新自动控制原理教学大纲

黄淮学院《自动控制原理》课程教学大纲一、课程编码及课程名称课程编码：321130413课程名称：自动控制原理（Automatic Control Theory）二、学时及学分总学时数：72，其中，讲授学时：54，实践（实验）学时：18学分：3三、适用专业及开设学期适用专业：电子科学与技术（本科）开设学期：第六学期四、课程的性质、目标和任务本课程是电子科学与技术、自动化及机电一体化等专业的主要专业基础课，是与后续专业课紧密相关的一门理论性较强的课程。

重点在于学习反馈控制系统的基本理论及基本方法，掌握控制系统的分析，设计方法和技能，并能在后续专业课中应用其理论及方法进行分析和设计控制系统的任务。

本课程是学习控制系统的分析与设计及较深入学习控制理论的基础。

通过课堂讲授、实验等环节，使学生全面了解自动控制系统的组成、分类及其应用概况，掌握自动控制的基本理论、典型的分析方法及线性系统的校正方法，为今后的学习奠定扎实的基础。

除在系统建模、系统稳定性及动态分析、系统初步设计、非线性系统理论等方面能使学生具备必要的知识，同时还能学习计算机辅助分析与设计的基础原理。

这些都能为深入进行理论研究和从事工业控制系统的设计与改造打下坚实的基础。

五、课程的基本要求通过本门课程的学习，要求学生掌握自动控制系统组成与基本控制原理；牢固掌握控制系统数学模型及建立方法、线性连续系统的稳定性判断、稳态误差的计算及系统时域与频域分析与设计；重点掌握线性定常系统的频域分析与设计方法，对数字系统和非线性系统有一个一般性的了解。

六、课程教学内容第一章自动控制的一般概念（共4学时）（一）本章教学目的和要求介绍本课程研究的课题及方法，明确本课程的目的，介绍自动控制系统的基本原理与方式，控制系统的组成及系统的分类。

（二）教学内容1.1、自动控制的基本原理与方式1.2、自动控制系统示例1.3、自动控制系统的分类1.4、对自动控制系统的基本要求（三）重点与难点重点: 1、反馈控制原理难点：1、对自动控制系统的基本要求第二章控制系统的数学模型（共14学时）（一）本章教学目的和要求介绍数学模型的概念，数学模型在分析、研究系统中的重要性，讲解常用的建模方法。

掌握传递函数的定义、性质；了解非线性数学模型线性化的方法；掌握典型环节的数学模型及特点；重点掌握控制系统微分方程的建立、传递函数、动态结构图及其等效变换。

（二）教学内容1.1．自动控制的基本原理与方式1.2．自动控制系统示例1.3．自动控制系统的分类1.4．对自动控制系统的基本要求补充：拉普拉斯变换（三）重点与难点重点: 1、拉普拉斯变换；数学模型的概念及其重要性；传递函数、动态结构图及其等效变换；同一系统数学模型的多样性及相互变换。

难点：1、结构图等效变换及梅逊公式的正确运用。

第三章系统的时域分析法（共9学时）（一）本章教学目的和要求熟悉规定典型输入信号的意义；掌握用劳斯稳定判据判断系统稳定性和确定系统各种参数的稳定取值范围；熟悉二阶系统的单位阶跃响应；掌握二阶系统欠阻尼情况下性能指标的计算；掌握系统闭环主导极点的概念；了解高阶系统的组成及其响应；掌握系统稳态误差的计算方法和减小稳态误差的措施。

（二）教学内容3.1．系统性能指标3.2．一阶系统性能分析3.3．二阶系统性能分析3.4．高阶系统的时域分析3.5．控制系统的稳定性分析3.6．用时域分析法分析系统的性能3.7．MATLAB用于时域分析（三）重点与难点重点: 1.反馈控制原理难点：1. 对自动控制系统的基本要求第四章根轨迹分析法（共8学时）（一）本章教学目的和要求掌握根轨迹的基本概念及根轨迹方程、绘制根轨迹的基本法则、特殊根轨迹、系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系、开环零极点的变化对根轨迹的影响。

掌握各种类型系统的根轨迹的绘制方法, 并能通过根轨迹图来分析控制系统的控制性能。

了解各种特殊根轨迹的绘制方法。

（二）教学内容4.1．根轨迹的基本概念4.2．绘制根轨迹的基本方法4.3．广义根轨迹4.4．用根轨迹法分析系统性能4.5．Matlab用于根轨迹分析（三）重点与难点重点: 1.概略绘制根轨迹的基本规则；根轨迹与系统性能的关系。

难点：1. 开环零、极点分布与根轨迹形状间的对应关系。

第五章频率特性法（共10学时）（一）本章教学目的和要求掌握频率特性的物理概念和数学定义，频率特性求取及表示方法。

熟练掌握典型环节的频率特性；熟练掌握系统开环频率特性的绘制、柰奎斯特稳定判据和系统的稳定裕量，了解频域指标与时域指标间的关系。

（二）教学内容5.1．频率特性的基本概念5.2．典型环节与系统的频率特性5.3．用实验法确定系统的传递函数5.4．用频率特性法分析系统稳定性5.5．频率特性与系统性能的关系5.6．用频率特性法分析系统性能举例5.7．Mat l ab用于频域分析（三）重点与难点重点: 1. 频率特性的基本概念，系统开环频率特性的绘制（伯德图和奈氏图）；最小相位环节（或系统）频率特性的特点；奈奎斯特稳定判据及其应用；稳定裕度的概念及其计算。

难点：1. 频率特性与时域响应的关系、奈奎斯特稳定性判据、闭环频率特性；奈奎斯特稳定判据正确理解及其正确运用。

第六章控制系统的校正与设计（共6学时）（一）本章教学目的和要求在对控制系统的控制性能进行分析的基础上, 对控制性能的改进就涉及到系统的校正。

要求在建立控制系统校正的一般概念的基础上, 对串联校正、反馈校正、前置校正有较为全面的理解。

掌握频率法校正的一般方法。

（二）教学内容6.1．系统校正的一般方法6.2．控制系统的工程设计方法6.3．控制系统设计举例6.4．Matlab用于系统校正与设计（三）重点与难点重点：典型校正环节对系统的校正作用；串联校正的分析法设计。

难点：各种串联校正方式（滞后校正、超前校正、滞后－超前校正）对系统性能的影响，校正方式的选择；校正装置参数的确定。

第七章采样控制系统分析（选学，共3学时）（一）本章教学目的和要求要求理解和掌握采样控制的基本概念、采样过程和采样定理、采样信号的复现、Ｚ变换、脉冲传递函数、采样系统的稳定性分析、采样系统的稳态误差以及采样系统的瞬态分析。

（二）教学内容7.1．采样控制系统的基本概念7.2．采样控制系统的数学基础7.3．采样控制系统的脉冲传递函数7.4．采样控制系统的动态性能分析7.5．采样控制系统的稳定性分析7.6．采样控制系统的稳态误差分析7.7．Matlab用于采样控制系统分析（三）重点与难点重点：采样—数字控制系统的特点；正确理解采样定理和采样保持器的作用；系统脉冲传递函数的求法；用Z反变换法求采样系统的时域响应；采样系统的性能分析。

难点：采样系统方框图变换；脉冲传递函数的求法；采样系统的校正。

七、本课程与其它课程的关系预修课程: 高等数学；复变函数与积分变换；信号与系统；电工电子；传感器技术；电机控制等。

通过预修高等数学、复变函数与积分变换，可以掌握用解析法建立系统数学模型的问题。

电工电子、传感器技术、电机控制等课程可以为本课程后续的学习，如理解控制系统的稳定性要求、控制系统的综合设计与校正打下坚实的基础。

后续课程：计算机控制；机电一体化系统设计等。

通过本课程的学习，就是要将控制系统的理论问题运用与实践，研究并设计一个稳定、快速、精确的工业控制系统，因此，本课程将为后续的计算机控制技术、机电一体化系统设计等课程进行必要的理论指导，进而为控制系统的设计、校正与实现组成一个完整的体系。

八、教学时数分配《自动控制原理》课程教学时数分配表总学时：72 学分：3章次各章标题名称讲授学时实验学时实践学时讨论、习题课等学时第一章自动控制的一般概念 4第二章系统的数学模型14第三章系统的时域分析法9第四章根轨迹分析法8第五章频率特性法10第六章控制系统的校正与设计 6第七章采样控制系统分析 3九、实验内容与学时分配《自控原理》课程实验教学一览表序号项目名称内容提要学时实验类型（演示、验证、综合、设计等）是否为开放实验1 MATLAB软件演示实验MATLAB基础知识练习2学时演示否2 用MATLAB建立系统数学模系统的数学模型建模方法2学时验证否3 用MATLAB分析线性系统（一）时域动态指标2学时验证否4 用MATLAB分析线性系统（二）时域系统稳态指标2学时验证否5 用MATLAB绘制系统根轨迹根轨迹绘制方法2学时验证否6 用MATLAB进行系统根轨迹分析根轨迹分析系统性能的方法2学时验证否7 用MATLAB进行系统频率特性曲线绘制频率特性曲线绘制方法2学时验证否8 用MATLAB进行系统频率特性分析频率特性法分析线性系统性能2学时验证否9 综合测试期终综合测试2学时测试否十、推荐教材及参考书教材：《自动控制原理》，程鹏主编，高等教育出版社，2003年12月。

参考书：1．《自动控制原理》，黄家英主编，高等教育出版社，2003年3月。

2．《自动控制原理》，胡寿松主编，科学出版社，2004年8月。

3．《自动控制原理》，李友善主编，国防工业出版社，2005年1月。

4．《自动控制理论》，邹伯敏主编，机械工业出版社，2003年6月。

5. 《MATLAB与控制系统仿真》，王正林，王胜开，陈国顺主编，电子工业出版社，2005.7。

十一、主要教学方法与教学条件要求《自动控制原理》课程以课堂教学为主，上机实验为辅。

在基本概念、基本定理讲述清晰的同时，辅以多媒体图形或曲线，帮助学生理解；本课程属基础理论课程，涉及到较多的数学知识，在讲述的过程中教师应尽量联系生产生活实际，注重物理意义；在教学中要求同学重点掌握时域、复域、频域的基本概念、基本方法和基本规律，重点例题讲透彻，掌握基本处理方法；着重培养学生定性分析、定量估算和模拟实验研究的能力，在课程内容方面既要保持理论的系统性，又要注意联系工程实际，并且重视技术科学的一般方法学的培养；注意学生思维能力、动手能力和自学能力的培养，为此，在讲授中要安排适量的内容，由学生自学。

安排一定的课外作业，使学生巩固和掌握所学的基本理论和基本方法。

实验教学环节主要以上机为主，学习MATLAB软件在控制系统中的应用。

由于本课程还有实验教学环节，因此除自动控制综合实验装置外，还须配备一次至少能满足30人同时上机的计算机机房，每台电脑安装MATLAB6.5以上版本的软件；实验室须配备黑板，以便老师讲解。

十二、考核方式与成绩评定考核方式为考试占70％，实验与作业分别占20％、10%。

十三、其他需要说明的问题自动控制原理教学网：/ftp/ycjyw/index.asp西北工业大学精品课程网：/jp2005/03/index.asp制订：电子科学与工程系教研室：电子教研室执笔人：文桦审订人：马天才。