1、自動控制原理課程教學大綱Principles of Automatic Control ）一、基本信息課程編號：02302203課程類別：專業必修課適用層次：本科適用專業：自動化、測控技術與儀器開課學期：第五學期總學分：4總學時：64 學時考核方式：考試二、課程教育目標自動控制原理課程是自動化、測控技術與儀器專業的一門重要的專業基礎課（主干課程）。課程的主要任務是通過本課程的教學，使學生了解自動控制系統的組成、特點及專業術語， 學習并掌握古典控制理論的基本分析、設計方法，為后續的理論課程和專業課程的學習打下堅實的理論基礎。通過課堂教學環節與實踐教學環節相結合，強化學生對基本概念、基本理論、基本

2、方法的理解和掌握：要求學生掌握控制系統的數學模型的建立方法，了解控制系統的基本校正方案，并掌握對各種控制系統的性能進行分析的基本方法。結合本課程特點，培養學生抽象思維的能力，既要善于從個性中概括出共性，又要從共性出發深刻了解個性，努力學習用廣義動力學的方法去抽象與解決實際問題；培養學生運用辯證唯物主義的方法論思考、分析與解決問題的基本能力，鍛煉在需要與可能之間進行折衷的能力；培養學生的學習和創造能力。三、教學內容與要求1. 理論課（ 1）緒論主要內容：自動控制的一般概念、分類、發展概況及基本要求。基本要求：了解基本概念：反饋、開環控制、閉環控制、控制器、被控對象；要求學生能根據控制系統工作原理

3、圖繪制方塊圖。重點：掌握開環、閉環控制的基本概念及根據工作原理圖繪制方塊圖。（ 2）控制系統的數學模型主要內容：控制系統的時域數學模型；控制系統的結構圖與信號流圖。基本要求：掌握理論推導的方法建立電路系統及力學系統的數學模型微分方程，典型元部件的傳遞函數的求取，結構圖的繪制，由結構圖等效變換求傳遞函數，理解由梅森公式求傳遞函數。重點：常用元部件傳遞函數的求取；系統傳遞函數的求取。難點：結構圖等效變換；梅森公式的應用。（ 3）控制系統的時域分析法主要內容：線性系統的性能指標；一階、二階及高階系統的時域分析；線性系統的穩定性分析及穩態誤差的計算。基本要求：掌握時域性能指標的定義，一階和二階系統性能

4、指標的求取及二階系統性能改善的方法，了解高階系統動態性能指標，掌握勞斯穩定判據及其應用，穩態誤差的分析與計算，減小或消除穩態誤差的方法。重點：二階系統動態性能計算及勞斯判據。難點：擾動作用下減小或消除穩態誤差的措施。（ 4）控制系統的根軌跡法主要內容：根軌跡的基本概念；根軌跡繪制的基本法則；系統的性能分析。基本要求：理解根軌跡的概念，根軌跡方程，掌握繪制根軌跡的基本法則，并用根軌跡法分析系統。重點：由根軌跡分析系統性能。難點：廣義根軌跡的分析與應用。（ 5）控制系統的頻率響應法主要內容：頻率特性，開環系統的典型環節分解和開環頻率特性曲線的繪制；頻率域穩定判據；穩定裕度及閉環系統的頻域性能指標。

5、基本要求：掌握頻域特性的物理意義，圖形表示方法，奈氏判據，穩定裕度，用頻率特性建立系統的數學模型。重點：奈氏判據，穩定裕度的確定。難點：系統的開環幅相曲線、對數曲線的概略繪制及相應系統傳遞函數的確定。（ 6）控制系統的校正主要內容：系統設計與校正問題；常用校正裝置及其特性；各種校正方式。基本要求：掌握串聯超前校正，串聯滯后校正，串聯滯后超前校正，局部反饋校正。重點：串聯超前、串聯滯后校正網絡的設計。難點：反饋校正方法及應用。（ 7）非線性控制系統主要內容：非線性系統的概述及其對系統運動的影響；相平面法及描述函數法。基本要求：掌握非線性特性對系統的影響，相平面法及描述函數法。重點：奇點及奇線的分

6、析與確定，自激振蕩存在性及自振參數的確定。難點：相軌跡繪制與分析。（8）離散控制系統主要內容：離散系統的基本概念；信號采樣與保持；Z變換理論；離散系統的數學模型、動態性能分析及穩定性分析；離散系統的數字PID校正。基本要求：掌握信號的離散化與信號保持器，Z變換理論，離散系統的數學模型的建立， 系統的動態性能分析及穩態誤差計算，對離散系統的數字PID校正。重點：離散系統傳遞函數的求取，穩定性分析及PID校正方法。難點：離散系統傳遞函數的求法及PID參數的設定。2.實驗課具體要求參見控制理論仿真與實驗課程教學大綱四、作業、練習的安排與要求本課程課內外時間比為 1: 1.5。課外練習主要為做習題和閱

7、讀、理解教材相應的內容。作業量為每次課（2學時）后布置若干道習題。習題形式有思考、推導、分析、計算以及一 些初步設計應用題。五、各部分內容學時分配早下主要內容各個教學環節學時分配備注理論課實驗課習題課討論課小計1緒論442控制系統的數學模型883控制系統的時域分析法82104控制系統的根軌跡法885控制系統的頻率響應法122146控制系統的校正667非線性控制系統668離散控制系統88合計60464六、相關聯的課程1 .預修課程復變函數與積分變換、模擬電子技術基礎、數字邏輯。2 .后續課程計算機控制技術、過程控制工程、現代控制理論、高級控制策略。七、教材與教學參考書1 .建議教材自動控制原理（第二版），徐國凱主編，清華大學出版社。2 .建議參考書目1自動控制理論，鄒伯敏主編，機械工業出版社2 現代控制工程，Modern Control Eengineering （第三版）美 Katsuhiko Ogata 著，盧伯英、于海勛等譯，電子工