自動控制理論n教學大綱

課程中文名稱：自動控制理論H課程英文名稱：ControlTheoryII

課程編號：CI159應開課學期：5

學時數：56（52+4）學分數：3.5

適用專業：電氣工程及其自動化課程類型：專業核心課/必修

先修課程：線性代數、復變函數與枳分變換、電路原理、電子技術基礎、電機學

一、課程性質

本課程是電氣工程及其自動化專業（拔尖計劃、卓越計劃）的專業核心課與學位課。自

動控制理論是研究自動控制系統普遍規律的科學、廣泛應用于各行各業。它側重于理論的角

度，系統地闡述自動控制科學和技術領域的基本概念和些本規律，介紹對自動控制系統從建

模、分析、到設計應用的各種原理、思想和方法。學生道過學習本大綱規定的內容，將掌握

自動控制的基本理論和基本技能，會分析和設計基本的控制系統。為學習本專業的后續課程

打卜必要的基礎。

二、課程目標

通過對該課程的學習，使學生了解自動控制理論的研究領域、研究內容和研究方法；理

解自動控制的基本概念和實際自動控制系統的工作原理;掌握自動控制系統的組成及相關術

語；掌握建立自動控制系統及電氣工程領域對象的物理模型和數學模型的基本方法；掌握自

動控制系統的分析方法及評價自動控制系統的各項性能有標，為后續課程打下良好的基礎;

掌握自動控制系統設計與綜合的基本方法，能按所要求性能指標設計控制器；能使用

MATLAB軟件對控制系統進行模型建立、性能分析、控制器設計和系統仿真。掌握狀態空

間分析法的建模、分析及設計的基本方法；了解自動控制理論的最新發展狀態。

三、教學內容、學時安排和基本要求

第一章緒論（2學時）

重點難點：控制系統的組成、控制系統的性能要求

（1）了解自動控制理論的發展及應用：理解自動控制基本概念。

（2）了解水自動控制系統的分類，掌握自動控制系統的組成及相關術語。

（3）理解對自動控制系統的性能要求

第二章控制系統的數學模型（6學時）

重點難點：傳遞函數的概念與求取

（1）理解動態系統數學模型的初步知識

（2）掌握微分方程的建立及求解方法

（3）掌握傳遞函數概念及性質

（4）掌握電氣系統的數學建模

（5）掌握方框圖建立與化簡

（6）了解信號流圖與梅遜（Mason）公式

（7）使用MATLAB建立數學模型及模型轉換方法

第三章控制系統的時域分析法（8學時）

重點難點：二階系統的時域響應及動態性能指標，穩態誤差的計算，穩定性分析

（1）掌握?階系統的時域響應

（2）掌握二階系統的時域響應及動態性能指標的計算

（3）了解高階系統的時域響應

（4）理解穩定性的定義，掌握穩定性的充要條件，掌握勞斯穩定判決及其應用

（5）理解穩態誤差、系統型別的概念，掌握靜態誤差系數、穩態誤差的計算

（6）使用MATLAB求系統響應和計算系統性能指標

第四章根軌跡法（6學時）

重點難點：根軌跡的條件及繪制，用根軌跡圖分析控制系統

（1）理解根軌跡的概念

（2）掌握根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的規則

（3）了解參數根軌跡

（4）掌握利用根軌跡圖分析控制系統

（5）使用MATLAB繪制根軌跡圖、分析系統性能

第五章頻率特性法（10學時）

重點難點：Bode圖，Nyquisl判據及應用，穩定裕度

（1）理解頻率特性的概念及其表示方法

（2）掌握Bode圖的繪制

（3）掌握Nyquist圖的繪制

（4）掌握Nyquist判據及其應用

（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及計算方法

（6）使用MA1LAB繪制Bode圖，Nyquist圖，分析系統性能

第六章控制系統的校正（6學時）

重點難點：頻域法超前、滯后校正

（1）理解綜合與校正的基本概念及方式

（2）掌握超前、滯后校正裝置的特性

（3）掌握頻域法超前校正、滯后校正

（4）理解根軌跡法超前校正、滯后校正

（5）掌握PID控制算法及其參數整定方法

（6）使用MATLAB對控制系統進行校正

第七章狀態空間分析法（14學時）

重點難點：狀態空間表達式，能控性、能觀性，狀態反饋與極點配置

（1）了解現代控制理論的產生與發展，與經典控制理論的差異

（2）理解狀態變后,狀態空間表依式的概念

（3）掌握狀態空間表達式的建立方法

（4）理解狀態變量的線性變換，掌握由狀態空間表達式求傳遞函數陣

（5）理解狀態轉移矩陣的基本性質，掌握其計算方法

（6）掌握線性定常齊次狀態方程和非齊次狀態方程的解

（7）掌握能控性、能觀性的概念及判據

（8）理解對偶像原理

（9）掌握狀態反饋及極點配置算法

（10）理解狀態觀測器，了解帶觀測器的狀態反饋系統分析與設計

（11）使用MATLAB建立控制系統狀態空間模型，相關計算和分析，解極點配置問題

四、課程的其它教學環節

序號教學環節教學內容學時數

1實驗實驗一：控制系統的時域分析：1

2實驗實驗二：控制系統的根軌跡分析；1

3實驗實驗三：控制系統的頻域法分析2

1、控制系統組成及工作原理作業

2、控制系統建模作業

3、控制系統時域分析作業

4平時作業4、控制系統根軌跡分析作業

5、控制系統頻域分析作業

6、控制系統設計與校正作業

7、控制系統狀態空間法作業

五、教學方法與手段

本課程教學主要采用課堂講授、小組討論、作業和實驗等教學方法與手段。

六、推薦教材和教學參考資源

教材：

I.鄒伯敏主編.自動控制理論（第三版）[M].北京：機械工業出版社，2007.

參考書：

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