(fù)合校正。5.1.3校正裝置5.2串聯(lián)校正5.2.1串聯(lián)超前校正（重點介紹）1、超前校正裝置，，提醒：如果需要大于的相位超前角，則要在兩個超前校正裝置相串聯(lián)來實現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個裝置之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負載效應(yīng)。2、超前校正裝置設(shè)計超前校正的基本原理是利用超前校正裝置的相位超前特性來增大系統(tǒng)的相角裕度，以達到改善系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的目的。因此，要求校正裝置最大的相位超前角出現(xiàn)在校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率（剪切頻率、開環(huán)截止頻率）處。以實例來說明超前校正裝置設(shè)計步驟提問：總結(jié)串聯(lián)超前校正特點5.2.2串聯(lián)滯后校正1、滯后校正裝置提醒：滯后校正不是利用校正裝置的相位滯后特性，而是利用其高頻幅值衰減的特性注意：最大滯后角避免發(fā)生在截止頻率附近2、滯后校正裝置設(shè)計以實例來說明超前校正裝置設(shè)計步驟【實例】控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。若要求校正后的靜態(tài)速度誤差系數(shù)等于，相角裕度不低于40°，幅值裕度不小于10dB，剪切頻率不小于2.3rad/s，設(shè)計串聯(lián)校正裝置。5.2.3串聯(lián)滯后-超前校正學(xué)生自學(xué)完成，通過課程設(shè)計的完成進行檢驗三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成“系統(tǒng)校正”在線作業(yè)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育1.校正含義映射做人做事要有校正意識，不斷修正，完善自我；2.講授系統(tǒng)校正，不同系統(tǒng)，不同發(fā)展階段對系統(tǒng)要求不同，引導(dǎo)學(xué)生要用發(fā)展的眼光看問題，與時俱進，終身學(xué)習(xí)，始終擁有先進理念和較高的職業(yè)素養(yǎng)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、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平臺中“系統(tǒng)校正”在線作業(yè)完成自評互評及課堂評價課后反思第69-70課時授課課題技能訓(xùn)練10控制系統(tǒng)串聯(lián)校正設(shè)計與實現(xiàn)教學(xué)目標知識掌握串聯(lián)校正裝置設(shè)計的一般方法研究串聯(lián)校正裝置對系統(tǒng)性能的影響設(shè)計一個有源串聯(lián)超前校正裝置，使之滿足系統(tǒng)動、穩(wěn)態(tài)性能的要求，并使用模擬電路裝置實現(xiàn)校正裝置。技能具備利用頻率特性法進行系統(tǒng)綜合設(shè)計的能力；能夠利用MATLAB軟件進行系統(tǒng)設(shè)計和綜合的能力；培養(yǎng)動手能力、分析和解決實際問題的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)教學(xué)重點和難點重點：電路搭建與分析難點：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)法思政活動實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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10控制系統(tǒng)串聯(lián)校正設(shè)計與實現(xiàn)（1）未校正系統(tǒng)的方框圖如圖所示，設(shè)計相應(yīng)的模擬電路圖（3）用示波器觀測并記錄未校正系統(tǒng)在階躍信號作用下的動態(tài)性能指標、。（4）根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)性能的要求，設(shè)計一個超前校正裝置，其傳遞函數(shù)為：要求校正后系統(tǒng)Kv=20，，ts≤1s，校正裝置電路校正后系統(tǒng)的方框圖為設(shè)計相應(yīng)的模擬電路圖，（5）用示波器觀測并記錄校正后系統(tǒng)在階躍信號作用下的動態(tài)性能指標、。二、布置任務(wù)，學(xué)生完成任務(wù)（1）根據(jù)校正前模擬電路圖接線，并核對圖中各環(huán)節(jié)的參數(shù)。（2）加入階躍輸入電壓，用示波器觀察并記錄系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線及其性能指標：超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。（3）接入校正裝置。（4）在校正后系統(tǒng)輸入端引入階躍控制電壓，并用示波器觀察和記錄校正后系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線及系統(tǒng)性能指標：超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，以檢驗系統(tǒng)是否完全滿足預(yù)期的設(shè)計要求。（5）具體參數(shù)及響應(yīng)曲線記錄在表中。表串聯(lián)校正前后系統(tǒng)響應(yīng)曲線及性能指標超調(diào)量調(diào)節(jié)時間實測響應(yīng)曲線理論值實測值理論值實測值待校正系統(tǒng)校正后系統(tǒng)三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)學(xué)生實訓(xùn)任務(wù)并將結(jié)果上傳完成實訓(xùn)報告四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育實訓(xùn)中團結(jié)協(xié)作，互幫互助，具有大局意識，團隊意識（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)分析實踐結(jié)果與數(shù)據(jù)，完成實訓(xùn)報告完成自評互評及課堂評價課后反思第71-73課時授課課題5.3基本PID控制教學(xué)目標知識掌握PID控制規(guī)律技能具備系統(tǒng)綜合分析與設(shè)計的能力素養(yǎng)團隊協(xié)作能力，嚴謹認真的學(xué)習(xí)工作作風(fēng)，用于探索，敢于創(chuàng)新精神教學(xué)重點和難點重點：PID控制規(guī)律難點：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)法思政活動系統(tǒng)校正，不同系統(tǒng)，不同發(fā)展階段對系統(tǒng)要求不同，引導(dǎo)學(xué)生要用發(fā)展的眼光看問題，與時俱進，終身學(xué)習(xí)，始終擁有先進理念和較高的職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)安排課前：一、教師在智慧職教平臺發(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，觀看平臺發(fā)布的視頻資料課中：一、復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容并對任務(wù)完成情況進行分析總結(jié)二、新課講授5.3基本PID控制5.3.1比例（P）控制提問：在串聯(lián)校正中，加大控制器增益Kp作用說明：降低系統(tǒng)開環(huán)增益，將使系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性（平穩(wěn)性）改善，但使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度變差。5.3.2比例-微分（PD）控制以實例來說明其作用，并進行總結(jié)說明：比例微分校正將使系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性和快速性改善，但抗高頻干擾能力明顯下降。5.3.3比例-積分（PI）控制以實例來說明其作用，并進行總結(jié)說明：比例積分校正將使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得到明顯改善，但使系統(tǒng)相對穩(wěn)定性變差。5.3.4比例-積分-微分（PID）控制以實例來說明其作用，并進行總結(jié)說明：比例積分微分(PID)校正兼顧了可兼顧PI和PD兩種控制作用的優(yōu)勢，可以取得較好的控制效果。三、學(xué)習(xí)任務(wù)完成課程平臺資源學(xué)習(xí)完成主題討論四、課堂小結(jié)教師對本次課進行總結(jié)融入思政教育系統(tǒng)校正，不同系統(tǒng)，不同發(fā)展階段對系統(tǒng)要求不同，引導(dǎo)學(xué)生要用發(fā)展的眼光看問題，與時俱進，終身學(xué)習(xí)，始終擁有先進理念和較高的職業(yè)素養(yǎng)（課程思政）課后：一、教師在線上與學(xué)生互動交流二、學(xué)生完成以下任務(wù)復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容完成自評互評及課堂評價課后反思第74-75課時授課課題復(fù)習(xí)總結(jié)教學(xué)目標知