| 《自动控制原理》教学大纲 |
|
| 模块名称 | 包含单元 | 学习目标 | 内容概述 |
| 第0章 本章内容介绍（1学时） | | 了解本门课程各个章介绍的知识 | 介绍各章节主要内容及关系 |
| 第一章 概述（2学时） | | ◆0101 1-1 自动控制系统的基本概念 | | ◆0102 1-2 控制系统的基本构成及控制方式 | | ◆0103 1-3 自动控制系统的分类 | | ◆0104 1-4 对控制系统性能的要求 | | ◆0105 1-5 自动控制理论发展简述 |
| 了解自动控制理论的主要任务以及研究对象
了解自动控制理论的主要任务以及研究对象
了解自动控制系统的分类方法
了解自动控制系统的基本要求。
了解自动控制理论发展历史 | 介绍自动控制的基本概念，分析控制系统的自动控制过程
熟悉自动控制系统的基本构成
介绍不同的自动控制系统分类方法
介绍自动控制系统的三个基本性能要求：稳、快、准
介绍了自动控制理论的发展概况 |
| 第二章 自动控制系统的数学模型（5学时） | | ◆0201 2-1 控制系统的微分方程 | | ◆0202 2-2 传递函数 | | ◆0203 2-3 动态结构图 | | ◆0204 2-4 反馈控制系统的传递函数 |
| 了解建立数学模型的意义和数学模型的特点、类型，掌握建立微分方程数学模型的方法和步骤
掌握线性定常系统传递函数的定义、实际意义、性质，掌握各典型环节的传递函数、运动方程、阶跃响应及特点
掌握系统结构图的定义、基本组成、绘制、基本连接形式、等效变换及化简，掌握梅逊公式和应用
了解反馈控制系统的传递函数的定义 | 根据基本物理定律建立系统微分方程及线性常系数微分方程的拉氏变换法求解
传递函数的定义、实际意义、性质，典型环节及传递函数
控制系统的动态结构图、梅逊公式
控制系统的开环传递函数、闭环传递函数和误差传递函数 |
| 第三章 时域分析法（5学时） | | ◆0301 3-1 控制系统的性能指标 | | ◆0302 3-2一阶系统的时域分析 | | ◆0303 3-3二阶系统的时域分析 | | ◆0304 3-4二阶系统的性能指标 | | ◆0305 3-5系统稳定的充要条件 | | ◆0306 3-6劳斯稳定判据（1） | | ◆0307 3-7劳斯稳定判据（2） | | ◆0308 3-8控制系统的稳态误差分析（1） | | ◆0309 3-9控制系统的稳态误差分析（2） |
| 了解自动控制系统的典型输入信号，掌握控制系统的动态性能指标和稳态性能指标
掌握一阶系统的数学模型、阶跃响应及其性能指标，掌握二阶系统的不同阻尼比下的单位阶跃响应，掌握欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算
掌握分析系统的稳定性并提出改善系统稳定的措施
掌握系统的型别、误差系数及稳态误差的求取 | 典型输入信号
系统响应时域指标
典型的输入信号
控制系统的性能指标
一阶系统的时域分析
二阶系统的一般数学模型、参数和单位阶跃响应
欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算 一阶系统的时域分析
二阶系统的时域分析
改善二阶系统性能的措施
系统稳定的充要条件，以及根据劳斯稳定判据判别系统的稳定性 系统稳定的充分与必要条件
劳斯稳定判据
结构不稳定系统的改进措施
系统的型别、误差系数及稳态误差的求取 给定信号作用下的稳态误差
扰动信号作用下的稳态误差
扰动信号作用下的稳态误差 |
| 第四章 频率特性法（5学时） | | ◆0401 4-1 频率特性的定义 | | ◆0402 4-2频率特性的几何表示法 | | ◆0403 4-3典型环节的频率特性 | | ◆0404 4-4系统开环幅相频率特性曲线 | | ◆0405 4-5系统开环对数频率特性 | | ◆0406 4-6根据伯德图确定传递函数 | | ◆0407 4-7相角变化量和系统稳定性的关系 | | ◆0408 4-8奈奎斯特稳定判据 | | ◆0409 4-9对数特稳定判据 | | ◆0410 4-10系统的相对稳定性及稳定裕量 |
| 了解频率特性的定义和几何表示法
掌握典型环节的频率特性及根据伯德图确定传递函数
掌握乃魁斯特稳定判据和对数频率稳定判据，了解稳定裕量的概念
了解频率特性与系统性能关系 | 频率特性的定义和几何表示法
典型环节的频率特性，根据开环对数频率曲线L(ω)确定开环传递函数
根据乃魁斯特稳定判据和对数频率稳定判据判别系统的稳定性
通过系统的开环频率特性和闭环频率特性的频域性能指标间接地表征系统瞬态响应的性能 |
| 第五章 控制系统的校正与设计（12学时） | | ◆0501 5-1串联超前校正（1） | | ◆0502 5-2联超前校正(2) | | ◆0503 5-3串联超前校正(3) | | ◆0504 5-4串联滞后校正(1) | | ◆0505 5-5串联滞后校正(2) | | ◆0506 5-6串联滞后校正(3) | | ◆0507 5-7串联滞后-超前校正(1) | | ◆0508 5-8串联滞后-超前校正(2) | | ◆0509 5-9PID控制器(1) | | ◆0510 5-10 PID控制器(2) | | ◆0511 5-11工程设计方法 | | ◆0512 5-12预期频率特性确定 | | ◆0513 5-13校正装置设计 |
| 掌握串联超前校正装置的特点、使用环境
掌握设计串联超前校正装置的方法
掌握设计串联超前校正装置的方法
掌握串联滞后校正装置的特点、使用环境
掌握设计串联滞后校正装置的方法
掌握设计串联滞后校正装置的方法
掌握串联滞后-超前校正装置的特点、使用环境
掌握设计串联滞后-超前校正装置的方法
熟悉PID控制器输入输出之间关系，三个环节的作用
掌握设计PID控制器的方法
熟悉固有部分简化的一般方法
掌握建立预期频率特性的一般原则
掌握工程设计方法的一般思路 | 根据串联超前校正装置频率特性的特点，理解串联超前校正的应用环境、设计步骤
通过例题讲解如何设计超前校正装置
通过例题讲解如何设计超前校正装置
根据串联滞后校正装置频率特性的特点，理解串联滞后校正的应用环境、设计步骤
通过例题讲解如何设计滞后校正装置
通过例题讲解如何设计滞后校正装置
根据串联滞后-超前校正装置频率特性的特点，理解串联滞后-超前校正的应用环境、设计步骤
通过例题讲解如何设计滞后-超前校正装置
P、PD、PI、PID控制器频率特性的特点，校正前后对系统性能的改善程度
通过例题讲解如何设计PI控制器
系统固有部分简化的一般方法
根据预期频率特性确定的一般原则，掌握工程中常用的典型I、II系统的特点，应用环境
举例说明校正成典型I、II型系统的方法 |
| 第六章 采样控制系统分析（15学时） | | ◆0601 6-1采样控制系统的基本概念 | | ◆0602 6-2数学基础(1) | | ◆0603 6-3数学基础（2） | | ◆0604 6-4数学基础(3) | | ◆0605 6-5脉冲传递函数 | | ◆0606 6-6闭环脉冲传递函数 | | ◆0607 6-7采样控制系统的动态性能分析 (1) | | ◆0608 6-8采样控制系统的动态性能分析(2) | | ◆0609 6-9采样控制系统的稳定性分析 | | ◆0610 6-10采样控制系统的稳态误差分析 |
| 了解采样控制系统的基本结构；掌握采样过程的数学描述及采样信号复现过程
重点掌握Z变换的定义；求Z变换方法
重点掌握Z变换的基本定理、求Z反变换的方法
掌握采用部分分式法求Z反变换；掌握用Z变换法求解差分方程
重点掌握脉冲传递函数的定义、求开环系统脉冲传递函数的方法
重点掌握求系统闭环脉冲传递函数的方法
理解采样控制系统动态性能指标的计算方法
掌握闭环极点的位置与动态响应的关系
掌握劳斯稳定判据在采样控制系统稳定性分析中的应用方法
掌握典型输入信号下稳态误差的计算方法 | 采样控制系统与连续控制系统的区别
信号的采样与复现过程
Z变换的定义
求Z变换的方法
Z反变换的方法
长除法
部分分式法求Z反变换
理解差分的定义、离散化的方法，重点掌握用Z变换求解差分方法的方法
串联环节之间有无采样开关对应脉冲传递函数的求法；带有零阶保持器的开环系统脉冲传递函数的求法
采样控制系统中采样开关位置不同，对应脉冲传递函数也不同，有时甚至只能求出C(Z)，难点是如何求取闭环系统脉冲传递函数的方法
采样控制系统动态性能指标的计算方法；采样开关、零阶保持器对系统动态性能指标的影响
不同类型的闭环极点对应的单位阶跃响应的特点
采样控制系统稳定的充要条件
判别采样控制系统稳定的判据
应用终值定理求采样系统在单位阶跃、单位斜坡及单位加速度输入时的稳态误差 |