重庆大学 电气工程考研 教学大纲-自动控制原理201109

自动控制原理（I）教学大纲一、课程名称：自动控制原理（I）二、课程代码：15012545三、课程英文名称：Principles of Automatic Control（I）四、课程负责人：左为恒五、学时与学分：总学时：72学时（课堂教学66学时，实验12学时，注：实验以6学时计算）总学分：4.5学分六、课程性质：学科大类基础必修七、适用专业：电气工程与自动化八、选课对象：自动化、电气工程与自动化本科专业学生九、预修课程：高等数学、积分变换、线性代数、电路原理、电子技术、电机学等十、课程教材：左为恒、周林主编.自动控制理论基础.机械工业出版社，2007年9月第一版十一、参考书目：夏德钤主编，自动控制理论（第2版），机械工业出版社，2003胡寿松主编，自动控制原理（第4版），科学出版社，2000十二、开课单位：电气工程学院十三、课程的性质、目的和任务：该课程为电气工程与自动化本科专业的一门专业基础必修课程。

学习本课程主要目的是要求学生掌握自动控制原理的基本知识、学习控制系统的数学模型、时域特性、稳定性、稳态特征、动态特性和频率特性，以及分析和设计自动控制系统的基本校正方法。

课程从不同的角度讨论了单输入单输出经典控制理论与多输入多输出现代控制理论。

通过本课程的学习，使学生对反馈控制系统的基本原理有更深入地认识，进而培养学生的思维能力与分析、计算能力。

通过本课程的自控原理模拟实验与MA TLAB语言辅助分析实验，使学生进一步了解并掌握分析与设计控制系统的基本理论和基本方法，为后续相关课程打下理论基础。

十四、课程基本要求：《自动控制原理》课程是电气工程与自动化专业的一门必修主干专业基础课，占有极其重要的地位。

本课程涉及的基本概念较多，理论性、逻辑性较强，涉及内容广泛。

在教学过程中，要求教师对控制系统基本概念应有透彻讲解，对基本原理应作详尽的分析。

要求学生必须熟练掌握对控制系统的分析、计算和设计方法等。

十五、课程描述及主要内容：该课程分析讨论了经典自动控制理论与现代控制理论相关知识。

自动控制原理教学大纲一、课程简介。

自动控制原理是控制科学与工程技术的基础课程，是现代自动控制领域的基础理论和方法。

本课程旨在使学生系统地学习自动控制领域的基本理论和方法，掌握自动控制系统的分析与设计技术，为学生进一步学习与研究自动控制领域的专业知识打下坚实的基础。

二、课程目标。

1. 理解自动控制系统的基本概念和基本原理；2. 掌握自动控制系统的数学建模方法；3. 掌握自动控制系统的分析与设计方法；4. 熟悉自动控制系统的常用控制器设计方法；5. 了解自动控制系统的先进控制方法。

三、课程内容。

1. 自动控制系统基本概念。

（1）自动控制系统的定义和基本组成；（2）自动控制系统的分类及特点；（3）自动控制系统的基本结构和工作原理。

2. 自动控制系统的数学建模。

（1）自动控制系统的数学描述；（2）自动控制系统的传递函数表示；（3）自动控制系统的状态空间表示。

3. 自动控制系统的分析方法。

（1）自动控制系统的时域分析方法；（2）自动控制系统的频域分析方法；（3）自动控制系统的根轨迹法和Nyquist法分析。

4. 自动控制系统的设计方法。

（1）自动控制系统的根据性能指标的设计方法；（2）自动控制系统的稳定性设计方法；（3）自动控制系统的鲁棒性设计方法。

5. 自动控制系统的控制器设计方法。

（1）自动控制系统的比例、积分、微分控制器设计；（2）自动控制系统的PID控制器设计；（3）自动控制系统的先进控制器设计。

四、教学方法。

1. 采用理论教学与实践教学相结合的教学方法；2. 通过案例分析和实例演示，加深学生对自动控制原理的理解；3. 开展实验教学，培养学生实际动手能力；4. 鼓励学生参与讨论，提高学生的分析和解决问题的能力。

五、教学评估。

1. 平时成绩占30%，主要包括课堂作业、实验报告等；2. 期中考试占30%，主要考察学生对基本理论和方法的掌握程度；3. 期末考试占40%，主要考察学生对整个课程内容的全面掌握程度。

自动控制原理教学大纲一、课程简介自动控制原理是现代工程领域中的重要基础课程，通过本课程的学习，学生将掌握控制系统的基本原理、模型建立方法、稳定性分析与设计技术等内容，为将来从事相关工程领域的研究和工作打下坚实的基础。

二、教学目标1. 理解控制系统的基本概念和重要原理；2. 学习控制系统的数学建模方法，掌握各类控制系统的数学模型；3. 掌握控制系统的稳定性分析方法与稳定性判据；4. 学习控制系统的设计方法，包括比例积分微分（PID）控制器设计等；5. 能够运用所学知识解决相关工程问题，具备进一步深造的基础。

三、教学内容1. 控制系统基本概念1.1 控制系统的定义和分类；1.2 控制系统的基本组成及功能；1.3 控制系统的基本结构和工作原理。

2. 控制系统数学建模2.1 连续时间系统的数学建模方法；2.2 离散时间系统的数学建模方法；2.3 线性时不变系统的数学模型建立。

3. 控制系统的稳定性分析3.1 稳定性的定义与判据；3.2 时域分析方法；3.3 频域分析方法。

4. 控制系统的设计方法4.1 比例控制（P控制）；4.2 积分控制（I控制）；4.3 微分控制（D控制）；4.4 PID控制器设计。

5. 控制系统的应用5.1 控制系统在电气、机械、航空等领域的应用；5.2 控制系统在自动化生产线、机器人控制等方面的应用。

四、教学方法1. 理论讲解：通过教师授课、课件演示等方式，给予学生理论知识的系统学习。

2. 实例分析：通过案例分析、仿真实验等方式，帮助学生理解理论知识在实际问题中的应用。

3. 课堂互动：鼓励学生积极参与课堂讨论、提问等活动，加深对知识的理解。

4. 实践操作：组织学生进行相关控制系统设计、仿真实验等实践操作，提高实际应用能力。

五、评估方式1. 平时表现：课堂参与度、作业完成情况等；2. 期中考试：主要考察基础知识的掌握情况；3. 期末考试：综合考察学生对整个课程知识的掌握情况；4. 实验报告：针对控制系统设计实验等实践环节的评估。

《自动控制原理》教学大纲适应专业：电气自动化、机电一体化技术、应用电子技术课程性质：必修课总学时：72总学分：4一、课程性质、目的和任务《自动控制原理》课程是机电一体会、机械制造及自动化等专业的专业必修课，是数控技术、模具等专业的主干课程。

并在许多工程技术领域中有着广的泛应用。

本课程是机电一体化专业必修的一门重要的专业基础课（主干课程）。

它是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。

课程的主要任务是通过学习，使学生掌握自动控制的基本原理及必要的现代控制理论方面的基础知识，熟练掌握各种分析方法；同时通过实验，将理论与实践有机地结合起来，培养学生一定的实际动手能力。

它为学习后续专业课如现代控制理论、自动控制系统、计算机控制系统等课程打下坚实的理论基础。

通过课堂教学环节与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,基本规律和研究方法，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。

同时结合本课程特点，培养学生的学习和创造能力。

二、教学基本要求通过学习本课程，使学生掌握自动控制系统的基本概念、自动控制理论的发展历史，学会建立和简化自动控制系统的数学模型，着重掌握自动控制系统的时域分析法和频率特性分析法，并了解自动控制系统综合与校正的一般方法；在此基础上，利用线性代数及矩阵论的有关知识，对线性控制系统进行分析与研究，讨论状态方程的建立、变换和求解的方法，系统的能控性与能观测性的定义及判别方法，状态反馈和闭环极点配置方法等；要求会分析和计算有关问题，并能独立完成规定的实验。

三、教学内容及要求本课程的第一至六章内容,包括自动控制的基本概念、基本理论以及基本分析方法，拉普拉斯变换的运用、系统的数学模型的建立方法及步骤、控制系统的主要分析方法（时域分析法与频域分析法）、自动控制系统的校正方面的内容。

突出基本概念、基本理论和基本方法；简化数学推演，强化自动控制上的概念；充分利用现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。

《自动控制原理》课程教学大纲课程名称：Automatic Control Theory课程类型：学科基础课学 时：80学时 理论学时：74 实验学时：6学 分：5适用对象：自动化、测控技术与仪器专业本科一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化及测控技术与仪器专业的学科基础课。

本课程的学习任务要求学生掌握经典控制论的基本概念、基本原理和基本方法。

目的在于使学生掌握控制理论基本概念的基础上，具备对系统进行定性分析、定量估算和动态仿真能力，为专业课学习和工程实践打下必要的基础。

先修课程：《高等数学》、《复变函数》、《电路》、《模拟电子技术》。

二、教学基本要求1 熟练掌握线性定常连续系统建模方法及各类数学模型之间的相互转换；2 熟练掌握线性定常连续系统的分析方法(包括时域分析法、根轨迹法和频率法），并能够利用这些方法分析系统的稳定性、动态性能和稳态性能；3 掌握线性定常连续系统的串联校正法，了解反馈校正和复合校正基本原理；4掌握线性定常离散系统的数学描述及分析方法。

三、课程内容及学时分配1 概述 （2学时）2 控制系统数学模型（8学时）（1）时域数学模型（2）复域数学模型（3）结构图与信号流图（4）闭环传递函数3 控制系统时域分析（14学时）（1）时域性能指标（2）一阶系统时域分析（3）二阶系统时域分析（4）高阶系统时域分析（5）线性系统稳定性分析（6）线性系统稳态误差计算（7）顺馈控制的误差分析4 控制系统根轨迹分析（8学时）（1）根轨迹法的基本概念（2）根轨迹的绘制法则（3）零度根轨迹（4）参数根轨迹（5）系统性能分析5 控制系统频域分析（16学时）（1）频率特性概念（2）典型环节频率特性（3）开环系统频率特性绘制（4）频域稳定判据（5）稳定裕度（6）闭环频域性能6 线性系统校正方法（6学时）（1）系统的设计与校正（2）常用校正装置及其特性（3）串联校正（4）反馈校正7 离散系统分析（10学时）（1）离散系统基本概念（2）信号的采样与保持（3）z变换理论（4）离散系统数学模型（5）稳定性与稳态误差（6）动态性能分析8 非线性系统分析（10学时）（1）非线性控制系统概述（2）常见非线性特性及其对系统运动的影响（3）相平面法（4）描述函数分析法四、实验教学内容及要求模拟实验2学时：①典型环节模拟 ②*一阶、二阶系统分析上机实验4学时：①系统建模与时域分析 ②根轨迹与频域分析 ③*线性定常系统校正 五、教材及参考书教材：《自动控制原理》 李友善 主编 国防出版社出版《自动控制原理》 胡寿松 主编 科学出版社出版参考书目：《自动控制原理习题集》 胡寿松 主编 科学出版社出版《自动控制原理300题》 李友善等 主编 国防出版社出版《现代控制工程》（第三版）卢伯英等译电子工业出版社出版《自动控制原理讲义》（上） 自编大纲制定：宋雪玲大纲审定：刘朝英制定日期：2005年4月《自动控制原理》课程教学大纲课程名称：Automatic Control Theory课程类型：学科基础课 理论学时：40 实验学时：8学 时：48学时学 分：3适用对象：工业工程专业本科一、课程的性质、目的和任务本课程是工业工程专业的学科基础课。

《自动控制原理》课程教学大纲1.教学目的及任务：《自动控制原理》课程是自动化、测控技术及仪器、电子信息工程及通信工程等相关专业的平台课。

通过本课程的教学（讲课、实验和习题课），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。

培养学生的独立思考能力和实践能力，使学生成为有思想、会学习、能创新的新一代高素质创新型的人才。

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。

同时结合本课程特点，培养学生的学习和创造能力。

2.教学内容的结构：1.基本知识模块（4学时）2.数学模型的建立与求解模块 (10学时)3.线性连续系统的时域分析模块（24学时，其中包含4学时的实验）4.线性连续系统的频域分析与设计模块（24学时，其中包含4学时的实验）5.非线性系统分析模块（10学时，其中包含2学时的实验）6.线性离散系统综述模块（8学时，其中包含2学时的实验）注:上述6个知识模块是按照自动化专业的计划（80学时，其中包含12学时的实验）设计的，其中1、2、3模块是必须按先后顺序选择的，后面几个模块则可以针对不同专业不同学时的需求，任意选用。

3.模块或单元教学目标与任务：1)自动控制系统的基本概念(对应教材的第1章)⑴了解自动控制系统的基本结构和特点及其工作原理；⑵了解闭环控制系统的组成和基本环节；⑶掌握反馈控制系统的基本要求——稳定性、暂态和稳态性能指标——的基本定义；⑷学会分析自动控制系统的类型及本质特征。

2)自动控制系统的数学模型(对应教材的第2章)⑴简单物理系统的微分方程和传递函数的列写及计算；⑵非线性模型的线性化方法；⑶方块图和信号流图的变换与化简；⑷开环传递函数与闭环传递函数的推导和计算。

自动控制原理教学大纲
教务处
一、课程性质
《自动控制原理》是一门培养学生自动控制系统分析设计能力的主干技术基础课,主要讲授自动控制系统基本知识、基本理论和基本方法,在自动化专业培养计划中,它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。

自动控制技术是现代化技术中重要的方面,主要讲述现代自动控制技术的基本原理与结构模型,自动控制系统的分析方法与设计方法使学生具备自动化控制的基础理论知识以及实践能力。

二、课程目标
(一)掌握自动控制的定义、组成、基本控制方式、特点及基本
要求。

(二)掌握拉普拉斯变换的概念和数学方法及定位。

(三)掌握控制系统时域分析法。

(四)掌握线性系统的稳定性分析和劳斯稳定判据。

(五)掌握线性系统稳态误差计算。

(六)掌握线性系统频率响应、频率特性和矫正方法。

三、参考学时
168学时
四、课程内容
五、教学实施建议
(一)教师在理论课的讲授过程中,力求对内容高度熟练,做到深
入浅出地讲解,引导学生逐步理解课程的重点和难点,让学生
掌握基本概念、基本理论和基本技术。

总结起来,在教学中使
用的讨论式教学、推演式教学、项目教学法、实验法、引导
教学法、情境教学法、理论联系实际的教学方法都收到了较
好的效果。

(二)注重现代教育技术手段的应用,合理地运用现代信息等手
段,可以提高教学效率、加速学生创新能力的培养。

具体做法
有使用多媒体教学、利用网络资源、使用仿真平台如MATLAB
软件的仿真实验,可以充分利用MATLAB软件的方便特性,很
直观的看到实验结果,验证课堂上学过的理论知识,节省实验
时间。

《自动控制原理》课程教学大纲一、课程性质和目的本课程是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课，通过对本课程的学习，要求能够了解自动控制的基本概念，建立控制系统的数学模型，利用数学模型对系统进行性能分析，并掌握系统的设计与校正方法。

二、课程的基本要求通过对本课程的学习，要求学生了解自动控制的一般概念，掌握控制系统建摸方法、线性系统的时域分析法、频域分析法、根轨迹分析法，理解稳定性的有关概念，掌握稳定性判据，掌握线性系统的设计与校正方法，理解线性离散系统的分析及校正方法，了解非线性系统的分析方法。

掌握线性系统的状态空间分析法。

三、课程内容与要求第一章自动控制的基本概念（2学时）1、学习目的和要求通过本章学习，了解自动控制的基本原理、自动控制系统的分类与基本要求。

2、课程内容（1）自动控制的基本原理与方式。

（2）自动控制系统分类。

（3）对自动控制系统的基本要求。

3、考核知识点和考核要求（1）识记：自动控制系统分类、基本要求。

（2）领会：自动控制系统基本原理。

第二章控制系统的数学模型（8学时）1、学习目的和要求通过学习，掌握控制系统数学模型的建立方法。

2、课程内容（1）控制系统的时域数学模型－微分方程。

（2）控制系统的复数域数学模型－传递函数。

（3）控制系统的结构图与信号流图。

3、考核知识点和考核要求（1）识记：微分方程，传递函数的基本概念，典型环节的传递函数。

（2）领会：传递函数与系统性能的关系。

（3）综合应用：根据控制系统的物理结构绘制结构图和信号流图并求系统的传递函数。

第三章线性系统的时域分析法（10学时）1、学习目的和要求通过学习，了解系统时间响应的性能指标，稳定性及误差有关概念，掌握一阶、二阶，高阶系统的分析方法。

2、课程内容（1）系统时间响应的性能指标。

（2）一阶系统的时域分析。

（3）二阶系统的时域分析。

（4）高阶系统的时域分析。

（5）线性系统的稳定性分析。

（6）线性系统的稳态误差计算。

3、考核知识点和考核要求（1）识记：系统时域性能指标、稳定性概念，误差定义。

《自动控制原理》教学大纲一、课程名称：自动控制原理二、课程性质：专业基础课三、学时：51学时四、学分：3学分五、适用专业：自动化、电气工程及其自动化、机械工程及其自动化等六、先修课程：高等数学、线性代数、电路分析、信号与系统七、教学目标：1. 掌握自动控制系统的基本原理和基本概念，了解自动控制系统的历史发展和现状。

2. 熟练掌握控制系统的数学模型建立方法，包括微分方程、传递函数、状态空间等。

3. 熟练掌握控制系统的性能分析方法，包括频率响应法、根轨迹法、Nyquist法等。

4. 熟练掌握控制系统的设计方法，包括PID控制器设计、根轨迹法设计、状态反馈法设计等。

5. 熟练掌握控制系统的仿真和实验方法，包括MATLAB/Simulink仿真、实验室设备操作等。

6. 培养学生的创新能力和实际工程应用能力，为学生进一步学习相关专业课程和从事工程技术工作打下坚实的基础。

八、教学内容：1. 自动控制系统的基本概念和基本原理2. 控制系统的数学模型建立方法- 微分方程建模- 传递函数建模- 状态空间建模3. 控制系统的性能分析方法- 频率响应法- 根轨迹法- Nyquist法4. 控制系统的设计方法- PID控制器设计- 根轨迹法设计- 状态反馈法设计5. 控制系统的仿真和实验方法- MATLAB/Simulink仿真- 实验室设备操作6. 自动控制系统的应用实例九、教学方法：1. 采用讲授、讨论、案例分析等多种教学方法，注重理论与实际相结合。

2. 利用MATLAB/Simulink软件进行控制系统的仿真实验，提高学生的实践能力。

3. 通过课堂讨论、小组合作等方式，培养学生的团队协作能力和沟通能力。

十、考核方式：1. 平时成绩（30%）：包括课堂表现、作业、实验报告等。

2. 期中考试（20%）：测试学生对本学期所学内容的掌握程度。

3. 期末考试（50%）：测试学生对本课程全部内容的掌握程度。

《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：21311104总学时数：72（理论60，实验12）总学分数：4.5课程性质：专业必修课适用专业：电气工程及其自动化一、课程的任务和基本要求：本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。

掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。

掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。

了解非线性控制系统的分析和综合方法。

建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。

通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。

结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。

从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、智能控制、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。

自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。

二、基本内容和要求：1. 基础知识（1）人工控制和自动控制（2）开环控制系统（3）闭环控制系统（4）反馈控制系统的组成、分类和性能指标要求：了解控制理论的发展史、开环控制系统与闭环控制系统、反馈控制系统的组成、分类和性能指标。

2. 单变量线性定常系统的数学描述（1）系统的动态特性（2）单变量线性定常系统的数学描述（3）典型环节及其传递函数（4）控制系统方块图（5）信号流图（6）非线性微分方程线性化要求：控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。

3. 单变量线性定常系统的性能指标（1）单变量线性定常系统的输出响应（2）单变量线性定常系统的稳定性（3）劳斯稳定判据（4）控制系统的瞬态特性（5）控制系统的稳态特性（6）动态误差系数要求：掌握线性定常系统的瞬态特性和稳态特性，掌握劳斯判据。

《自动控制原理》课程教学大纲课程编码：15121114 课程类型：专业课总学时：68 学分：4第一部分相关说明一、课程的性质和任务《自动控制原理》是电子信息工程、电气工程及其自动化等专业设置的一门主干专业课。

本课程适用于招收普通高中毕业生，学制四年的本科应用型学生的学习。

本课程主要阐述经典控制理论的有关基本概念、基本原理、基本分析方法、设计校正和工程设计方法。

其教学任务是使学生掌握自动控制系统的基本概念和自动控制系统分析、设计(校正)的基本方法，初步掌握分析调试、设计系统技能，学会运用 MATLAB 进行控制系统辅助分析设计的方法，为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础，掌握必要的基本技能。

学习自动控制原理的基本内容，包括自动控制系统的基本概念、自动控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法、自动控制系统的综合与校正、离散控制系统、状态空间分析法以及基于MATLAB的控制系统分析。

二、课程的基本要求1、基本要求学生通过本课程的学习应掌握通过传递函数设计、分析控制系统，熟悉各种典型环节、典型输入的特性及图形特点，并能根据各种典型环节的串联、并联分析其时域、频域、稳定性、灵敏度、误差等性能。

2、提高性要求学生应掌握在控制系统的串联、并联校正设计的基础上，进行控制系统的工程设计以及线性离散性控制系统的知识。

3、技能性要求能够按系统设计要求画出系统方框图，并根据传递函数进行系统的设计和各种性能分析。

三、教学方法与重点、难点教学方法：针对本课程学时少，内容多，技术发展快，实践性强等的特点，应采取探讨式和启发式教学；教学过程以课堂采用多媒体开展教学。

重点：根据传递函数进行系统的设计和各种性能分析。

难点：控制系统的工程设计以及线性离散性控制系统的知识。

四、本课程与相关课程的联系本课程内容涉及到高等数学、物理、电工基础、电子技术基础、信号与系统、电机学和半导体变流技术等多门先修课程的基础知识。