1、能源與動力工程控制基礎Fundamental Control of Energy and Power Engineering課程代碼：02410037學分：2學時：32 （其中：課堂教學學時：32 實驗學時：0上機學時：0 課程實踐學時：0 ）先修課程：高等數學、工程數學、工程力學、電工電子學適用專業：能源與動力工程（流體機械及其自動控制）、能源與動力工程教材：自動控制原理；孫炳達；機械工業出版社、第4版一、課程性質與課程目標（一）課程性質（需說明課程對人才培養方面的貢獻）專業基礎課。為本專業學生掌握能源動力設備及系統的自動控制設計方法和技能提供理論基礎。 （二）課程目標（根據課程特點和對畢業

2、要求的貢獻，確定課程目標。應包括知識目標和能力 目標。）課程目標1 （知識）：了解自動控制在能源與動力工程專業領域的地位和重要性，掌握自動控制 系統有關的基本概念；課程目標2 （知識）：掌握自動控制系統的類型及基本組成；課程目標3 （知識）：熟悉自動控制系統的微分方程、傳遞函數、頻率特性等數學模型，自動控 制的基本原理和時域、頻域性能評價指標；課程目標4 （知識）：了解自動控制系統的頻率法校正方式和種類。課程目標5（能力）：能夠針對能源與動力工程專業領域的實際控制系統分析自動控制原理，確 定被控對象、輸入量、輸出量、反饋量等，并繪制系統結構圖；課程目標6 （能力）：具備應用先修課程所學理論建立

3、自動控制系統微分方程、傳遞函數、頻率 特性等數學模型的能力；課程目標7 （能力）：具備應用時域法和頻率法分析自動控制系統的穩定性和動態性能的能力；課程目標8 （能力）：初步能夠利用PID調節器對自動控制系統進行校正。注：工程類專業通識課程的課程目標應覆蓋相應的工程教育認證畢業要求通用標準；（三）課程目標與專業畢業要求指標點的對應關系（認證專業專業必修課程填寫）二、課程內容與教學要求（按章撰寫）第一章緒論（-）教學內容介紹自動控制技術、原理的發展概況及其在能源動力等各領域的重要作用；講解自動控制系統的基本概念及分類、閉環控制系統的基本組成；介紹對自動控制系統的基本要求。（二）教學要求知識要求：了

4、解自動控制技術、理論的發展概況及其在能源動力等各領域的作用和地位；正確理解自動控制、自動控制系統、被控對象、被控量和控制裝置等概念，以及系統的基本控 制方式，特別是閉環控制及其基本組成環節；了解常用的系統分類方式及各自的含義、特征，正確理解對自動控制系統三大性能指標要求的 含義。能力和素質要求：能夠分析自動控制系統的工作原理和各組成元件的功能，能夠正確找出實際控制系統的被控對 象、輸入量、輸出量、反饋量等；初步掌握由系統工作原理圖繪出方框圖的方法，并能正確判別系 統的控制方式。（三）重點與難點.重點掌握自動控制系統有關的基本概念和工作原理，以及閉環控制系統的基本組成。.難點準確理解自動控制系統

5、有關的基本概念。第二章自動控制系統的數學描述（一）教學內容簡要介紹拉普拉斯變換及其在自動控制中的作用；講解線性定常系統動態微分方程的基本形式及其建立系統動態微分方程的一般方法，介紹模型 的相似性、簡化性和準確性概念；講解運用拉普拉斯變換解微分方程的方法，傳遞函數的定義、性質、表達方式及求取開環傳遞 函數、閉環傳遞函數、典型環節傳遞函數的基本方法，傳遞函數的零點、極點、傳遞系數等基本概 念，兩種數學模型的關系；講解系統動態結構圖的構成要素、表示方法及其等效變換方法；講解信號流程圖的構成要素、表示方法、簡化方法及梅遜公式的應用，及其與結構圖的關系。（二）教學要求知識要求：正確理解線性定常系統微分方

6、程和傳遞函數的概念、形式及特點；正確理解典型環節的微分方程、傳遞函數及其基本特性；掌握系統結構圖和信號流程圖的構成要素、功能；熟練掌握系統結構圖的等效變換方法和應用梅遜公式求解系統總增益方法；正確理解兩種數學模型之間的對應關系，兩種數學圖形之間的對應關系，以及模型與圖形之間 的對應關系。能力和素質要求：能夠根據系統及構成元件的特點和元件的連接關系，應用先修課程相關的物理規律，編寫系統 動態微分方程表達式；能夠根據傳遞函數的定義熟練求取系統的傳遞函數，并能辨別不同的典型環節；能夠熟練應用串聯、并聯、反饋、相加點移動、分支點移動等方法對系統結構圖進行等效變換 和化簡，獲得系統總傳遞函數；能夠熟練繪

7、制系統的信號流程圖，正確分析前向通路、回環和互不接觸回環，應用梅遜公式求 取系統的總增益；能夠進行模型、圖形之間的對應轉換。（三）重點與難點.重點掌握建立線性定常系統微分方程和求取系統傳遞函數的方法；正確理解微分方程、傳遞函數、結構圖和信號流程圖的關系和特點；掌握正確應用系統結構圖、信號流程圖求取系統總傳遞函數、總增益的方法。.難點綜合應用相關物理基本規律建立自動控制系統數學模型；數學模型、圖形之間的對應轉換關系。第三章控制系統的時域分析法（-）教學內容介紹階躍函數、斜坡函數、加速度函數等典型輸入信號及系統上升時間、峰值時間、超調量、 調節時間、穩態誤差等時域性能指標的定義；講解依據系統單位階

8、躍響應及其性能指標分析低階、高階系統特性的基本方法，以典型二階系 統為主要對象分析系統動態性能，著重講解欠阻尼典型二階系統的單位階躍響應及其性能指標的計 算方法；通過高階系統分析獲得系統穩定的充要條件和系統主導極點概念；講解應用勞斯穩定判據判斷系統穩定性的方法；介紹系統的穩態誤差概念，講解系統穩態誤差系數和穩態誤差的計算方法。（二）教學要求知識要求：熟悉控制系統的典型輸入信號、系統性能分析方法和時域響應基本概念，正確理解系統上升時 間、峰值時間、超調量、調節時間、穩態誤差等時域性能指標和系統穩定性、型別、穩態誤差系數 等概念；掌握一階、二階系統的階躍響應特點和性能指標、結構參數計算方法，熟練掌

9、握典型二階系統 特別是欠阻尼典型二階系統的性能特點及性能指標計算方法；正確理解線性定常系統穩定的條件，掌握勞斯穩定判據；正確理解系統穩態誤差的物理意義，掌握穩態誤差的計算方法。能力和素質要求：能夠應用一階、二階系統單位階躍響應及其性能指標分析系統動態性能；針對線性定常系統，能夠熟練應用勞斯穩定判據判斷系統的穩定性、求解待定參數、分析系統 穩定裕度；能夠熟練計算在階躍函數、斜坡函數、加速度函數輸入下不同型別系統的穩態誤差系數及穩態 誤差。（三）重點與難點.重點熟練掌握以欠阻尼典型二階系統為主要代表的系統動態性能時域分析方法和線性定常系統的穩 定性判斷及穩態誤差計算方法。.難點控制系統單位階躍響應

10、的求取，對系統性能指標物理意義的正確理解。第四章控制系統的頻率響應法（一）教學內容講解頻率特性的物理意義、數學本質及定義；講解頻率特性的三種求取方法和極坐標圖、伯德圖表示方法，以及典型環節頻率特性的規律及 特征點；講解系統開環頻率特性的極坐標圖和伯德圖繪制方法，介紹最小相位系統概念和伯德定理；講解奈奎斯特穩定判據的原理和判別條件，極坐標圖和伯德圖的關系，以及用奈奎斯特穩定判 據判斷閉環系統穩定性的方法（包括帶有積分環節系統的穩定性判別方法）；講解轉折頻率（交接頻率）、截止頻率、相位裕度、增益裕度、中頻寬度等頻域性能指標和三頻 段等概念及物理意義，并利用頻率特性分析系統性能；簡介時域性能指標與頻

11、域性能指標的關系。（二）教學要求知識要求：正確理解頻率特性的物理意義、數學本質和定義；熟記典型環節頻率特性的規律及其特征點；熟練掌握頻率特性的求取方法及極坐標圖、伯德圖表示方法，了解最小相位系統概念及伯德定 理；掌握奈奎斯特穩定判據的原理和判別條件，以及轉折頻率（交接頻率）、截止頻率、相位裕度、 增益裕度、中頻寬度和三頻段等概念及物理意義；了解時域性能指標與頻域性能指標的關系。能力和素質要求：能正確運用頻率特性定義分析和計算元件或系統在正弦輸入下的穩態響應；能夠熟練求取并繪制開環頻率特性的極坐標圖和伯德圖；能夠熟練運用奈奎斯特穩定判據判斷閉環系統的穩定性；能夠熟練進行頻域性能指標的計算，并運用

12、性能指標、三頻段概念分析系統性能。（三）重點與難點L重點熟練掌握奈奎斯特穩定判據和頻域性能指標，并應用其對系統性能進行分析判斷。.難點對奈奎斯特穩定判據的原理的理解；頻率特性和極坐標圖、伯德圖的對應關系及相互轉換。第五章控制系統的校正（一）教學內容介紹系統校正的目的、常用方法和校正的實質；講解典型的無源超前校正、滯后校正、滯后-超前校正和期望串聯校正的數學模型、伯德圖及與 設計相關的特征量，分析串聯校正的作用、優缺點、適應范圍及特征量設計要點；講解PD、PI和PID三種常用調節器的校正作用及校正時調節器參數的確定方法。（二）教學要求知識要求：了解系統校正的作用及常用方法；掌握典型的無源超前校正

13、、滯后校正、滯后-超前校正和期望串聯校正的作用、優缺點及適應范 圍；掌握PD、PI和PID三種常用調節器的校正作用。能力和素質要求：了解串聯校正的基本設計方法；能夠根據系統特點選擇PD、PI或PID調節器作為校正裝置，并確定調節器相關參數。（三）重點與難點.重點熟悉控制系統校正的常用方法及校正裝置設計的基本方法。.難點校正裝置的選擇及參數確定。三、本課程開設的實驗項目（如課程不含實驗，該項可不填）四、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程目標課堂 教學實 驗上 機課程 實踐小 計第一章2講授法課程目標1、2、5第二章8講授法、案例課程目標3、6給一遼 第二早6

14、講授法課程目標3、6、7第四章11講授法課程目標3、6、7第五章5講授法課程目標4、8合計32注：1.課程實踐學時按相關專業培養計劃列入表格;.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例 等教學方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權重備注平時作業作業次數20%期末考試閉卷考試80%注：1 .分學期設置和考核的課程應按學期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現、平時作業、階段測試、期中考試、期末考試、大作業、小論文、項目設計和作品等。.考核要求包括作業次數、考試方式（開卷、閉卷）、項目設計要求等。.考核權重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。六 參考書

15、目及學習資料（書名，主編，出版社，出版時間及版次）1、自動控制原理,文友先，華中科技大學出版社,2012年出版JSBN號為978-7-5609-7743-0；978-7-5640-6501-0；2、自動控制原理，劉 勝，國防工業出版社3、自動控制原理及應用，廉振芳、蘇 挺，,2012 年出版,ISBN 號為 978-7-118-08294-4；北京理工大學出版社，2012年出版，ISBN號為4、自動控制原理學習輔導與習題解答，徐穎秦、潘豐，機械工業出版社，2012年出版， ISBN 號為 978-7-111-37371-1；5、自動控制原理，李紅星，電子工業出版社，2011年出版，ISBN號為978-7-111-37371-1。七、大綱說明（內容可包括課程基本要求、習題要求及其它一些必要的說明）本課程屬于專業基礎理論課，主要采用課堂