自动控制原理教学大纲

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1、《自动控制原理（I）》教学大纲一、课程的性质、任务、基本要求和条件（一）  课程的性质和特点自动控制原理是高校电类学科各专业的一门重要专业基础课,是从事系统分析与设计的技术人员所必须掌握的一门专业课。本课程的主要任务是：系统地介绍自动控制系统和反馈控制的基本概念，学习建立控制系统数学模型的基本方法，以及分析控制系统稳定性、动态性能和稳态性能的时域和频域方法，介绍校正控制系统的常用方法。（二）本课程的基本要求1．理解自动控制系统的基本构成和基本控制原理。2．掌握线性定常控制系统（含连续时间系统和离散时间系统）的输入输出描述（运动方程、传递函数、频率特性函数）方法，能够对简单的机电系统

2、进行机理建模。3．掌握线性定常系统（含连续时间系统和离散时间系统）稳定性的基本概念和常用分析方法（代数判据、根轨迹法、频率特性法）。4．掌握线性定常连续时间控制系统的动态性能分析（二阶系统为主）和稳态性能分析。5．了解单输入单输出系统的常用校正方法（根轨迹法和频率特性法）。教学的重点与难点（★）第一章概述★第二章控制系统的数学描述★第三章控制系统的稳定性分析★第四章控制系统的运动性能分析第五章系统校正方法难点：控制系统不同数学模型之间的关系以及数学模型的建立，稳定性的频域分析方法.（三）  本课程与相关课程的联系本课程的先修课程为《高等数学》、《电路分析》、《信号与系统》。二、教学

3、内容及学时分配◆各章节主要内容、重点难点第一章概述(3学时)1．1引言：自动控制理论发展的历史简述1．2自动控制系统的构成1．3闭环控制与开环控制1．4控制系统的分类1.4.1恒值调节系统和随动系统1.4.2线性系统和非线性系统1.4.3定常系统和时变系统1.4.4连续时间和离散系统做实验一:闭环电压控制（单独3学时）教学目的和要求:使学生了解自动控制原理产生的历史背景及其发展简史，通过举例使学生认识反馈控制的基本概念以及开环控制与闭环控制的区别，介绍控制系统的分类方法以及本课程学习的重点。教学重点:使学生建立闭环控制的概念，了解一些简单的实际控制系统的工作原理。第二章控制系统的数

4、学描述（12学时）2．1引言：控制系统数模型的种类和常用建模方法简介2．2列写输入-输出运动方程2.2.1常见机电系统运动方程的列写2.2.2非线性模型的线性化2．3传递函数与系统框图2.3.1传递函数2.3.2方框图2.3.3典型环节的传递函数2.3.4方框图化简2．4信号流图与梅逊公式2．5频率特性函数2.5.1频率特性函数的定义2.5.2频率特性的图示方法2.5.3典型环节的频率特性2.5.4复杂频率特性的绘制2．6采样控制系统的数学描述2.6.1采样控制系统2.6.2信号采样与恢复2.6.3采样控制系统的差分方程描述2.6.4脉冲传递函数做实验二:频率特性测试（单独3学时）

5、教学目的和要求:使学生熟悉描述控制系统的几种方法以及相互关系，学会对一些常见的机电控制系统建立数学模型。教学重点：线性定常控制系统的输入-输出模型及其建立方法。第三章控制系统的稳定性分析（12学时）3．1稳定性的概念和定义3．2线性系统稳定的充分必要条件3.2.1连续时间系统稳定的充分必要条件3.2.2离散时间系统稳定的充分必要条件3．3系统稳定性的代数判据3.3.1连续时间系统稳定性的代数判据及其应用3.3.2离散时间系统稳定性的代数判据3．4根轨迹图及系统稳定性分析3.4.1根轨迹图的基本概念3.4.2根轨迹图的绘制规则3.4.3用根轨迹图分析系统稳定性举例3．5奈奎斯特稳定性

6、判据3.5.1幅角原理与奈奎斯特稳定性判据3.5.2开环系统含有积分环节时判据的应用3.5.3奈奎斯特稳定性判据在波德图中的表现形式3.5.4稳定裕度教学目的和要求:使学生掌握分析控制系统稳定性的基本方法，特别是学会如何利用开环传递函数分析闭环系统的稳定性。教学重点：劳斯判据、奈奎斯特判据及其应用方法。第四章控制系统的运动性能分析（9课时）4．1分析控制系统所用的几种典型输入信号4．2控制系统瞬态性能分析4.2.1瞬态性能指标4.2.2一阶系统瞬态性能分析4.2.3典型二阶系统瞬态性能分析4.2.4高阶系统瞬态性能分析4．3控制系统稳态性能分析4.3.1控制系统的误差与稳态误差4.

7、3.2稳态误差分析，静态误差系数与系统型别4.3.3控制系统的动态误差与动态误差系数4.3.4扰动输入下的稳态误差4.3.5离散时间系统的稳态误差教学目的和要求：使学生理解控制系统瞬态性能与稳态性能的概念，掌握典型二阶系统主要动态性能指标的计算和分析方法，掌握分析和计算稳态误差的方法，了解动态误差的概念。教学重点：典型二阶系统主要动态性能指标，系统型别的概念，系统型别与系统信号跟踪能力之间的关系。第五章系统校正方法（9课时）5．1引言：校正时所用的性能指标与常用校正方