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1、自动控制理论一课程教学大纲课程中文名称：自动控制理论I （一）课程英文名称：Control Theory I课程编号：C1325应开课学期：5学 时数：56（48+8）学 分数：3.5适用专业：自动化（拔尖计划）课程类型：专业核心课/必修先修课程：电路原理、电子技术基础、控制系统与信号分析、电机与拖动一、课程性质本课程是自动化专业（拔尖计划）的专业核心课与学位课。自动控制理论是研究自动控 制系统普遍规律的科学、广泛应用于各行各业。它侧重于理论的角度，系统地阐述自动控制 科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍对自动控制系统从建模、分析、到设计应用的 各种原理、思想和方法。学生通过学习本大纲规定
2、的内容，将掌握自动控制的基本理论和基 本技能，会分析和设计基本的控制系统。为学习本专业的后续课程打下必要的基础。自动 控制理论I （一）主要讲授经典控制理论。二、课程目标通过对该课程的学习，使学生了解自动控制理论的研究领域、研究内容和研究方法；理 解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原理;掌握自动控制系统的组成及相关术 语；掌握建立自动控制系统的物理模型和数学模型的基本方法；掌握自动控制系统的分析方 法及评价自动控制系统的各项性能指标，为后续课程打下良好的基础；掌握自动控制系统设 计与综合的基本方法，能按所要求性能指标设计控制器；能使用MATLAB软件对控制系统进 行模型建立、性能分析
3、、控制器设计和系统仿真。三、支撑的毕业要求课程对毕业要求的支撑课程教学目标、达成途径和评价依据等毕业要求（3）掌握工程基础知 识和本专业的基本理论知识， 具有系统的工程实践学习经 历；了解本专业的前沿发展现 状和趋势；教学目标:理解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原 理；掌握自动控制系统模型建立、性能分析、控制器设计的基本方 法。达成途径：课堂讲解；实例分析；专题讨论。评价依据：讨论提问；作业；实验报告。评价方式：评估讨论提问；评估平时作业的正确性与完整性，给出 成绩；评估实验报告的正确性与完整性，给出成绩。毕业要求（4）具备设计和实施教学目标:理解自动控制的基本概念和实际自动控制系
4、统的工作原工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析；理；掌握自动控制系统模型建立、性能分析（时域分析、根轨迹分 析、频域分析）、控制器设计的基本方法。达成途径：课堂讲解；实例分析；专题讨论；实验验证。评价依据：讨论提问；作业；实验报告。评价方式：评估讨论提问；评估平时作业的正确性与完整性，给出 成绩；评估实验报告的正确性与完整性，给出成绩。毕业要求（5）掌握基本的创新 方法，具有追求创新的态度和 意识；具有综合运用理论和技 术手段设计系统和过程的能 力，设计过程中能够综合考虑 经济、环境、法律、安全、健 康、伦理等制约因素。教学目标:理解自动控制的基本概念和实际自动控制系统的工作原 理；掌握自
5、动控制系统模型建立、性能分析（时域分析、根轨迹分 析、频域分析）、控制器设计的基本方法。达成途径：课堂讲解；图纸阅读；专题讨论；实验验证。评价依据：讨论提问；实验操作；实验报告。评价方式：评估讨论提问、实验操作的正确性，给出成绩；评估实 验报告的正确性与完整性，给出成绩。四、教学内容、学时安排和基本要求第一章绪论（2学时）重点难点：控制系统的组成、控制系统的性能要求了解自动控制理论的发展及应用；理解自动控制基本概念（1） 了解自动控制系统的分类，掌握自动控制系统的组成及相关术语（3）理解对自动控制系统的性能要求第二章控制系统的数学模型（6学时）重点难点：传递函数的概念与求取（1）理解动态系统数
6、学模型的初步知识（2）掌握微分方程的建立及求解方法（3）掌握传递函数概念及性质（4）掌握电气系统的数学建模（5）掌握方框图建立与化简（6）掌握信号流图与梅逊（Mason）公式（7）使用MATLAB建立数学模型及模型转换方法第三章控制系统的时域分析法（10学时）重点难点：二阶系统的时域响应及动态性能指标，稳态误差的计算，稳定性分析（1）掌握一阶系统的时域响应（2）掌握二阶系统的时域响应及动态性能指标的计算（3） 了解高阶系统的时域响应（4）理解稳定性的定义，掌握稳定性的充要条件，掌握劳斯稳定判据及其应用（5）理解稳态误差、系统型别的概念，掌握静态误差系数、稳态误差的计算（6）使用MATLAB求系
7、统响应和计算系统性能指标第四章根轨迹法（6学时）重点难点：根轨迹的条件及绘制，用根轨迹图分析控制系统（1）理解根轨迹的概念（2）掌握根轨迹的幅相条件和绘制根轨迹的基本规则了解参数根轨迹和零度根轨迹（4）掌握利用根轨迹图分析控制系统（5）使用MATLAB绘制根轨迹图、分析系统性能第五章频率特性法（12学时）重点难点：Bode图，Nyquist判据及应用，稳定裕度（1）理解频率特性的概念及其表示方法（2）掌握Bode图的绘制（3）掌握Nyquist图的绘制（4）掌握Nyquist判据及其应用（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及计算方法了解闭环频率特性及频域指标与时域指标之间的关系（7）使用MATL
8、AB绘制Bode图，Nyquist图，分析系统性能第六章控制系统的校正（6学时）重点难点：频域法超前、滞后校正（1）理解控制系统综合与校正的基本概念及方式（2）掌握超前、滞后校正装置的特性（3）掌握频域法超前校正、滞后校正（4）掌握根轨迹法超前校正、滞后校正了解滞后-超前校正（6）掌握PID控制算法及其参数整定方法（7）使用MATLAB对控制系统进行校正第七章离散控制系统（6学时）重点难点：脉冲传递函数，离散控制系统的性能分析（1）理解信号采用与保持的原理（2）掌握z变换与z反变换（3）理解脉冲传递函数的概念，掌握脉冲传递函数的求取（4）掌握差分方程及其求解（5）掌握离散控制系统的性能分析（6
9、）掌握离散控制系统的数字校正（7）使用MATLAB对离散控制系统进行模型、分析、设计及仿真五、课程的其它教学环节序号教学环节教学内容学时数1实验实验一：控制系统的时域分析；12实验实验二：控制系统的根轨迹分析；13实验实验三：控制系统的频域法分析24实验实验四：直流电动机转速控制系统设计45平时作业1、控制系统组成及工作原理作业2、控制系统建模作业3、控制系统时域分析作业4、控制系统根轨迹分析作业5、控制系统频域分析作业6、控制系统设计与校正作业7、离散控制系统作业0六、教学方法与手段本课程教学主要采用课堂讲授、小组讨论、作业和实验等教学方法与手段。七、推荐教材和教学参考资源教材：L邹伯敏主编.自动控制理论（第三版）M.北京：机械工业出版社，2007.参考书：1 .绪方胜彦.Modern Control Engineering（第四版）.清华大学出版社.2 .胡寿松等.自动控制原理（第五版）M.北京：国防工业出版社，2007.3 .程鹏主编.自动控制原理（第一版）M.北京：高等教育出版社，2003.八、课程考核内容及方式平时成绩占40% （考勤成绩10%+课程实验15%+平时作业15%）,期末考试成绩占60%o