《自动控制理论》教学大纲.docx

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1、自动控制理论教学大纲自动限制理论教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070002063课程中文名称 自动限制理论 课程英文名称 Automatic Control Theory 课程类别 大类学科基础与专业基础课 适用专业 自动化、测控技术与仪器 开课学期 第五学期 总 学 时 64 学时，其中课内讲授 64 学时、试验 0 学时 总 学 分 4 开课模式 必修 先修课程 高等数学、复变函数与积分变换、高校物理、电路分析基础，信号与系统 本课程是自动化专业和测控技术与仪器的专业基础课，系统地讲授了自动限制 系统建模、分析和设计方法，主要内容包括：自动限制系统的基本概念、限制系统数学模型、线

2、性限制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控 课程简介 制系统的校正、线性离散系统的分析方法和非线性限制系统，是单列试验课程 自动限制理论 Matlab 仿真试验的理论基础课。建议教材 卢京潮. 自动限制原理（第 2 版）.西安：西北工业高校出版社，2009 1 胡寿松. 自动限制原理（第 6 版）. 北京: 科学出版社， 2013参考资料2 Richard C. Dorf, Robert H. Bishop 著，谢红卫等. 现代限制系统（第 12 版）北 京: 电子工业出版社， 2015 3 程鹏. 自动限制原理（第 2 版）. 北京: 高等教化出版社，2010 二、课程教学目标 1

3、. 相识自动限制系统的组成、分类和基本要求。2. 能够综合运用数学、物理等学问建立工业过程限制、飞行限制等困难工程限制系统数学模型。3. 能够运用频率特性响应试验法确定限制系统的数学模型。4. 能够分析典型一阶、二阶系统参数改变对性能指标的影响，计算线性系统的性能指标。5. 能够运用典型时域、复数域和频域方法，分析困难线性限制系统的稳定性、动态性能和稳态性 能。6. 依据系统稳定性等性能要求，能够选择典型时域、复数域或频域方法设计系统参数。7. 依据困难工程问题的实际要求，选择串联校正方式，并设计串联校正参数和试验方案。8. 能够分析线性离散系统的稳定性、动态性能和稳态性能。9. 能够分析非线

4、性系统的时间响应特性、稳定性和自激振荡。2三、课程教学目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点 课程教学目 内容 H/L标 1.工程学问：工程学问：能够 教学目标将数学、自然科学、工程基础 和专业学问用于解决自动控1.3 驾驭自动化专业学问，能够将其应用 于解决自动限制领域的困难工程问题。H1、2、3、 4、5、6、 制领域困难工程问题。7、8、9 2.问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本 2.2 能够依据自动化专业所学基本原理分 教学目标 原理，识别、表达并通过文献 析自动限制领域的困难工程问题，探讨求 H4、5、6、 探讨分析自动限制领域的复 解过程。8、9 杂工程问题并获得有

5、效结论。3.设计/ /开发解决方案：能够 设计针对自动限制领域困难工程问题的解决方案，设计满 足特定需求的自动限制系统， 并能够在设计环节中体现创 新意识，考虑社会、健康、安3.1 能够依据行业的特定需求，清楚描述 自动限制系统的设计任务，识别任务面临 的各项制约条件，完成系统综合性设计。L教学目标 6、7 全、法律、文化及环境等因素。4.探讨：能够基于专业理论知 识，采纳科学方法对自动限制 领域的困难工程问题进行研4.1 能够运用自动化专业理论，采纳科学 方法对自动限制领域困难工程问题进行 试验方案设计。H教学目标 3、7究，能够依据问题设计试验， 并对试验结果进行综合分析， 通过信息综合得

6、到有效结论。4.2 能够运用自动化专业理论，对试验过程 和试验数据进行分析和说明。L教学目标 3、7 四、理论教学内容与要求学问 模块学问点 教学要求安排 学时支撑 教学目标 (1) 自动限制理论发展 学习限制理论的发展概况。0.5 学习自动限制系统的工作原理、自动限制 的任务；1 自动 限制(2) 自动限制系统的基 本概念及基本组成理解被控变量、被控对象、操纵变量、干 扰变量的概念；1.5 的一 教学目标 驾驭自动限制的基本概念、自动限制系统 组成结构和基本要素。1 般概念(4 学时)(3) 自动限制系统的分相识限制系统的分类方法； 理解按系统传输信号的性质分类、按系统 的数学模型分类按信号

7、的传递路径分类、 1.5 类及限制系统示例 按系统输入信号的改变规律分类； 驾驭由系统工作原理图画出系统方块图的 方法。3 (4) 对限制系统性能的 基本要求理解对限制系统稳、准、快的要求； 驾驭限制系统动态特性的类型、限制系统 稳定性、快速性和精确性的意义。0.5 理解机理建模的步骤和非线性微分方程线(1) 限制系统的微分方 程性化的方法； 建立弹簧-质量-阻尼器、无源网络、有源网 络等系统的微分方程模型。1 理解传递函数的性质和传递函数与微分方 制系 统数 学模 型（8(2) 限制系统的传递函 数 (3) 限制系统的结构图 及等效变换程之间的关系； 驾驭传递函数的概念和典型环节传递函数 的

8、表达式； 建立系统的传递函数模型。学习结构图的定义、系统结构图建立的步 骤；理解限制系统结构图的意义； 利用结构图等效变换求系统传递函数。 2 2 控 教学目标2 2学 时）(4) 限制系统的信号流 图学习信号流图的定义； 理解限制系统信号流图的意义； 利用梅逊公式求系统传递函数。2 理解系统总输出的意义；(5) 限制系统的传递函 数驾驭依据限制系统的结构图求取系统的开 环传递函数、闭环传递函数和误差传递函 数。1 学习典型外作用与典型外作用下系统输出 之间的关系和线性系统的重要特性； 理解阻尼比、无阻尼自然振荡频率对系统(1) 一、二阶系统的时间 响应及性能指标性能的影响； 驾驭一阶系统和二

9、阶欠阻尼系统动态性能 指标的计算；33 控分析系统特征参数与系统动态性能指标之 间的关系。制系 了解高阶系统动态性能的估算方法； 统的 理解闭环零点、极点分布与系统性能之间时域 分析 法(2) 增加零极点对二阶 系统响应的影响的联系； 驾驭主导极点的概念； 分析增加闭环零极点对系统动态性能的影1教学目标 4、6 响。（10 理解稳定性的定义和稳定性的分析方法； 学 驾驭系统稳定性的充分必要条件、影响系 时）统稳定性的因素； 利用劳斯判据分析系统的稳定性。(3) 系统稳定性分析 2 相识减小、消退稳态误差的措施；(4) 反馈限制系统的稳 态误差理解误差和稳态误差的定义和影响稳态误 差的因素； 驾

10、驭一般方法和静态误差系数法计算稳态 误差和静态误差系数法适用的条件。3 4 (5) 线性系统时域校正理解反馈校正和复合校正的作用； 驾驭利用这些手段提高系统性能的方法。1 理解根轨迹、根轨迹方程的有关概念； (1) 根轨迹的基本概念， 驾驭开环传递函数的几种表达形式； 根轨迹方程及相角条件、 相识开环增益、根迹增益的概念； 2 模(幅)值条件 重点驾驭根轨迹方程，绘制根轨迹的幅值 条件及幅角条件。轨迹 法（8 学(2) 绘制常规根轨迹的基 本规则学习绘制根轨迹的基本规则。驾驭利用根轨迹定性分析系统性能随参数 改变的趋势。相识正反馈系统根轨迹绘制规则、非最小 相位系统根轨迹绘制规则； 理解参数根

11、轨迹和零度根轨迹的有关概教学目标 5、6 2 4 根 时）(3) 广义根轨迹 念； 2 驾驭最小相位系统、非最小相位系统的概 念和以非开环增益为参变量的系统根轨迹 的绘制。(4) 利用根轨迹定性分析 系统性能相识增加开环零、极点对根轨迹的影响； 驾驭系统闭环特征根的分布对系统性能的 影响。25 线 性系 统的 频域 分析 法 （10 学(1) 频率响应及频率特 性。(2) 系统开环频率特性的 图形表示 (3) 奈奎斯特稳定判据、 对数频率稳定判据及其驾驭频率特性的概念，微分方程、传递函 数、频率特性三种数学模型的关系； 理解频率特性的物理意义。相识极坐标图和波德图的意义； 熟识典型环节频率特性

12、的特点； 驾驭绘制开环幅相特性、开环对数频率特 性的方法； 驾驭由最小相位系统的开环对数幅频特性 确定系统开环传递函数的方法。理解奈奎斯特稳定判据的原理； 驾驭运用奈奎斯特稳定判据和对数频率判 据判定系统稳定性的方法。2 4 4教学目标 3、5、6应用 时）(4) 稳定裕度的概念及计相识相对稳定性的意义； 理解稳定裕度的概念及意义； 2 算 驾驭计算稳定裕度的方法。6 线 (1) 开环对数频率特性与 理解三频段的概念； 性系 系统稳态性能、动态性能 1 驾驭开环对数幅频特性与系统稳态性、动 态特性之间的关系。统的 的关系 校正 方法 （8 (2) 开环频域指标（稳定 裕度）、闭环频率特性的 特

13、征量与时域指标之间理解开环频域指标（稳定裕度）、闭环频率 特性的特征量与时域性能指标之间的关 系。1教学目标 7 学 的关系 5 相识超前、迟后网络的特性； 时）(3) 频率法串联（超前， 理解串联(超前、迟后、迟后超前)校正设 迟后，迟后-超前和 PID）6 计的原理；驾驭依据详细状况确定合适的串联校正形 校正的作用及方法。式和频率法串联校正的步骤及方法。相识采样周期的选择。(1) 离散系统、信号的采 样与保持理解采样过程及其数学描述和保持器的作 用；驾驭采样定理和零阶保持器的传递函2数。7 线 相识采样系统差分方程的形式和差分方程 性离 的求解； 散控 驾驭脉冲传递函数的定义和系统脉冲传递

14、 制系 统（8 学(2) 离散系统的数学模型 (3) 离散系统稳定性分析 及稳定误差计算函数的建立。相识离散限制系统的瞬态响应； 驾驭离散限制系统的稳定性分析和稳态误 差的求取。2教学目标 8 2 时）相识采样系统动态性能估算的一般方法和 (4) 离散系统动态性能分 析采样周期等因素对系统性能的影响； 理解闭环极点分布与系统动态响应之间的 关系。2(1) 非线性限制系统概述了解非线性系统的特点和探讨非线性系统 的意义；驾驭探讨非线性系统的方法。1 相识描述函数的求取，多重非线性的描述 函数的求取；8 非 线性(2) 描述函数法理解描述函数的概念和典型非线性特性的 描述函数；3系统 理论驾驭用描

15、述函数法分析非线性系统的稳定 性、自振分析以及自振参数的计算。相识相平面法适用的系统和相轨迹的概 教学目标 9 （8 念； 学 (3) 相平面法 理解奇点与极限环的概念、分类； 3 时）理解相轨迹与系统时域响应特征的关系； 驾驭相轨迹的绘制方法。(4) 改善非线性系统性能 的措施及非线性特性的 应用相识改造非线性特性的和利用非线性特性 改善系统性能的方法。1 五、试验教学内容与要求 无。6六、考核要求及考核方式 1. 考核要求 (1)课程考核内容应能够切实考核是否达成各项课程目标； (2)考核内容至少覆盖本课程学问点的 60%； (3)同一学期试卷中(A、B)试题重复率不超过 20%，近三个学年试卷试题重复率不超过 20%； (4)考核难度：基本难度题约 60%，中等难度题约 30%，高等难度题约 10%。2、考核方式 考核环节 权重（%）备注 期末考试 80 闭卷考试平 时 考核作业 10% 作业等 出勤 5% 课堂表现 5% 课堂小测验、课堂回答问题等 7