（完整word版）《自动控制原理》教学大纲

《自动控制原理》课程教学大纲

（Principles of Automatic Control）

一、基本信息

课程编号：02302203 课程类别：专业必修课 适用层次：本科

适用专业：自动化、测控技术与仪器 开课学期：第五学期 总学分：4 总学时：64学时 考核方式：考试

二、课程教育目标

《自动控制原理》课程是自动化、测控技术与仪器专业的一门重要的专业基础课（主干课程）。

课程的主要任务是通过本课程的教学，使学生了解自动控制系统的组成、特点及专业术语，学习并掌握古典控制理论的基本分析、设计方法，为后续的理论课程和专业课程的学习打下坚实的理论基础。通过课堂教学环节与实践教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握：要求学生掌握控制系统的数学模型的建立方法，了解控制系统的基本校正方案，并掌握对各种控制系统的性能进行分析的基本方法。

结合本课程特点，培养学生抽象思维的能力，既要善于从个性中概括出共性，又要从共性出发深刻了解个性，努力学习用广义动力学的方法去抽象与解决实际问题；培养学生运用辩证唯物主义的方法论思考、分析与解决问题的基本能力，锻炼在需要与可能之间进行折衷的能力；培养学生的学习和创造能力。

三、教学内容与要求

1.理论课 （1）绪论

主要内容：自动控制的一般概念、分类、发展概况及基本要求。

基本要求：了解基本概念：反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象；要求学生能根据控制系统工作原理图绘制方块图。

重点：掌握开环、闭环控制的基本概念及根据工作原理图绘制方块图。 （2）控制系统的数学模型

主要内容：控制系统的时域数学模型；控制系统的结构图与信号流图。

基本要求：掌握理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型－微分方程，典型

元部件的传递函数的求取，结构图的绘制，由结构图等效变换求传递函数，理解由梅森公式求传递函数。

重点：常用元部件传递函数的求取；系统传递函数的求取。 难点：结构图等效变换；梅森公式的应用。 （3）控制系统的时域分析法

主要内容：线性系统的性能指标；一阶、二阶及高阶系统的时域分析；线性系统的稳定性分析及稳态误差的计算。

基本要求：掌握时域性能指标的定义，一阶和二阶系统性能指标的求取及二阶系统性能改善的方法，了解高阶系统动态性能指标，掌握劳斯稳定判据及其应用，稳态误差的分析与计算，减小或消除稳态误差的方法。

重点：二阶系统动态性能计算及劳斯判据。 难点：扰动作用下减小或消除稳态误差的措施。 （4）控制系统的根轨迹法

主要内容：根轨迹的基本概念；根轨迹绘制的基本法则；系统的性能分析。

基本要求：理解根轨迹的概念，根轨迹方程，掌握绘制根轨迹的基本法则，并用根轨迹法分析系统。

重点：由根轨迹分析系统性能。 难点：广义根轨迹的分析与应用。 （5）控制系统的频率响应法

主要内容：频率特性，开环系统的典型环节分解和开环频率特性曲线的绘制；频率域稳定判据；稳定裕度及闭环系统的频域性能指标。

基本要求：掌握频域特性的物理意义，图形表示方法，奈氏判据，稳定裕度，用频率特性建立系统的数学模型。

重点：奈氏判据，稳定裕度的确定。

难点：系统的开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定。 （6）控制系统的校正

主要内容：系统设计与校正问题；常用校正装置及其特性；各种校正方式。

基本要求：掌握串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后－超前校正，局部反馈校正。 重点：串联超前、串联滞后校正网络的设计。 难点：反馈校正方法及应用。 （7）非线性控制系统

主要内容：非线性系统的概述及其对系统运动的影响；相平面法及描述函数法。 基本要求：掌握非线性特性对系统的影响，相平面法及描述函数法。 重点：奇点及奇线的分析与确定，自激振荡存在性及自振参数的确定。

难点：相轨迹绘制与分析。 （8）离散控制系统

主要内容：离散系统的基本概念；信号采样与保持；Z变换理论；离散系统的 数学模型、动态性能分析及稳定性分析；离散系统的数字PID校正。

基本要求：掌握信号的离散化与信号保持器，Z变换理论，离散系统的数学模型的建立，系统的动态性能分析及稳态误差计算，对离散系统的数字PID校正。

重点：离散系统传递函数的求取，稳定性分析及PID校正方法。 难点：离散系统传递函数的求法及PID参数的设定。 2.实验课

具体要求参见《控制理论仿真与实验》课程教学大纲

四、作业、练习的安排与要求

本课程课内外时间比为1：1.5。课外练习主要为做习题和阅读、理解教材相应的内容。作业量为每次课（2学时）后布置若干道习题。习题形式有思考、推导、分析、计算以及一些初步设计应用题。

五、各部分内容学时分配

章节 1 2 3 4 5 6 7 8 主 要 内 容 绪论 控制系统的数学模型 控制系统的时域分析法 控制系统的根轨迹法 控制系统的频率响应法 控制系统的校正 非线性控制系统 离散控制系统 合计 各个教学环节学时分配 理论课 4 8 8 8 12 6 6 8 60 实验课 习题课 2 2 4 讨论课 小计 4 8 10 8 14 6 6 8 64 备 注 六、相关联的课程

1.预修课程

复变函数与积分变换、模拟电子技术基础、数字逻辑。 2.后续课程

计算机控制技术、过程控制工程、现代控制理论、高级控制策略。

七、教材与教学参考书

1.建议教材

自动控制原理（第二版），徐国凯主编，清华大学出版社。 2.建议参考书目

[1] 自动控制理论，邹伯敏主编，机械工业出版社

[2] 现代控制工程，Modern Control Eengineering（第三版）[美]Katsuhiko Ogata著，卢

伯英、于海勋等译，电子工业出版社 [3] 自动控制原理，胡寿松编著，科学出版社 [4] 自动控制原理，王建辉等编著，清华大学出版社。

八、成绩评定

考核形式为闭卷考试。总评成绩以百分制计算，其中平时成绩（包括考勤、作业）占40%，期中测验占20%，期末考试卷面成绩占60%。