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1、自动控制原理课程教学大纲（Automatic Control Theory）一、课程概况课程代码：0105109学 分：3学 时：48先修课程：高等数学、工程数学等。适用专业：飞行器制造工程建议教材：自动控制原理（第3版），王万良，高等教育出版社，2019.自动控制原理（第7版），胡寿松，科学出版社，2019.课程归口：航空与机械工程学院/飞行学院课程的性质与任务：本课程是飞行器制造工程专业的一门专业基础必修课程，课程 的基本任务是使学生能了解自动控制系统的基本概念和基本数学工具，掌握时域和频域 特性方面的概念和分析方法，能对控制系统的稳定性等进行分析，对控制系统进行综合 和校正，以便于后续对
2、飞机控制系统的理解和分析。二、课程目标目标1.能对自动控制系统的基本概念、开环与闭环控制、拉氏变换、传递函数、 动态结构图等基本理论进行描述，能对涉及到的机械、电路等对象，建立控制系统的微 分方程，并进行拉氏变换求解获取系统传递函数。目标2.能够对控制系统时域和频域特性方面的相关基本概念和分析方法进行准确 描述，能采用时域特性分析方法和频域特性分析方法，对控制系统的稳定性、稳态误差 和动态特征等进行推演和分析。目标3.能够运用根轨迹和频率法，对控制系统进行综合和校正，得到自动控制系 统约定的时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标。本课程目标与毕业要求指标点的对应关系如表所示。毕业要求指标点课
3、程目标口标1口标2口标3毕业要求1-2V毕业要求2-1V毕业要求3-1V毕业要求4-2VV三、课程内容与要求(一)绪论1.教学内容(1)自动控制定义及自动控制技术的应用(2)开环控制与闭环控制(3)自动控制与自动控制系统(4)自动控制理论的发展2 .基本要求(1)能够熟悉自动控制的发展现状，控制理论在航空领域中的应用。(2)能够归纳开环和闭环控制的特点3 .思政元素结合自动控制理论发展历史和调控的目标映射学成有为的教育目标。一个稳定的系 统，也可能在特定的扰动下发散振荡，学生在今后的生活、事业发展中并不能永远一帆 风顺，一个人的学成不会一蹴而就，一个人的有为也不能是转瞬即逝，要树立人生奋斗 目
4、标，用发展的眼光看待事物与人生，坚持学习与奋斗。(二)控制系统的数学描述4 .教学内容(1)控制系统的微分方程(2)非线性微分方程的线性化(3)拉氏变换及其应用(4)传递函数(5)动态结构图(6) 一般反馈控制系统2 .基本要求(1)能够论证控制系统微分方程及微分方程线性化，描述拉氏变换定义、性质、 拉氏变换及反变换。(2)能够论证并归纳传递函数及典型环节的传递函数，能够绘制动态结构图及其 简化，能够运用信号流图及梅逊公式解决实际控制系统问题。3 .思政元素从机械系统、流体系统到电子系统的抽象建模，结合自动控制理论与分析手段的发 展，说明科学技术的进步会带来方法与工具革新，但背后蕴含的哲学原理
5、相同。学生在 今后的学习与工作中会接触到领域不同、深入程度不同的各种事务，要积极总结归纳事 务背后蕴藏的根本性原理，更好地化解矛盾。另一方面，学生学到的技术与本领会不断增长却又在领域和程度上有所不同，但回 归本源，一个人安身立命根本在于立德，学生要秉承朴素的道德观点，用情、明理、守 法地解决社会生活中遇到的矛盾。(三)时域分析法4 .教学内容(1)时域分析的一般方法5 2) 一阶系统分析(3)二阶系统分析(4)控制系统的稳定性分析(5)控制系统的稳态误差分析2 .基本要求(1)能够计算典型输入信号的时域响应，能够计算一阶系统单位的瞬态响应及二 阶系统单位的瞬态响应。(2)能够分析高阶系统的瞬态
6、响应、系统稳定性条件，能够运用代数稳定性判据。(3)能够描述稳态误差的基本概念，能够进行控制系统稳态误差的计算。3 .思政元素时域分析法的三种性能要求有时是互相矛盾的，比如，开环增益的增大，对稳定性 不利，稳态误差是常数时，有利于减小稳态误差，对动态性能来说可加快系统响应，三 者相互制约，是矛盾的。扩展到学生，要识大体、顾大局、不能只顾一己之私，讲究合 作共赢。(四)根轨迹法1 .教学内容(1)根轨迹法的基本概念(2)绘制根轨迹图的基本法则(3)控制系统根轨迹的绘制2 .基本要求(1)能够描述根轨迹的基本概念，能够绘制根轨迹图。(2)能够运用根轨迹图分析控制系统有关问题。(五)频率分析法1 .
7、教学内容(1)频率特性(2)典型环节的频率特性(3)控制系统开环频率特性作图(4)频域稳定性判据(5)闭环频率特性分析(6)开环频率特性分析2 .基本要求(1)能够描述频率特性的基本概念，归纳典型环节的频率特性图(极坐标图和对 数坐标图)。(2)能够绘制控制系统开环频率特性图，并对频域稳定性进行评判，得出有效结 论。3 .思政元素频率法讲究三频段理论，低、中、高频各自对应控制系统稳态性能、稳定性和动态 性能、抗干扰性能，调节目标不同。映射到学生要对不同阶段设计合理的人生规划，要 有短期、中期、长期奋斗目标。(六)控制系统的校正方法1 .教学内容(1)系统校正基础(2)根轨迹法校正(3)频率法校
8、正2 .基本要求(1)能够分析系统的性能指标并进行系统校正，能够灵活运用串联校正和反馈校 正方法。(2)能够用频率法对控制系统进行设计与校正。3 .思政元素自动控制的设计有局部控制，每个学生都是国家民族的组成单元，人生奋斗与成功 之路要契合系统这一大局，只有把理想目标同祖国的发展需要相结合，顺应时代潮流, 才能发挥学生的潜能，实现人生价值，顺势造英雄，为两个百年梦想的实现贡献自己的 力量。教学内容与课程目标的对应关系及学时分配如表所示。序号教学内容支撑的课程目标支撑的毕业要求 指标点讲授 学时实验 学时1绪论目标11-222控制系统的数学描述目标11-283时域分析法目标22-1、 4-210
9、24根轨迹法目标33-1、 4-265频率分析法目标33-K 4-2826控制系统的校正方法目标33-1、 4-282合计426四、课内实验(实践)课内实验与课程目标的对应关系及学时分配如表所示O实验项目名称实验内容及要求学时对课程目 标的支撑类型备注1线性系统的时 域响应分析L掌握MATLAB的基本使用。2 .观测线性系统在单位阶跃、单位 脉冲和单位斜坡函数下的响应。3 .通过响应曲线观测特征参量对 系统性能的影响。2目标1、2设计性2线性系统的频 域分析L掌握频域曲线的绘制方法。2 .掌握控制系统的频域分析方法。2目标2设计性3线性系统的串 联校正1 .掌握频域范围内的分析校正方 法。2
10、.掌握用频率特性法进行串联校 正设计的思路和步骤。2目标3综合性五、课程实施（一）引导学生对控制系统的数学描述方法、控制系统的时域分析、根轨迹法、频率分析法开展课堂讨论，培养学生分析问题和解决问题的能力。（二）采用多媒体教学手段，配合例题的讲解及适当的思考题，保证讲课进度的同时，注意学生的掌握程度和课堂气氛。（三）主要教学环节的质量要求如表所示。主要教学环节质量要求1备课（1）掌握本课程教学大纲内容，严格按照教学大纲要求进行课程教学内 容的组织。（2）熟悉教材各章节，借助专业书籍资料，并依据教学大纲编写授课计 戈IJ,编写每次授课的教案。教案内容包括章节标题、教学目的、教法设 计、课堂类型、时
11、间分配、授课内容、课后作业、教学效果分析等方面。（3）根据各部分教学内容，构思授课思路、技巧，选择合适的教学方法。2讲授（1）要点准确、推理正确、条理清晰、重点突出，能够理论联系实际， 熟练地解答和讲解例题。（2）采用多种教学方式（如启发式教学、讨论式教学、多媒体示范教学 等），注重培养学生发现、分析和解决问题的能力。（3）表达方式应能便于学生理解、接受，力求形象生动，使学生在掌握 知识的过程中，保持较为浓厚的学习兴趣。3作业布置与批改学生必须完成规定数量的作业，作业必须达到以下基本要求：（1）按时按量完成作业，不缺交，不抄袭。（2）书写规范、清晰。（3）解题方法和步骤正确。教师批改和讲评作业
12、要求如下：（1）学生的作业要按时全部批改，并及时进行讲评。（2）教师批改和讲评作业要认真、细致，按百分制评定成绩。（3）学生作业的平均成绩作为本课程总评成绩中平时成绩的组成部分。4成绩考核本课程为考试课，可采用开卷或闭卷方式进行考试，由任课教师决定。有下列情况之一者，总评成绩为不及格：（1）缺交作业次数达1/3以上者。（2）缺课次数达本学期总授课学时的1/3以上者。（3）课程目标小于0.6。六、课程考核（一）考核资料要求（一）课程考核包括期末考试、平时成绩和实验成绩。（二）课程成绩=平时成绩x20%+实验成绩x20%+期末考试成绩x60%。具体内容和 比例如表所示。成绩组成考核/评价环节权重考
13、核/评价细则平时成绩平时作业10%完成45次作业，主要考核学生对各章节知识 点的复习、理解和掌握程度，计算全部作业的 平均成绩再按10%计入总成绩。考勤及 课堂互动10%课采用随机的形式，进行课堂提问和互动，并 做好记录，必要时进行课堂随机测试以了解学 生课堂停课效率和表现。结合平时考勤和课堂 互动或测试情况,最后按10%计入课程总成绩。实验成绩课程实验20%主要考核学生应用基础知识进行工程测试实 验，并对实验结果进行分析与评价的能力。每 个实验成绩平均后得到实验总评成绩并按20% 计入课程总成绩。期末考试期末考试 卷面成绩60%考试题型主要包括填空题、选择题、判断题、 简答和计算分析题等形式
14、中的三种以上题型， 最后按60%计入课程总成绩。（三）所有课程目标均需大于等于0.6,否则总评成绩不及格，需要补考或重修。 每个课程目标达成度计算方法如下：课程目标i达成度平时成绩X A i+实验成绩X Bi+期末成绩X Ci100 x（Ai+ Bi+ Ci）式中：Ai二平时成绩占总评成绩的权重x课程目标i在平时成绩中的权重, Bi=实验成绩占总评成绩的权重x课程目标i在实验成绩中的权重, Ci=期末成绩占总评成绩的权重X课程目标i在期末成绩中的权重。六、有关说明本教学环节根据学生在课程期间的平时表现、课堂教学环节以及课程结束阶段考核 等情况，及时对课程教学中的不足之处进行改进，并在下一轮教学中整改完善，确保相 应毕业要求指标点的达成。（二）参考书目及学习资料略