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课 程 基 本 信 息 |
课程名称：自动控制原理
讲课
学时： 72 学时（其中实验8学时）
开课学期：第 5 、 6 两学期
适用专业：自动化专业本科
课程性质：必修
先修课程：高等数学、工程数学（包括积分变换、线性代数、复变函数）、大学物理、电路分析、电子技术。
后续课程： 检测技术与传感器、过程控制、计算机控制技术、电力拖动自动控制系统。
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课 程 要 求 |
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一．教学目的
本课程是自动化专业的专业基础课，是学习控制系统分析与设计的基础。学生通过本课程在系统建模，系统稳定性及动态性能分析，初步设计，非线性及采样系统理论，离散系统分析、系统可控性与可观测性的研究、状态反馈与状态观测器的设计以及李雅普诺夫方法等方面具备必要知识，为深入进行理论研究及学习其他有关现代控制理论的后续课程和从事工业控制控制系统的设计与改造打下坚实的基础。
二．教学要求
1．明确自动控制的基本概念；掌握开、闭环控制的基本原理和特点；建立系统概念。
2．熟悉常用元部件的数学模型；明确传递函数、微分方程、结构图和信号流图之间的关系；熟练掌握利用结构图等效变换和Mason公式求系统传递函数的方法。
3．熟悉系统阶跃响应性能指标；明确典型系统阶跃响应的特点及其动态性能与系统参数、零极点分布的关系；明确稳定性概念及系统稳定的充要条件，熟练掌握老斯判据及其应用；明确误差和稳态误差的定义，明确利用终值定理计算稳态误差的限制条件；熟练掌握用终值定理求稳态误差的方法；明确影响稳态误差的因素。
4．明确根轨迹的有关概念；熟练掌握绘制根轨迹的方法，能够利用根轨迹定性分析系统性能随参数变化的趋势。
5．明确频率特性的物理意义及数学本质；熟悉典型环节的频率特性；熟练掌握绘制开环对数频率特性的方法；熟练掌握由最小相位系统的开环对数频率特性求传递函数的方法；理解奈奎斯特判据的原理，牢固掌握运用奈奎斯特判据判断系统稳定性的方法；正确理解稳定裕度的概念及意义，会计算稳定裕度；掌握开环对数频率特性与系统稳态、动态性能的关系，理解三频段的概念；明确闭环频率特性与时域性能指标之间的关系
6．熟悉超前、滞后网络的特性；掌握串联校正的方法；理解PID控制器的作用。
7．明确描述函数的定义及有关概念，掌握用描述函数法分析非线性系统稳定性和分析自振、计算自振参数的方法。
8．熟练掌握判断离散系统稳定性和计算离散系统稳态误差的方法；明确z平面闭环极点分布与系统动态响应间的关系。 |
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教 学 安 排 |
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章节 |
内容要点 |
学时 |
要求 |
第一章 |
绪论 |
5 |
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1.1 |
引言 |
1 |
了解 |
1.2 |
反馈控制系统的基本形式 |
1 |
熟悉 |
1.3 |
自动控制系统的基本方式 |
1 |
掌握 |
1.4 |
自动控制系统的分类 |
1 |
了解 |
1.5 |
对控制系统的基本要求 |
1 |
理解 |
第二章 |
控制系统的数学描述 |
12 |
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2.1 |
引言 |
1 |
了解 |
2.2 |
输入输出描述法 |
3 |
掌握 |
2.3 |
数学模型图示法与反馈控制系统的传递函数 |
3 |
熟悉 |
2.4 |
状态空间描述法 |
3 |
掌握 |
2.5 |
输入输出模型与状态空间模型之间的转换 |
1 |
了解 |
2.6 |
实际控制系统数学模型的建立 |
1 |
知道 |
第三章 |
线性控制系统的运动分析 |
14 |
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3.1 |
引言 |
1 |
了解 |
3.2 |
控制系统的零输入响应 |
1.5 |
了解 |
3.3 |
控制系统的零状态响应 |
1.5 |
了解 |
3.4 |
控制系统的稳定性 |
2.5 |
掌握 |
3.5 |
控制系统的暂态响应特性 |
4 |
熟悉 |
3.6 |
控制系统的稳态误差 |
2.5 |
掌握 |
3.7 |
控制系统的基本控制规律 |
1 |
了解 |
第四章 |
根轨迹法 |
6 |
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4.1 |
引言 |
1 |
了解 |
4.2 |
绘制根轨迹的基本法则 |
3 |
掌握 |
4.3 |
广义根轨迹 |
1 |
了解 |
4.4 |
系统性能的分析与估计 |
1 |
掌握 |
第五章 |
频率响应分析法 |
15 |
|
5.1 |
频率特性 |
2 |
理解 |
5.2 |
典型环节的频率特性 |
3 |
熟悉 |
5.3 |
控制系统频率特性图的绘制 |
2 |
掌握 |
5.4 |
闭环频率特性 |
1 |
了解 |
5.5 |
最小相位系统与频率特性函数的若干重要性质 |
2 |
掌握 |
5.6 |
Nyquist 稳定判据 |
2 |
熟悉 |
5.7 |
稳定裕度与鲁棒性 |
2 |
掌握 |
5.8 |
频域指标与时域指标间的关系 |
1 |
了解 |
第六章 |
频率响应综合法 |
6 |
|
6.1 |
常用校正装置及其特性 |
2 |
了解 |
6.2 |
串联校正 |
2 |
熟悉 |
6.3 |
反馈校正 |
1 |
了解 |
6.4 |
复合校正 |
1 |
了解 |
第七章 |
非线性系统的运动分析 |
6 |
|
7.1 |
非线性系统的运动特点 |
1 |
了解 |
7.2 |
常见非线性特性及其影响 |
2 |
了解 |
7.3 |
描述函数分析法 |
3 |
掌握 |
第八章 |
离散控制系统 |
12 |
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8.1 |
离散系统的基本概念 |
1 |
了解 |
8.2 |
信号的采样与恢复 |
2 |
了解 |
8.3 |
Z 变换与 Z 反变换 |
4 |
掌握 |
8.4 |
离散系统的数学模型 |
2 |
掌握 |
8.5 |
离散系统的稳定性与稳态误差 |
2 |
掌握 |
8.6 |
离散系统的动态性能分析 |
1 |
了解 |
实验 1 |
典型环节的电模拟 |
2 |
必做 |
实验 2 |
典型系统瞬态响应和稳定性 |
2 |
必做 |
实验 3 |
系统校正 |
2 |
必做 |
实验 4 |
控制系统的频率特性 |
2 |
选做 |
实验 5 |
典型非线性环节 |
2 |
必做 |
实验 6 |
非线性系统 |
2 |
选做 |
实验 7 |
采样系统分析 |
2 |
选做 |
实验 8 |
状态反馈极点配置 |
2 |
选做 |
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