?

??????? 二、课程学习目标及要求

1熟悉自动控制系统的组成原理,掌握由系统原理图画方块图的方法,了解自动控制系统的基本要求。

2.掌握控制系统微分方程的建立、传递函数的概念。熟练掌握结构图的化简、运用梅逊公式求传递函数。

3.掌握一、二阶系统的阶跃响应。熟练掌握欠阻尼二阶系统的分析、判别系统的稳定性、稳态误差的求解。掌握比例微分、测速反馈控制,非零初始下二阶系统的分析。了解斜坡、加速度响应分析、动态误差系数和高阶系统的分析。

4.掌握根轨迹的概念、根轨迹方程、根轨迹绘制法则,熟练绘制常规根轨迹。掌握参数根轨迹、零度根轨迹的绘制,附加零点的作用。掌握闭环主导极点、偶极子概念及应用,根轨迹与阶跃响应的关系,了解系统性能的分析与估算。

5.掌握频率特性的基本概念,熟练掌握开环系统波特图的绘制,掌握奈奎斯特稳定判据,掌握幅相曲线的绘制,熟练掌握稳定裕度的计算。了解非最小相位系统、对数频率特性稳定性的判别。

6.掌握串联超前、滞后校正方法。了解滞后—超前校正、前馈校正,掌握复合校正方法。

7.掌握信号采样与恢复的概念,掌握Z变换定义,熟练掌握Z变换和Z反变换、脉冲传递函数的求取方法。掌握Z域中离散系统稳定的充要条件、离散系统的稳态误差、时间响应分析。掌握最少拍数字控制系统的设计,了解无纹波最少拍系统的设计。

? ????? 8.掌握相平面的基本概念,掌握等倾线法,非线性系统的线性化,熟练掌握相轨迹绘制方法。掌握描述函数的概念、描述函数分析非线性系统的稳定性,掌握简单非线性部件的描述函数。了解反馈校正系统的相平面分析。

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North China Institute of Science and Technology?
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教学大纲(慕课课程参考)

“自动控制原理B”课程教学大纲

??Principles of Automatic Control B

课程类别:专业基础课

总学时:88?????? 讲授学时:78??????? 实践学时:10

学分:5.5

考核方式:考试

修习类型:必修

适用专业:自动化(本科)

一、课程概况与教学目的

自动控制原理课程是关于自动控制技术的基础理论和控制系统共同规律的技术学科,主要研究自动控制系统的分析与设计方法。基本内容包括控制系统的组成及工作原理、数学模型建立、线性控制系统的时域法、根轨迹法、频域法及系统校正,离散系统的分析与校正、非线性系统分析等。该课程理论与实践并重,以方法论为特色。本课程是为自动化专业开设的一门重要的专业基础必修课,是自动化专业的主干课和核心课程。

通过本课程的学习,使学生掌握自动控制的基本概念、系统分析、系统校正的基本理论与方法,掌握控制原理的实验技能,能够较熟练地运用MATLAB软件进行系统分析与设计,培养学生分析、解决问题的能力和实践能力,为后续专业课的学习提供必要的理论和专业技术支撑,为从事相关工程技术工作及研究打下坚实的基础。

三、课程内容与学时分配

第一部分? 自动控制的一般概念(4学时)

???????????? ?1.自动控制的基本原理与方式

????????????? 2.自动控制系统示例

??????????? ? 3.自动控制系统的分类

????????????? 4.对自动控制系统的基本要求

第二部分? 控制系统的数学模型(10学时)

?1.系统的时域数学模型

????????????? 2.控制系统的复域数学模型

??????????? ? 3.控制系统的结构图和信号流图

第三部分? 线性系统的时域分析法(14学时)

??????????? ? 1.线性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

第四部分? 线性系统的根轨迹法(10学时)

1.根轨迹方程

2.根轨迹绘制的基本法则

3.广义根轨迹

4.线性系统的分析与估算

第五部分? 线性系统的频域分析法(16学时)

1.频率特性

2.典型环节和开环系统频率特性

3.奈奎斯特判据

4.稳定裕度

5.闭环频率特性

6.闭环系统频域性能指标

第六部分? 线性系统的校正方法(12学时)

1.系统的设计与校正问题

2.常用校正装置及其特性

3.串联校正

4.反馈校正

5.复合校正

????? 第七部分? 离散系统的分析与校正(14学时)

1.离散系统的基本概念

2.信号的采样与保持

3Z变换理论

4.离散系统的数学模型

5.离散系统的稳定性与稳态误差

6.离散系统的动态性能分析

7.离散系统的数字校正

第八部分? 非线性控制系统分析(8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.描述函数法

主要知识模块与学时分配

?? (一)主要知识模块关系

自动控制原理课程的核心内容可以概括为:一个模型,三种方法。主要知识模块分布如下:

说明:图中数字代表各知识模块部分序号。在基本概念的基础上,分析一个控制系统,首先要建立数学模型,然后可采用时域法、根轨迹法、频域法中的任何一种方法进行分析,三种方法相互独立。如果系统性能不满足指标要求,则采用第6部分系统校正方法进行改善。第7部分是在前6部分基础上,将连续系统离散化,通过Z变换得到采样或离散系统,原则上经过Z变换后连续系统的分析方法均可以推广应用于离散系统。第8部分是针对严重非线性的控制系统,有两种分析方法:描述函数法和相平面法。

各部分主要内容及知识点概况:
四、教学环节学时分配

五、实践性教学内容安排要求

?????? 本课程包含有5个实验,含1个综合性实验和1个设计性实验。

六、其它有关问题说明建议

?1.本课程与其相关课程的联系

?先修课程有:高等数学(—)、复变函数与积分变换、大学物理、电路分析、模拟电子技术等。在先修课程中,应掌握复变函数等数学工具。

?本课将为后续专业课程(如现代控制理论、交直流调速系统、计算机控制系统、过程控制系统等)打下良好的理论和专业技术基础。

?2.说明相配套的课外集中实践环节

?配套课外集中实践环节与综合实训结合起来,主要内容是制作单片机控制的直流调速系统。

?3.课外练习要求

?由于本课程的理论性较强,对学生分析和运算能力要求较高,所以各章节都有相关的习题练习。通过作业,了解学生对已学知识理解和掌握的程度。必要时可以在重点章节(控制系统的数学模型、时域分析、频率特性等)安排13次习题课。在条件允许时,鼓励学生参加开放性实验,并可组织学生进行一些与控制系统相关的科技小制作。

?4.使用教学设备手段特别需求

?教学设备:多媒体教学设备、MATLAB软件。教学手段:可根据教学内容不同,适时采用讨论式教学、案例式教学以及小制作等方式,进行相关章节教学。

?5.参考教材及参考资料

建议使用教材:胡寿松主编,自动控制原理,第5版,北京:科学出版社,2007

推荐参考资料:[1] ?Richard C.Dorf主编,谢红卫等译,现代控制系统[], 北京:高等教育出版社,2011

[2] 李友善主编,自动控制原理,北京:国防工业出版社, 2005

?推荐网络资源: http://www.coaoo.com/(中国自动化网)

?? http://www.chinakong.com/(中国工控网)

?6.考核方式

?本课程为考试课,采用百分制计分,闭卷考试。平时成绩占30%,期末成绩占70%



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