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1、自动控制理论课程教学大纲课程英文 名Automatic Control Theory课程 代码A0808Y12学分3.5总学时56理论学时56实验/实践学 时课程类别学科基础课课程性质必修先修课程复变函数与积分变换、电子技术、高等数学适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院一、课程的地位与任务自动控制理论是电气信息类专业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生利用所 学数学、工程数学知识，分析和设计自动控制系统。通过课程学习，使学生理解自动控制系 统的基本概念，掌握自动控制系统建模的方法，熟练掌握系统性能指标的分析计算方法，理 解自动控制系统校正概念，熟练使用根轨迹法和频率特性法分
2、析与设计控制系统。为今后深 入学习现代控制理论、最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系统、系统辨识等课程奠 定基础。学生通过本课程的学习，可针对单输入/单输出系统，建立传递函数数学模型，分析和 计算输出反馈控制系统性能指标，设计校正控制器，具备初步的自动控制系统设计能力。二、课程目标1 .理解自动控制系统的基本概念，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，具有面向 实际自动控制系统复杂工程问题的理解能力,具有使用专业软件工具进行设计、开发、模拟 和分析自动化领域工程问题的能力；2 .掌握自动控制系统建模方法，具有将数学、自然科学、工程基础和专业知识，根据实 际工程对象建立数学模型，并针对复杂控
3、制工程问题进行模拟和预测的能力；3 .熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态性能指标的方法，具有应用控 制理论基本原理，针对复杂的控制工程实际问题，进行分析、计算与应用能力；4 .熟练掌握自动控制系统控制器设计方法，具有应用控制系统校正基本原理，针对复杂 的控制工程实际问题，进行控制系统设计与改进能力。表1课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标毕业要求（支撑程度H、M、L）毕业要求1-3毕业要求2-2毕业要求2-3毕业要求4-3毕业要求5-2课程目标1HM课程目标2MM课程目标3M课程目标4H注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；2.毕业要
4、求须根据课程所在专业培养方案进行描述。三、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解自动控制的研究对象与方法、目的、任务；理解开环控制，闭环控制及自动控制系统的组成；掌握自动控制系统性能的基本要求，能根据不同自动控制系统的工作示意图，正确分析 其工作原理，并画出系统的方框图；建立元件方框图的方法；自动控制系统实例分析。第二章线性系统的数学模型掌握线性系统微分方程的建立及拉普拉斯变化；理解传递函数的概念、定义和性质；掌握控制系统数学模型的基本概念、方框图的等效变换、运用Mason公式求传递函数 的方法。第三章控制系统的时域分析理解线性定常系统的时域响应；掌握控制系统的时域响应的性能指标；熟练应用代数稳
5、定判据判定系统的稳定性，并进行有关分析计算，牢固掌握计算稳态误 差的一般方法；能熟练确定一阶系统、二阶系统的特征参数及动态性能计算方法。第四章控制系统的复域分析理解根轨迹的基本概念和表达方法，参量根轨迹的基本概念；掌握一般及参量根轨迹的绘制；掌握基于根轨迹的控制系统性能分析方法。第五章控制系统的频域分析理解频域法的基本概念，Nyquist曲线图及Bode图、稳定判据与稳定裕度的概念； 掌握Nyquist曲线图及Bode图的绘制，掌握各种频域指标的意义并会计算； 熟练掌握用Bode图、Nyquist图进行控制系统的稳定性判断。第六章 控制系统的设计与校正了解校正的基本概念；掌握校正装置的频率特性
6、及其作用，掌握串联（超前、滞后、PID）、反馈及复合校正的 特性及其作用。重点掌握串联校正的频率设计法，了解反馈校正、复合校正的设计方法，掌 握指标验证方法。四、课程教学学时安排表2课程学时安排表教学内容教学 时数学生任务对应课程 目标1 .绪论1.1 控制理论发展史简述1.2 自动控制系统的一般概念1.3 开环控制与闭环控制1.4 自动控制系统的分类1.5 对系统性能的要求4了解经典控制理论的基本知识作业P11 1-1课程目标12.控制系统的数学模型2.1 列写系统微分方程式的 f方法2.2 非线性数学模型的线性 化2.3 传递函数2.4 系统框图及等效交换2.5 信号流图和梅逊公式应 用2
7、.6 控制系统的反馈特性12掌握列写系统微分方程的一般步 骤；了解传递函数概念，掌握传 递函数的推导方法作业 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5课程目标23.控制系统的时域分析法3.1 典型的测试信号3.2 一阶系统的时域响应3.3 二阶系统的时域响应3.4 高阶系统的时域响应3.5 线性定常系统稳定性3.6 劳斯稳定判据3.7 控制系统的稳态误差12掌握一阶，二阶控制系统的时域 分析方法，了解高阶系统的时域 响应；掌握线性定常系统的稳定 性的判断方法作业 3-1, 3-2, 3-3, 3-4课程目标34.根轨迹法4.1 根轨迹的基本概念4.2 绘制根轨迹基本规则4.3 参量根轨迹
8、的绘制4.4 开环零点、极点对根轨迹 的影响4.5 用根轨迹法分析控制系 统10理解绘制根轨迹的基本规则，掌 握参量根轨迹的绘制，能够利用 根轨迹分析系统性能作业 4-1, 4-2, 4-3, 4-4课程目标35.频域分析法5.1 频率特性5.2 对数坐标图5.3 极坐标图5.4 奈奎斯特稳定判据5.5 相对稳定性分析14理解频率特性掌握伯德图的绘 制及分析方法，能够利用奈氏图 分析系统的稳定性，掌握裕量计 算方法作业 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5课程目标3课程目标46.控制系统的校正6.1 超前校正6.2 滞后校正6.3 PID控制器及其参数整定4了解校正德概念，掌握超前-
9、滞后 校正，能够利用伯德图进行系统 校正设计作业 6-1, 6-2课程目标3课程目标4备注：根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过阶段测试来 对学生自学情况进行考核。五、实践环节及基本要求本课程的的实验在后续专业基础实验课程中安排。六、达成目标的途径和措施自动控制理论课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和课外学生自主实验实践等, 针对单输入/单输出控制系统，学习建立数学模型，分析稳定性和稳动态性能，并在预期性 能输出条件下，设计控制器的专业基础知识。培养学生运用工程基础知识和自动控制理论专 业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力。(1)课堂教学主要讲述
10、自动控制系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计 方法。并将简单的单输入/单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象 的理论知识，提高学习控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，形成良 好的思维方式和学习方法。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。(2)针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学 习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力。七、考核方法及成绩评定表3考核方法及成绩评定表考核形式考核内容占比评定标准过程 考核大作业与自动控制技术相关的文献检索、资料查 询及运用现代信息技术获取相关信息1
11、0%知识点表 述完整性阶段测试考核知识点的掌握情况，以及对所学知识点 的应用。10%参考答案 和评分标 准平时作业成 绩考核课堂教学各知识点的复习程度、听课效 果和掌握熟练度。20%中国计量 大学学生 课程平时 成绩考核 细贝IJ课堂表现成 绩以点验到课率，课堂互动回答问题等形式， 检验学生学习态度。期末 考核期末考试成 绩考核各知识点的基本概念、控制系统建模基 本原理、特性分析和性能指标计算、控制器 设计方法。题型为分析、判断和计算。60%试卷参考 答案和评 分标准表4课程目标考核环节和达成标准课程目标教学 环节考核坏节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6阶段测试Bl大作业C
12、期末考试成绩D1目标达成度= 0.6x 卫+ 0.2乂& + 0.卜里 + 0.卜 DlA。Bl。C。课程目标 2讲 授、 讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6阶段测试B2大作业C期末考试成绩D2目标达成度= 0.6x庄+ 0.2xA + 0.1x里+ 0.1xC D2A。B2C。课程目标 3讲 授、 讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6阶段测试B3大作业C期末考试成绩D3目标达成度= 0.6x里+ 0.2xA + 0.1x里+ 0.1XD3。A。B30Co课程目标 4讲 授、 讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6阶段测试B4大作业C期末考试成绩D4目标达成度= 0.6x里+ 0.2J + 0.1X里+ 0.1xD4AOB4Co八、推荐教材与主要参考书（1）推荐教材邹伯敏主编自动控制理论（第三版），机械工业出版社，2008年（2）推荐参考书王万良，赵燕伟编著，自动控制原理（第二版）机械工业出版社，2015年胡寿松主编，自动控制原理（第五版），科学出版社，2007年丁红，贾玉瑛主编自动控制原理实验教程，北京大学出版社，2015年刘超，高双编著自动控制原理的MATLAB仿真与实践，机械工业出版社，2015年