《自动控制原理》教学大纲

《自动控制原理》教学大纲

课程号：08120431 周学时：3--1 课程类别：工程技术类

预修课程：高等数学，积分变换，理论力学 面向对象：理工专业学生 教学方式：多媒体课堂教学 教学目的和教学要求：

随着科学技术的不断进步，自动控制系统在机械电子工程中的各领域中的应用也不断得以发展。这就对在校大学生提出了更高的要求——不仅能掌握一些自动控制方面的理论和方法而且还应初步掌握该理论和方法在工程实际中的应用。

《自动控制工程》是一门技术基础课，通过对《自动控制工程》的学习，使学生掌握目前广泛使用的经典控制理论，能够对单输入、单输出的线性定常系统进行分析，建立系统的数学模型（主要是传递函数）。通过系统的输入、输出特性，在时间域和频率域中，分析系统运动的稳定性、快速性和精度。以及控制系统的设计原理和校正方法。对非线性系统也能进行初步的分析，为学习现代控制理论打下基础。 课程简介：

《自动控制工程》课程的内容主要包括几大部分：第一部分为如何建立控制系统的动态数学模型即微分方程和传递函数，并掌握系统的方块图及简化方法。第二部分为时域瞬态响应分析，了解时域响应的概念、典型输入信号以及一阶、二阶和高阶系统的瞬态响应及性能指标；第三部分为控制系统的频率特性包括：频率特性的基本概念；频率响应的极坐表图、对数坐表图；由频率特性曲线求系统的传递函数；由单位脉冲求系统的频率特性；控制系统的闭环频率响应。第四部分为控制系统的稳定性分析包括：基本概念；系统稳定的条件；代数、乃奎斯特和对数幅相频特性曲线的稳定判据以及控制系统的相对稳定性。第五部分为控制系统的误差分析和计算包括：基本概念和控制系统稳态误差的计算。第六部分为控制系统的性能分析与校正包括：系统的性能指标；系统的校正概述；串联和反馈校正以及用频率法对控制系统进行设计和校正。第七部分为根轨迹法包括：根轨迹与根轨迹方程；绘制根轨迹的基本法则以及系统闭环零点、极点的分布与性能指标。第八部分为控制系统的非线性问题包括：概述；描述函数法和相轨迹法。使学生掌握经典自动控制理论的原理和方法，能够初

学分：3.5

1

步对机械电子工程方面的自动控制问题进行设计和分析。

主要内容及学时分配：

课堂授课：3学时?16周，实验：2学时?8周，总计64学时。 主要内容： （1）概述

共2学时

（2）控制系统的动态数学模型 共6学时 1. 控制系统的微分方程及线性化 2. 系统的传递函数 3. 系统函数的方块图及简化 4. 建立实际系统函数的方块图 （3）时域瞬态响应分析

1. 时域响应及典型输入信号 2. 一阶系统的瞬态响应 3. 二阶系统的瞬态响应 4. 高阶系统的瞬态响应 （4）控制系统的频率特性

1. 频率特性的基本概念 2. 频率响应的极坐表图 3. 频率响应的对数坐表图 4. 由频率特性曲线求系统的传递函数 5. 由单位脉冲求系统的频率特性 6. 控制系统的闭环频率响应 （5）控制系统的稳定性分析

1. 系统稳定性的基本概念 2. 系统稳定的条件 3. 代数稳定判据 4. 乃奎斯特稳定判据 5. 对数幅相频特性曲线的稳定判据 6. 控制系统的相对稳定性 （6）控制系统的误差分析和计算 1. 稳态误差的基本概念 2. 控制系统稳态误差的计算 （7）控制系统的性能分析与校正 1. 系统的性能指标 2. 系统的校正概述 3. 串联校正 4. 反馈校正

2

2.0 1.0 2.0 1.0 共6学时 2.0 1.0 2.0 1.0 共6学时

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 共6学时

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 共4学时

1.0 2.0 共6学时 0.5 0.5 2.0 1.0

5. 用频率法对控制系统进行设计和校正 2.0 （8）根轨迹法

共6学时

1. 根轨迹与根轨迹方程 2.0 2. 绘制根轨迹的基本法则 2.0 3. 系统闭环零点、极点的分布与性能指标 2.0 （9）控制系统的非线性问题

共6学时

1. 概述 2.0 2. 描述函数法 2.0 3. 相轨迹法 2.0 （10）《控制工程基础》配套实验，详见《控制工程基础实验大纲》。共16学时

六、教材及主要参考书

教材：《控制工程基础》 （第三版） 董景新、赵长德主编 清华大学出版社 主要参考书：《自动控制原理》上下册 李友善主编 国防工业出版社 《现代控制工程》 绪方胜彦著 卢伯英等译 科学出版社 相关教学环节安排：

每章结束布置该教学章节的作业，作业量约4小时，主要针对基本概念、基本原理。 实验课要求完成转速自动控制系统和温度自动控制系统实验，完成实验报告。 考试方式及要求：

期终考试时间为2小时（闭卷）。

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