自动控制原理教学大纲-胡寿松

胡寿松<自动控制原理>第四版学习大纲参考书：自动控制原理(第四版) 胡寿松主编科学出版社2001年第一章自动控制的一般概念知识点：控制系统的一般概念：名词术语控制系统的分类、组成典型外作用对控制系统的基本要求基本要求：掌握反馈控制的基本原理根据系统工作原理图绘制方块图第二章控制系统的数学模型知识点：控制系统动态微分方程的建立拉普拉斯变换法求解线性微分方程的零初态响应与零输入响应运动模态的概念传递函数的定义和性质、典型元部件传递函数的求法系统结构图的绘制、等效变换、梅森公式在结构图和信号流图中的应用基本要求：利用复阻抗的概念建立无源网络的结构图熟悉控制系统常用元部件的传递函数掌握控制系统结构图的绘制方法及串联、并联、反馈三种基本等效变换用等效变换方法或梅森公式求系统结构图或信号流图的各种传递函数第三章线性系统的时域分析法知识点：控制系统时域动态性能指标的定义与计算误差的定义与稳态误差的计算系统稳定性的定义与判断法则系统动态性能分析基本要求：一阶系统阶跃响应的求法、一阶系统动态性能指标的计算公式推导典型欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算、性能指标与特征根的关系改善二阶系统动态性能指标的方法主导极点与偶极子的概念及其应用劳斯判据及其应用静态误差系数、系统型别、稳态误差的计算扰动引起的误差的定义与计算方法减小和消除稳态误差的方法不作要求的内容:非零初始条件下二阶系统的响应过程(Pg101)高阶系统的动态性能估算(Pg106)赫尔维茨稳定判据(Pg111)动态误差系数(Pg125)、采用串级控制抑制内回路扰动(Pg131)第四章线性系统的根轨迹法知识点：根轨迹的基本概念根轨迹的模值条件与相角条件根轨迹绘制的基本法则广义根轨迹系统性能的分析基本要求：由系统的特征方程求开环增益从零到无穷变化时的根轨迹方程（或开环零点、或开环极点从零到无穷变化）根轨迹的模值方程与相角方程的几何意义零度根轨迹与180度根轨迹的绘制法则由根轨迹分析系统稳定性、分析参数变化对系统运动模态的影响不作要求的内容:根轨迹簇的绘制(Pg157)第五章线性系统的频域分析法知识点：频率特性的概念及其图示法开环频率特性的绘制稳定裕度基本要求：频率特性的计算方法（切记：稳定系统正弦响应的稳态分量，是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角均随输入信号的频率而改变；其稳态误差也是与输入同频率的正弦信号，其幅值和相角也随输入正弦的频率而改变）典型环节的频率特性，其中振荡环节的两组特征点要记住开环系统幅相曲线的绘制、对数频率特性曲线的绘制，对数坐标系的应用由最小相角系统的对数幅频渐近曲线求传递函数的方法奈奎斯特稳定判据及对数稳定判据稳定裕度的物理意义及计算方法不作要求的内容:对数幅相曲线（Pg175）、例5-5(Pg185)Pg195第10行~Pg196第8行、确定性信号的频谱(Pg206)随机信号的频谱（Pg208）、确定闭环频率特性的图解方法(Pg209)第六章线性系统的校正方法知识点：系统的设计与校正问题常用校正装置及其特性串联校正复合校正基本要求：串联超前校正网络的设计方法、串联滞后校正网络的设计方法串联滞后-超前校正网络的设计、PID校正的特点复合校正网络的设计不作要求的内容:串联综合法校正(Pg244)串联工程设计方法(Pg249)反馈校正(Pg251)第七章线性离散系统的分析与校正知识点：离散系统的基本概念信号的采样与保持Z变换理论离散系统的数学模型离散系统的稳定性与稳态误差动态性能分析离散系统的数字校正基本要求：采样与保持的物理描述与数学描述、香农采样定理零阶保持器的数学描述及其频率特性差分方程的概念、差分方程的建立与求解脉冲传递函数的概念、用Z变换方法求系统的输出响应Z域稳定判据、W域稳定判据、朱利稳定判据离散系统的性能分析第八章非线性控制系统分析知识点：非线性控制系统概述常见非线性特性及其对系统运动的影响相平面法描述函数法基本要求：线性系统的相轨迹、等倾线法、开关线、奇点及其类型，非线性系统的相轨迹非线性系统的等效变换负倒描述函数曲线的绘制非线性系统稳定性的判断自激振荡的判断及自振参数的确定不作要求的内容:由相轨迹绘制时间响应曲线非线性控制的逆系统方法。

可编辑修改精选全文完整版《自动控制原理（经典部分）》课程实验教学大纲课程编号课程名称（中文）自动控制原理（经典部分）课程名称（英文）Theory of Automatic Control(classical)实验性质非独立设课课程属性专业基础适用专业自动化先修课程数学分析，高等代数，复变函数与积分变换，电路，模拟电子技术，数字电子技术总学时90 实验学时18 总学分 5制定单位信息与电气工程学院制定时间一、实验的性质、目的和任务《自动控制原理》课是自动化专业的专业基础课程，自动控制原理实验课程是一门理论验证型实验课程，结合自动控制理论课开设了一系列相应的实验，使学生理论与实践结合，更好的掌握控制理论。

通过实验，学生可以了解典型环节的特性、模拟方法及控制系统分析与校正方法，掌握离散控制系统组成原理、调试方法；使学生加深对控制理论的理解和认识，同时有助于培养学生分析问题和解决问题的工程综合能力，拓宽学生的专业面和知识面，为以后的深入学习与工作打下扎实的基础。

二、实验的基本内容与要求序号实验项目学时数内容与要求实验属性必开选开1 典型环节的时域响应2 （1）掌握自动控制原理实验箱的使用方法。

（2）学习用电路构成所需要的系统仿真模型(传递函数)。

（3）掌握典型环节模拟电路的研究方法，观测各种典型环节的阶跃响应曲线。

（4）通过对典型电路分析和实验，掌握系统数学模型的理论建模方法和实验测定法。

验证√2 典型系统瞬态响应和稳定性分析2 （1）掌握瞬态性能指标的测试技能。

（2）了解参数变化对系统瞬综合√态性能和稳定性的影响。

（3）研究二阶系统阻尼系数ξ和自然振荡频率ωn与系统结构之间的关系。

（4）按实验步骤绘出实验线路、标出原始数据，画出输出波形图。

3 线性系统的根轨迹分析2 （1）掌握绘制根轨迹的基本法则。

（2）掌握闭环主导极点的概念。

（3）了解闭环极点的分布与系统性能的关系。

综合√4 线性系统的频率响应分析2 （1）学习测量系统（或环节）频率特性曲线的方法和技能。

完整版自动控制原理教学大纲一、基本信息1.课程名称：自动控制原理2.学时：48学时3.学分：3学分二、课程目标本课程的目标是让学生掌握自动控制的基本概念、原理和方法，了解常见的控制系统的设计与分析，并具备解决工程实际问题的基本能力。

三、课程内容1.自动控制概述-自动控制的定义与发展-自动控制系统的基本组成-自动控制系统的分类与应用2.信号与系统-信号的分类与表示-基本信号的性质与处理方法-系统的数学描述-系统的时域与频域分析3.闭环控制系统-闭环控制系统的定义与特点-闭环系统的数学模型-闭环系统的性能指标与评价方法-闭环系统的稳定性与稳态误差-常见的闭环控制器设计方法4.开环控制系统-开环控制系统的定义与特点-开环系统的数学模型-开环系统的稳定性与稳态误差-常见的开环控制器设计方法5.联立方程与传递函数-多变量系统的联立方程-传递函数的定义与性质-多输入多输出系统的传递函数表示方法6.系统的时域性能指标-响应的时间特性-系统的稳态误差分析-超调量与振荡周期-系统的阻尼比与自然频率7.根轨迹法与频率法-根轨迹法的基本原理与应用-频率法的基本原理与应用-根轨迹法与频率法的综合应用8.PID控制器与系统校正-PID控制器的定义与结构-PID控制器的参数调节方法-系统的校正与补偿四、教学方法1.理论讲授：通过课堂教学向学生传授自动控制的基本概念、原理和方法。

2.实例演示：通过实例演示，帮助学生理解和应用所学的知识。

3.实验操作：安排实验操作，培养学生的实际动手能力和问题解决能力。

4.讨论与交流：鼓励学生进行讨论与交流，加深对自动控制原理的理解。

五、评价方式1.平时表现：包括出勤情况、课堂参与度等。

2.作业与实验报告：要求学生按时完成作业和实验，并提交相应的报告。

3.期中考试：进行一次期中考试，考察学生对自动控制原理的掌握程度。

4.期末考试：进行一次期末考试，考察学生对整个课程的综合理解和应用能力。

六、参考教材1.《自动控制原理教程》（第五版），胡寿松，清华大学出版社2.《自动控制原理》（第八版），奚振中，高等教育出版社3.《自动控制原理与应用》（第九版），朱小丹，机械工业出版社七、备注根据实际教学进度和学生背景，可适当调整课程内容、教学方法和评价方式。

自动控制原理课程教学大纲◆层次：☑本科☐专科◆课程英文名称：Automatical control principle◆课程类别：本科选☐通识必修☐通识选修☑专业必修☐专业选修专科选☐公共必修☐公共选修☐职业技术必修☐职业技术选修◆适用专业：自动化◆配套教学计划：2011级教学计划◆开课系部：自动化系◆学分：5◆学时：80 其中：实验（实践）学时：10 ；课外学时：0◆执笔人：张海燕教研室审核人：张海燕系部审核人：一、课程性质和教学目标《自动控制原理》是自动化专业的一门必修课，通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。

通过对本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法，能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析，能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法，具体要求如下：1．掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。

2．了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。

3．掌握用传递函数，方框图，信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。

4．掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。

5．掌握对控制系统进行分析和综合的方法：时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。

6．初步掌握控制系统的校正和设计方法，为解决实际问题打好基础。

7．掌握脉冲传递函数的概念，了解离散控制系统的一般分析方法。

8．初步了解非线性系统的基本知识。

二、本课程与其他课程的联系与分工本课程在自动化专业教学计划中被列为专业基础课,本课程以工程数学、电路、电机拖动等为前序课程,也是过程控制系统等课程必需的理论基础，因此本课程的学习对全面掌握各门专业课程起着重要的作用。

本课程的重点是第三、第四、第五章章，次重点是第一、第二章，一般章节为六章。

三、教学内容和教学方式第一章自动控制的一般概念（4学时）（一）教学要求（1）明确什么是自动控制；正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念；（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；（3）初步掌握由系统工作原理画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式；（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式；（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。

《自动控制原理》课程教学大纲(一)课程教学目标自动控制理论是电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课程。

通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

(二)课程的目的与任务通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。

学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。

(三)理论教学的基本要求1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。

2、熟练掌握典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。

3、熟练掌握暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念。

4、熟练掌握根轨迹的概念和绘制法则，并能利用根轨迹对系统性能进行分析，初步掌握偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。

5、熟练掌握频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据。

6、熟练掌握校正的基本概念、基本校正方式和反馈校正的作用，初步掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法，了解以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。

(四)教学学时分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计一自动控制的一般概念22二自动控制系统的数学模型1212三时域分析法1414四根轨迹法1010五频率域方法1212六控制系统的校正1010七非线性系统分析1010八系统采样理论66总计7676(五)主要教学方法与媒体要求传统教学与多媒体教学相结合；matlab数学应用软件与相应的自动控制实验装置。

《自动控制原理》课程教学大纲英文名称：Automatic Control Theory课程编号：适用专业：电子信息工程、电子信息科学与技术学时：46 学分：2.5课程类别：专业方向课课程性质：任选课一、课程的性质和目的通过本课程的学习，使学生建立经典控制理论部分的基本概念，学习现代控制理论的基本内容，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使其具有分析和设计自动控制系统的初步能力。

同时为以后从事实际工作和科研奠定一定的理论基础。

二、课程教学内容第一章：自动控制的一般概念主要内容：要求建立必要的基本概念：反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象；要求学生能根据控制系统工作原理图绘制方块图。

第二章：控制系统的数学模型主要内容：用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型－微分方程，典型元部件的传递函数的求取，结构图的绘制，由结构图等效变换求传递函数，由梅森公式求传递函数。

重点：常用元部件传递函数的求取；系统传递函数的求取。

难点：结构图等效变换；梅森公式的应用。

第三章：线性系统的时域分析法主要内容：时域性能指标的定义，一阶和二阶系统性能指标的求取及二阶系统性能改善的方法，用Matlab求高阶系统动态性能指标，劳斯稳定判据及其应用，稳态误差的分析与计算，减小或消除稳态误差的方法。

重点：二阶系统性能指标的求取第四章：线性系统的根轨迹法主要内容：根轨迹的概念，根轨迹方程，绘制根轨迹的基本法则。

重点：绘制根轨迹。

第五章：线性系统的频域分析法主要内容：频域特性的物理意义及图形表示方法，奈氏判据，稳定裕度，用频率特性建立系统的数学模型。

重点：复杂系统稳定裕度的确定。

难点：多环系统的开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定。

第六章：线性系统的校正方法主要内容：串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后－超前校正基本概念。

第七章：线性离散系统的分析与校正主要内容：信号的离散化与信号保持器，Z变换定理，闭环脉冲传递函数，离散系统的稳定性与稳态误差，动态性能分析。

自动控制原理教学大纲文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]《自动控制原理》教学大纲课程类别：专业必修课课程名称：自动控制原理开课单位：飞行器设计与工程专业建设组课程编号：N02010102总学时：64学分：4适用专业：飞行器设计与工程先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、机械原理、电工技术等一、课程在教学计划中的地位、作用《自动控制原理》是飞行器设计与工程专业的一门必修课，通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。

通过对本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法，能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析，能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法。

二、课程内容、基本要求1、掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。

2、了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。

3、掌握用传递函数，方框图，信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。

4、掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。

5、掌握对控制系统进行分析和综合的方法：时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。

6、初步掌握控制系统的校正和设计方法，为解决实际问题打好基础。

第一章自动控制的一般概念（3学时）教学要求：（1）明确什么是自动控制；正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念；（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制；（3）初步掌握由系统工作原理画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式；（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特别是按数学模型分类的方式；（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。

重点和难点重点：掌握线性与非线性系统的分类，特别是对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。

《自动控制原理》课程教案前言一、重要性1、自动控制原理是自动化专业主干课程，是最重要的专业基础课，该课程涉及到电路、电机拖动、电子技术等方面的知识，为学好专业课打下良好的基础。

2、自动控制原理课不仅是高校控制类专业必修课程，而且越来越多的非控制专业也列入必修课，也各高校研究生入学考试的课程。

3、自动化的核心是控制技术，控制技术的的基础是控制理论，没有先进的控制理论就没有先进的控制技术。

二、本课主要内容自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型建立、介绍线性系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析三大分析设计方法，并介绍校正的相关概念与系统校正的设计方法。

三、如何学好该课程要学好这门课程主要把握几个环节：1、知识的连续性，一环扣一环，及时消化理解；2、要掌握好电路、电机拖动及模拟电子技术方面的知识；3、加强作业练习，作好课堂笔记；4、利用好答疑时间，发现问题及时解决；5、加强实践环节，上好实验课。

四、参考书1、卢京潮编著，自动控制原理，西北工业大学出版社，2004年9月2、蒋大明等编著，自动控制原理，清华大学出版社，2003年3月3、谢克明等编著，自动控制原理，电子工业出版社，2004年4月4、杨自厚编著，自动控制原理，冶金工业出版社，2002年5月卢京潮编著：主要特点：（1）内容较丰富；（2）有系统仿真分析；（3）第一章有相关新知识。

蒋大明等编著：主要特点：（1）系统实例较多，具有一定的实用性。

（2）主要参考第二章和第五章内容。

杨自厚编著主要特点：（1）系统设计方面讲述全面、系统。

（3）主要参考第三章、第五章和第六章内容。

五、学时分配（80学时）六、本课程自学内容1、动态误差系数（2学时）提纲：广义误差系数：动态位置误差系数、动态速度误差系数、动态加速度误差系数等。

要求：能求系统的动态误差。

所需知识：传递函数、稳态误差2、高阶系统（2学时）提纲：（1）高阶系统的单位阶跃响应。

（2）高阶系统的动态性能估算。