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自动控制原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握控制系统数学模型的建立方法；2. 掌握控制系统性能指标及其计算方法，了解各类控制器的设计原理；3. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并能够运用所学知识对实际控制系统进行优化。
技能目标：1. 能够运用数学软件（如MATLAB）进行控制系统建模、仿真和分析；2. 培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力，提高学生的工程素养；3. 培养学生团队协作、沟通表达和自主学习的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制原理的兴趣，激发学生探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、务实的学术态度，树立正确的价值观；3. 增强学生的国家使命感和社会责任感，认识到自动控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用。
本课程针对高年级本科学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
课程注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力，为培养高素质的工程技术人才奠定基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 自动控制原理基本概念：控制系统定义、分类及其基本组成；控制系统的性能指标；控制系统的数学模型。
2. 控制器设计：比例、积分、微分控制器的原理和设计方法；PID控制器的参数整定方法。
3. 控制系统稳定性分析：劳斯-赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据。
4. 控制系统性能分析：快速性、准确性分析；稳态误差计算。
5. 控制系统仿真与优化：利用MATLAB软件进行控制系统建模、仿真和分析；控制系统性能优化方法。
6. 实际控制系统案例分析：分析典型自动控制系统的设计原理及其在实际工程中的应用。
教学内容按照以下进度安排：第一周：自动控制原理基本概念及控制系统性能指标。
第二周：控制系统的数学模型及控制器设计。
第三周：PID控制器参数整定及稳定性分析。
第四周：控制系统性能分析及MATLAB仿真。
自动控制原理教案一、教材分析《自动控制原理》是自动化专业的一门基础课程，主要介绍自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法。
通过学习本课程，学生能够掌握自动控制系统的基本知识，了解自动控制原理在工程实践中的应用，并具备设计和分析自动控制系统的能力。
本教材主要包括以下内容：一、自动控制系统的基本概念和基本原理；二、控制系统的数学模型；三、时域分析方法；四、频域分析方法；五、稳定性分析与设计；六、校正与补偿。
二、教学目标1. 理论目标：（1）了解自动控制系统的基本概念和基本原理；（2）掌握控制系统的数学模型表示方法；（3）掌握时域分析方法和频域分析方法；（4）掌握自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（5）了解校正与补偿的基本方法。
2. 实践目标：（1）培养学生分析和设计自动控制系统的能力；（2）培养学生运用自动控制原理解决实际问题的能力；（3）培养学生团队协作和沟通能力。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（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表示方法；（3）时域分析方法和频域分析方法。
2. 教学难点：（1）自动控制系统的稳定性分析与设计方法；（2）校正与补偿的基本方法。
四、教学内容与教学方法1. 教学内容：第一章自动控制系统基本概念1.1 自动控制系统的定义和分类1.2 自动控制系统的基本组成1.3 自动控制系统的特点第二章自动控制系统数学模型2.1 自动控制系统的数学模型表示2.2 控制系统的状态方程表示2.3 控制系统的传递函数表示第三章时域分析方法3.1 系统的时域响应3.2 时域性能指标3.3 时域分析的基本方法第四章频域分析方法4.1 复频域的基本概念4.2 频域性能指标4.3 常用频域分析方法第五章稳定性分析与设计5.1 稳定性的基本概念5.2 稳定性的判据5.3 稳定性的设计方法第六章校正与补偿6.1 校正与补偿的基本概念6.2 控制系统的传感器6.3 控制系统的执行器6.4 控制系统的校正与补偿方法2. 教学方法：（1）理论教学：讲授自动控制原理的基本概念、基本原理和基本方法；（2）案例分析：通过实例分析和讨论，加深学生对自动控制原理的理解；（3）实验设计：设计实际的控制系统，通过实验验证和巩固所学的知识；（4）讨论与互动：鼓励学生积极参与课堂讨论和互动，提高学生的思维能力和团队合作能力。
《自动控制原理》电子教案自动控制原理是一门应用于工程系统中的基础课程，主要教授控制系统的基本原理、方法和技术。
本教案分为导入、教学过程、课堂活动、作业布置和教学总结五个部分。
一、导入控制系统是现代工程中不可或缺的部分，它在各个领域中都有着广泛的应用，如机械、电子、航空航天、化工等。
本课程将重点介绍控制系统的基本原理和常用的控制方法，通过理论与实践相结合的方式，让学生对自动控制有一个全面的了解。
二、教学过程1.引入控制系统的概念和意义-通过举例说明控制系统在日常生活中的应用，如电梯、温度调节器等。
-引导学生思考控制系统的目的是什么，如稳定性、精确度、鲁棒性等。
2.基本概念和术语-介绍控制系统的基本构成要素，如输入、输出、传感器、执行器等。
-解释控制系统的基本术语，如开环控制、闭环控制、反馈、控制器等。
3.数学模型建立与分析-介绍控制系统的数学建模方法，如微分方程、状态空间等。
-通过实例演示如何建立系统的数学模型，如电机控制系统、液位控制系统等。
-分析系统的稳定性和动态响应，引入根轨迹和频率响应的概念。
4.控制方法与技术-介绍常见的控制方法，如比例、积分、微分控制器，PID控制器等。
-讲解先进的控制技术，如自适应控制、鲁棒控制、优化控制等。
-针对不同的控制任务，介绍相应的控制算法和调参方法。
5.实验与仿真-安排实验课程，让学生通过实际操作来深入理解控制系统的原理和方法。
-使用仿真软件进行虚拟实验，提供学生自主学习和实践的机会。
三、课堂活动1.小组讨论：请学生分小组讨论不同控制系统的应用，并分享自己的观点和想法。
2.解答问题：教师提供一些与课程内容相关的问题，鼓励学生积极参与回答，加深对知识的理解。
3.实例分析：教师提供一些典型的控制系统实例，让学生逐步分析其数学模型和控制方法。
四、作业布置1.阅读相关文献资料，进一步了解控制系统的发展和应用。
2.完成课后习题，加强对知识的巩固。
3.准备下一堂课的报告，选择一个感兴趣的控制系统进行介绍。
名称：《自动控制原理》课程设计题目：基于自动控制原理的性能分析设计与校正院系：建筑环境与能源工程系班级：学生姓名：指导教师：目录一、课程设计的目的与要求------------------------------3二、设计内容2.1控制系统的数学建模----------------------------42.2控制系统的时域分析----------------------------62.3控制系统的根轨迹分析--------------------------82.4控制系统的频域分析---------------------------102.5控制系统的校正-------------------------------12三、课程设计总结------------------------------------17四、参考文献----------------------------------------18一、课程设计的目的与要求本课程为《自动控制原理》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制原理》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
使相关专业的本科学生学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
自动控制原理课程设计实习引言：自动控制原理课程设计实习是一门重要的实践课程，旨在通过实际操作和设计，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
本文将详细介绍自动控制原理课程设计实习的内容和要求，并提供一些实践指导和建议，以帮助学生顺利完成实习任务。
一、实习目标：1. 熟悉自动控制原理的基本概念和理论知识；2. 掌握自动控制系统的建模和仿真方法；3. 学会使用常见的自动控制器设计方法；4. 培养实际问题解决能力和团队合作精神。
二、实习内容：1. 实习前准备：1.1 研读相关教材和课程讲义，了解自动控制原理的基本概念和理论知识；1.2 学习使用MATLAB等仿真软件，掌握建模和仿真的基本操作；1.3 熟悉实验室设备和工具的使用方法。
2. 实习任务：2.1 实验一：建立系统数学模型2.1.1 选择一个实际系统，如温度控制系统或机器人控制系统；2.1.2 根据系统特点，建立系统的数学模型；2.1.3 使用MATLAB进行仿真，验证模型的准确性。
2.2 实验二：设计PID控制器2.2.1 根据系统模型和性能指标，选择合适的PID控制器结构；2.2.2 设计PID控制器的参数；2.2.3 使用MATLAB进行仿真，评估控制器的性能。
2.3 实验三：优化控制器设计2.3.1 使用现代控制理论，如模糊控制或神经网络控制，对控制器进行优化；2.3.2 比较不同控制器的性能，并分析优缺点。
2.4 实验四：控制系统实现2.4.1 将设计好的控制器实现到实际系统中；2.4.2 进行实际系统的调试和性能测试；2.4.3 分析测试结果，评估控制系统的性能。
三、实习要求：1. 实习报告：1.1 撰写实习报告，包括实验目的、方法、结果和分析；1.2 报告应具备清晰的逻辑结构和完整的实验数据；1.3 实习报告字数控制在1500字左右。
2. 实习成绩评定：2.1 实习报告的质量和完整度；2.2 实际系统的调试和性能测试结果；2.3 实习期间的参与度和团队合作精神。
《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。
自动控制原理实践教学报告
一、实践目的
这次实践的目的是使学生掌握自动控制的基本原理，理解不同的
控制系统的工作原理和特点，能够实际操作运用。
二、实验原理
自动控制是一种用自动方式控制被控对象（实际系统）运行参数，使其达到所要求的稳定状态的技术。
它是利用继电器、晶体管，及时
多变的电子电磁元件等,根据计算机信号集成在不同环境介质中获得时
间来控制物理系统运转状态而实现自动控制的。
三、实践内容
1.概述了自动控制的概念，以及实现自动控制的基本原理和方法；
2.认识和学习控制系统中实际运用的继电器、晶体管元件、及时多变
的电子电磁元件以及传感器；
3.熟悉实际系统中所用到的控制方法、控制仪表、微处理器、编程序等；
4.熟练操作自动控制系统，进行可靠的自动控制实验；
5.理解和掌握微机自动控制的具体实验程序，充分发挥计算机及微处
理器的控制能力，探究自动控制的应用领域；
6.做好技术性的实验报告，归纳学习实验所得的丰富经验，为之后的
工作打下坚实的基础。
四、实践结果
通过本次实验，学生掌握了自动控制原理，仔细操作实践有助于
更好理解原理，以有效地控制实际系统。
此外，本次实验不仅让学生
学习自动控制原理和设备，同时还让学生深刻理解和提高微机自动控
制的学习能力和应用能力，从而能够更好地运用实验所得的丰富经验。
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
课程设计自动控制原理一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握自动控制原理的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用自动控制原理分析和解决实际问题；情感态度价值观目标要求学生培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学生学习的积极性和主动性。
通过本节课的学习，学生将能够：1.理解自动控制原理的基本概念和原理；2.掌握自动控制系统的分析和设计方法；3.能够运用自动控制原理解决实际问题；4.培养对自动控制原理的兴趣和好奇心，提高学习的积极性和主动性。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、原理和应用。
具体包括以下几个方面：1.自动控制原理的定义和发展历程；2.自动控制系统的分类和基本原理；3.控制器的设计方法和应用；4.自动控制原理在实际工程中的应用案例。
教学内容的安排和进度如下：1.第一课时：介绍自动控制原理的定义和发展历程；2.第二课时：讲解自动控制系统的分类和基本原理；3.第三课时：介绍控制器的设计方法和应用；4.第四课时：分析自动控制原理在实际工程中的应用案例。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，向学生传授自动控制原理的基本概念和原理；2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：分析实际工程中的应用案例，让学生更好地理解和掌握自动控制原理；4.实验法：安排实验环节，让学生动手实践，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，本节课选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《自动控制原理》教材，作为学生学习的主要参考资料；2.参考书：推荐学生阅读《现代自动控制原理》等参考书籍，加深对自动控制原理的理解；3.多媒体资料：制作PPT课件，通过图片、动画等形式展示自动控制原理的相关概念和原理；4.实验设备：准备自动控制系统实验设备，让学生进行实际操作和观察。
自动控制原理课程设计实习自动控制原理课程设计实习是为了让学生通过实践运用所学的自动控制原理知识，将理论应用于实际工程问题的实习环节。
以下是一个可能的自动控制原理课程设计实习的方案：1. 实习目标：通过实践，学生将自动控制原理应用于具体的控制系统设计和调试中，培养学生的实践能力和解决问题的能力。
2. 实习内容：a. 实习前准备：学生需要通过学习自动控制原理的理论知识，了解控制系统的基本原理和常用的控制方法。
b. 实习项目选择：学生可以选择一个具体的控制系统项目进行实践，例如温度控制、液位控制、速度控制等。
c. 设计控制系统：学生需要根据实际情况，设计控制系统的结构、参数和控制策略，并进行仿真验证。
d. 硬件实现：学生需要选择合适的硬件设备，搭建实际的控制系统，并进行连线和调试。
e. 软件编程：学生需要使用相应的控制软件，编写控制算法并进行调试。
f. 系统测试：学生需要对实际的控制系统进行测试和性能评估，根据结果进行调整和改进。
g. 实习报告：学生需要撰写实习报告，总结实践过程、结果和经验，并提出改进意见。
3. 实习要求：a. 学生需要独立完成实习项目，包括控制系统的设计、硬件搭建和调试、软件编程等环节。
b. 学生需要按时提交实习报告，并参加实习报告的答辩。
c. 学生需要积极与指导老师沟通，及时解决实习过程中遇到的问题。
4. 实习评价：a. 实习报告的质量和答辩表现将作为实习成绩的主要评价依据。
b. 实习过程中的积极性、独立完成能力和解决问题的能力也将作为评价指标之一。
通过这样的自动控制原理课程设计实习，学生可以将所学的理论知识与实际工程问题相结合，提高自己的实践能力和解决问题的能力，为将来从事自动控制相关工作打下坚实的基础。
自动控制原理教案●新课导入：通过案例，导入本课内容●教学过程和教学内容设计：1、自动控制的基本概念（0.5学时）自动控制技术（人工控制和自动控制）2、自动控制系统的分类（0.7学时）自动控制系统的分类（1）分类方法（2）分类控制系统的几个概念线性、非线性、连续、离散、定常、时变等3、自动控制系统的发展简史（0.5学时）1．控制理论胚胎与萌芽期2．经典控制理论的孕期与形成时期(Classical Control)3．现代控制时期(Modern Control)4．智能控制时期4、对自动控制系统的基本要求（0.2学时）1．基本要求的提法（1）稳定性（2）快速性（3）准确性●教学小结与拓展：自动控制的基本原理和方式●布置作业或思考题：简述自动控制原理教案●新课导入：通过案例，导入本课内容●教学过程和教学内容设计：§2-1控制系统的时域数学模型（0.4学时）一、数学模型（0.2学时）1．数学模型的概念2．数学模型的形式3．数学模型的建立二、列写微分方程的一般方法（0.2学时）举例说明列写微分方程的一般方法§2-2控制系统的复数域数学模型（1.6学时）一、传递函数的定义（0.2学时）二、传递函数的局限性（0.2学时）三、传递函数的性质（0.3学时）四、传递函数的表达形式（0.3学时）1．零—极点表达形式2．时间常数表达形式五、典型环节及其传递函数（0.6学时）1．比例环节 2．惯性环节 3．一阶微分环节 4．积分环节5．理想微分环节 6．振荡（二阶振荡）环节 7．二阶微分环节8．延迟环节●教学小结与拓展：传递函数的概念、定义和性质；传递函数的求取方法。
●布置作业或思考题：课后习题教案首页●新课导入：通过案例，导入本课内容●教学过程和教学内容设计：一、结构图的等效变换及简化举例讲解等效变换的应用二、信号流图及梅森增益公式1．信号流图的组成及性质（1）信号流图（2）信号流图使用的术语（3）信号流图的性质（4）信号流图的绘制（5）信号流图的等效变换2．梅森增益公式（1）梅森增益公式（2）举例（案例分析）●教学小结与拓展：结构图的等效变换；梅森增益公式。
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理；2. 掌握自动控制系统的基本组成和工作原理；3. 能够分析和设计简单的自动控制系统；4. 培养学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
教学内容：1. 自动控制原理的基本概念和分类；2. 自动控制系统的基本组成和功能；3. 传感器和执行器的原理和应用；4. 控制器的类型和工作原理；5. 反馈控制和前馈控制的概念和应用；6. 自动控制系统的稳定性分析和校正方法；7. 自动控制系统的性能指标和优化方法。
教学步骤：1. 导入：通过引入一个实际生活中的自动控制系统例子，激发学生对自动控制原理的兴趣。
2. 知识讲解：讲解自动控制原理的基本概念和分类，介绍自动控制系统的基本组成和功能。
3. 实例分析：通过一个简单的自动控制系统实例，让学生了解传感器和执行器的原理和应用。
4. 知识拓展：介绍不同类型的控制器和其工作原理，以及反馈控制和前馈控制的概念和应用。
5. 稳定性分析：讲解自动控制系统的稳定性分析方法，引导学生进行稳定性分析的实践操作。
6. 性能优化：介绍自动控制系统的性能指标和优化方法，引导学生进行性能优化的实践操作。
7. 总结归纳：对所学内容进行总结归纳，强化学生对自动控制原理的理解和掌握。
8. 实践应用：通过实际案例或小组项目，让学生应用所学知识解决实际问题，培养他们的动手实践能力和解决问题的能力。
9. 课堂讨论：组织学生进行课堂讨论，分享彼此的学习心得和体会。
10. 作业布置：布置相关的作业，巩固和拓展学生对自动控制原理的理解。
教学资源：1. 教科书和课件：提供基本概念和原理的讲解材料。
2. 实验设备和器材：用于实践操作和案例分析。
3. 实际案例和项目：用于学生的实践应用和问题解决。
教学评估：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的积极参与程度和提问情况。
2. 实践操作：评估学生在实践操作中的操作技能和实验结果分析能力。
上海电力学院自动控制原理实践报告课名：自动控制原理应用实践题目：水翼船渡轮的纵倾角控制船舶航向的自动操舵控制班级：姓名：学号：水翼船渡轮的纵倾角控制一．系统背景简介水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。
船身底部有支架，装上水翼。
当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。
水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。
通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。
该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。
因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。
当尾舵的角坐标偏转错误！未找到引用源。
，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误！未找到引用源。
传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。
有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。
二．实际控制过程某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。
该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。
通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。
该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。
因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。
三．控制设计要求试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。
假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。
本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。
自动控制原理课程设计一、设计目的。
本课程设计旨在通过对自动控制原理的学习和实践，使学生能够掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，培养学生的工程实践能力和创新意识。
二、设计内容。
1. 课程概述。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，它涉及到控制系统的基本概念、数学模型、性能指标、稳定性分析、校正设计等内容。
通过本课程的学习，学生将了解到控制系统的基本工作原理，并能够运用所学知识进行实际系统的设计与分析。
2. 课程实践。
课程设计将包括以下内容：（1）控制系统的数学建模与仿真。
通过对不同控制系统的数学建模，学生将学会如何利用数学工具描述控制系统的动态特性，并通过仿真软件进行系统性能分析。
（2）控制系统的稳定性分析与校正设计。
学生将学习控制系统的稳定性分析方法，以及如何进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
（3）控制系统的实际应用。
通过实际案例分析，学生将了解控制系统在工程实践中的应用，包括工业控制、航空航天、机器人等领域的应用案例。
三、设计要求。
1. 学生在课程设计中要求独立完成控制系统的建模与仿真，稳定性分析与校正设计，以及实际应用案例的分析。
2. 学生需要结合课程学习内容，运用所学知识解决实际控制系统设计与分析中的问题，培养学生的工程实践能力和创新意识。
3. 学生需要按时提交课程设计报告，报告内容需包括设计过程、结果分析、存在问题及改进措施等内容。
四、设计步骤。
1. 确定课程设计题目和内容。
学生需要根据课程要求确定课程设计题目和内容，明确设计目的和要求。
2. 学习相关知识。
学生需要认真学习自动控制原理课程相关知识，包括控制系统的基本原理、数学模型、稳定性分析方法等内容。
3. 进行系统建模与仿真。
学生需要运用仿真软件对所选控制系统进行数学建模，并进行系统性能仿真分析。
4. 进行稳定性分析与校正设计。
学生需要对系统进行稳定性分析，并进行控制系统的校正设计，包括校正器的设计和参数整定等内容。
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的组成和分类。
3. 理解自动控制系统的基本特性和性能指标。
4. 能够分析和设计简单的自动控制系统。
教案内容：课时一：自动控制原理概述1. 自动控制的定义和意义2. 自动控制原理的基本概念和基本原理3. 自动控制系统的组成和分类课时二：自动控制系统的数学模型1. 自动控制系统的数学描述2. 传递函数和状态空间表示法3. 控制系统的输入输出关系课时三：自动控制系统的特性和性能指标1. 稳定性分析与判据2. 阶跃响应和频率响应3. 控制系统的性能指标：超调量、调节时间、稳态误差等课时四：经典控制方法1. 比例控制2. 比例-积分控制3. 比例-微分控制4. PID控制器设计课时五：现代控制方法1. 状态空间控制2. 标准回路配置法3. 频域设计法教学方法：1. 讲授：通过讲解理论知识，介绍自动控制原理的基本概念和原理。
2. 实例分析：通过实际案例，分析自动控制系统的应用和设计过程。
3. 讨论互动：组织学生进行小组讨论和互动，加深对自动控制原理的理解和应用能力。
4. 实践操作：设置实验环节，让学生亲自操控和调试自动控制系统，加强实际操作技能。
教学评估：1. 课堂练习：通过课堂练习，检验学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 实验报告：要求学生完成一次自动控制实验，并撰写实验报告，评估其实际操作和分析能力。
3. 期末考试：设置期末考试，全面考察学生对自动控制原理的掌握程度。
教学资源：1. 教材：选择一本权威的自动控制原理教材作为主要教学资源。
2. 多媒体资料：准备相关的多媒体资料，如PPT、视频等，辅助教学讲解。
3. 实验设备：准备相应的自动控制实验设备，供学生进行实践操作。
教学建议：1. 强调理论与实践的结合，通过实际案例和实验操作，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 鼓励学生积极参与讨论和互动，培养其分析和解决问题的能力。
《自动控制原理》课程教学设计与实践
摘要：针对“卓越计划”的目标和社会对电气工程与自动化专业人才能力的要求，就主干课程《自动控制原理》的教学设计与实践，介绍了课程教学组织、教学思路、教学手段等情况。
基于教学过程的反馈闭环控制和采取配套的教学方法及教学措施，以确保学生学习效果的提高和教学目标的实现。
关键词：卓越计划；自动控制原理；课程教学设计
“卓越工程师教育培养计划”是推进我国高等工程教育改革，促进高校培养适应社会发展需要的高级专门人才的重大举措。
因此，提高人才培养质量、培养创新型工程人才就成为工科类高校教育目前面临的重要任务［1］。
我校是教育部批准实施“卓越计划”的高校，电气工程及其自动化专业是首批进入该计划的专业之一。
为贯彻学校以社会需求为导向、以提高人才培养质量为目标、主动对接“四化两型”建设战略的人才需求和旨在培养具有“厚基础、宽口径、强适应、有特长”的高素质创新型人才的指导思想，落实“卓越计划”的要求，我们对现有电气工程及其自动化专业的课程体系进行了梳理和调整，以适应工程能力素质培养为主线的“卓越工程师”人才培养模式。
其中，自动控制原理是电气工程及其自动化专业的主干课程之一，所涉及理论知识不仅是后续其它专业课的基础，而且其教学效果关系本专业“卓越工程师”的预期能力培养，因此该课程教学设计和实践具有现实意义。
1以教学目标为中心的课程教学设计和实践
自动控制原理涉及控制工程的理论与实践，强调反馈控制系统的分析、设计与实际应用，是“卓越计划”电气工程及其自动化专业最重要的专业基础课程。
除要求先修物理、高等数学等课程外，还要求具备拉普拉斯变换、线性代数等基础，因此，相对缺乏理论知识与工程实践的学生而言，其理论性和抽象性的特点决定了这门课程的难度。
《自动控制原理》课程教学以理论讲授为主，如何体现工程元素，使课程教学能更好地保证学生学习到“卓越工程师”所需的技术基础知识，我们从如下几个方面进行了初步的探索与实践。
1.1基于反馈机理的教学过程组织
如图1所示，《自动控制原理》课程按照闭环控制系统的反馈机理组织教学［2-3］。
每一章开始讲授时就规定了本章节结束时学生应该掌握的基本知识点和应取得学习效果，使学生有明确的学习目标。
每一章基本概念和基本原理讲解后，结合对精心挑选的工程实例分析，进一步阐述基本概念和基本原理应用，不断强化学生对基本概念和基本原理的理解、掌握及工程应用意识，并且每一章结尾对本章重点做简要的总结，以强调本章所涉及的主要问题和结论。
其次，根据课堂测试、作业和实验的完成情况，通过及时调整课程讲授进度、安排习题课和讨论课等多种措施，帮助学生提高学习效果。
总之，通过给学生设定每一章学习目标、根据对学生学习效果的评价结果和及时
调整教学进度以及不断改进教学方法，使整个教学过程构成以促进学生学习效果为目的的闭环控制，确保教学目标的有效落实。
1.2定性分析与定量分析相结合的教学思路
控制系统的定量分析显然是重要的，但对问题及其分析方法的定性或直观理解也是学生构建工程设计思维所需的关键因素。
鉴于人们对新知识、现象的认知，总是遵循从定性到定量、再到定性的这一规律［3］。
因此，只要有可能，在进行定量分析和设计之前，都要定性地讨论新概念，以期在学生已有的知识基础上建构新知识。
例如在讨论基于根轨迹的校正方法时，引导学生观察附加开环零、极点对闭环系统零、极点分布的影响所导致的系统动态响应变化情况，使学生能在直观上理解与把握根轨迹校正方法的机理。
又如讨论开环系统的Bode图时，将Bode图的低频段、中频段和高频段与相应闭环系统的稳态性能、稳定性与动态性能和噪声衰减性能联系起来，并结合对二阶欠阻尼系统定量分析所建立的时域性能指标与频域性能指标的关系（如阻尼系数与相位裕度、调节时间与幅值穿越频率的函数关系），为基于开环系统频率特性的校正方法奠定直观的工程设计思路。
总之，在引入新概念、方法时，注重基本概念讲解和严格推理及数学证明相结合，以符合人们对新知识、现象的认知规律来引导学生掌握整个课程的分析、学习思路。
1.3仿真实验与硬件实验结合的教学方法
如前所述，自动控制原理课程涉及的数理知识较多，对学生的专业基础和抽象思维能力的要求较高。
为了促进学生对基本概念和基本原理的正确理解与把握，我们利用湖南科技大学国家电工电子实验示范中心的现有实验装备，整合了一组自动控制原理物理实验项目。
由于先修课程《电路原理》和《电子技术》奠定的基础，主要由运算放大器、电阻、电容和电感等基本器件组成的物理实验（如图2所示），不仅节省了学生实验准备、仪器仪表熟悉的时间，更为关键的是电工电子实验中心开放式管理模式为学生自主开展实验提供了一个灵活、宽松的学习环境，便于学生以各自认知模式来探索新领域和构建新知识。
物理实验以其直观、感性形式为学生理解自动控制概念以及控制系统的分析方法和实际应用提供了载体，但物理实验的使用毕竟受时间、安全等因素的限制而缺乏随时性。
为了弥补物理实验的缺陷，我们在课程教学中引入了仿真实验平台。
如图3所示，仿真实验平台除提供时域分析、根轨迹分析、频率分析、控制系统的性能指标计算功能外，还涵盖控制系统的校正、PID调节器的设计和参数整定、离散系统的分析和设计功能。
学生不仅可以通过仿真实验来验证每章所涉及的概念和基本原理，还可以采用“what if”探讨学习来观察系统参数和结构变化时所产生的结果。
仿真实验平台配置要求低，能独立
运行，特别适合物理实验前后的预习、复习任务和问题求解。
此外，仿真实验平台包容不同的学习方式，实验可以重复，便于迭代学习和随时使用，学生可以利用课外时间来进行自主实验和自我学习效果评价。
另外，仿真实验为抽象概念、原理的动态过程形象化提供了条件，有助于课堂教学效果的提高。
总之，在传统书本及理论教学的基础上，通过仿真实验的良好交互性与实践性，帮助学生更形象地理解概念；通过开放性实验平台，引入真实的物理系统，借助实际的应用来阐述理论，以期在加深学生理论理解的同时，提高学生的创新、动手与工程实践能力。
1.4强调案例研究和控制系统设计
每章教学的最后，安排一、两个案例作为学生的课外作业。
其中，一些案例源自自动控制理论的实际工程应用。
通过对实际工程案例的分析与研究，学生有机会将抽象理论与实际工程应用联系起来，从而激发专业兴趣。
作为贯穿整个课程教学的研究案例——单轴倒立摆系统具有非线性、强耦合、多变量和本质不稳定的特性，其控制问题能有效地反映诸如稳定性、鲁棒性、随动性以及跟踪性等许多控制理论的关键概念，是检验各种控制理论的理想模型。
通过对单轴倒立摆系统研究，学生可以进行建模、模型线性化、稳态和动态性能及稳定性分析。
借助于仿真实验平台，可对单轴倒立摆系统进行时域法、频域法和PID的控制算法设计和各种控制器的性能比较。
而我校自动控制专业实验室配置的单轴倒立摆控制实验系统，为学生进行各种控制器
的实物验证也提供了条件。
总之，这种将单轴倒立摆为背景的案例研究贯穿于每章的设置方式，其目的是把整个课程所涉及的分析方法和设计方法有机地串联起来，从整体上培养学生综合应用知识的能力。
1.5多种教学手段相结合的教学环境
为了有效地提高教学效果，我们充分利用学校的电化教学环境，制作电子课件，采用电视教学片、PPT、计算机辅助教学软件、Matlab 仿真工具等多种形式进行教学，发挥多媒体手段的优势。
另外，借助学校的教学资源网平台，上载每章的练习、带参考答案的自测题以及一个或多个案例研究资料，供学生课外学习和自我学习效果评价。
通过网上教学平台，学生可以提交作业、在线测试、课程讨论与疑问咨询。
通过网上课外答疑、辅导等方式形成教与学的互动，激发学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性。
2结语
以“卓越工程师”培养计划为蓝本，按照“卓越工程师”需要的知识能力及素质要求和人才培养质量标准，我们从教学思路、教学组织、教学方法、教学手段等方面对《自动控制原理》课程教学改革进行了初步地探讨和实践。
课程教学设计强调教学目标的反馈闭环控制，教学内容体现专业方向、强化工程实践，教学组织便于理论和实践教学的同步推进与相互支持，教学手段和考核方法有助于教学水平和教学效果的提高。
通过这种课程教学设计，旨在夯实学生的理论基础，强
化学生理论联系工程实际的意识，充分调动学生的主观能动性，提高教学效果，确保学生获得未来发展的基础知识。
参考文献：
［1］林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革［J］.高等工程教育研究,2011（5）:1-9.
［2］Burke D.Strategies for using feedback students bring to higher education［J］. Assessment & Evaluation in Higher Education, 2009,34 (1): 41-50.
［3］Christopher Benjamin. Feedback for enhanced student performance: lessons from simple control theory［J］. Engineering Education,2012,7(2):16-23.。
