《自动控制原理》课程教学大纲英文名称：AutomaticControlTheory课程编号：67106308学时数：88其中实验学时数：12课外学时数：0学分数：5.5适用专业：自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化一、课程的性质、自的和任务《自动控制原理》是自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化专业的基础教育平台之学科基础必修课。通过该课程的学习应使学生掌握单输入-单输出系统的分析和设计方法，为自动控制系统、计算机控制技术、过程控制、智能控制等重要专业课程的学习打下坚实的理论基础。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点了解自动控制的基本任务、基本原理与方式、应用领域，掌握单输入一单输出系统的分析，包括控制系统的稳定性分析、静态特性、动态特性的分析方法，能根据工程上的要求，进行简单控制系统的设计。第1章绪论1.1自动控制的基本任务、应用领域了解自动控制的基本任务、应用领域1.2自动控制的基本原理与方式掌握反馈控制的原理1.3自动控制系统的分类了解自动控制系统的分类1.4对控制系统的性能要求掌握控制系统的性能指标基本要求：了解自动控制的基本任务、应用领域及自动控制系统的分类；掌握自动控制的基本原理、方式及控制系统的性能指标。重点：自动控制的基本原理及控制系统的性能指标。第2章控制系统的数学模型2.1描述控制系统运动的微分方程的列写掌握连续系统数学模型的建立方法2.2非线性方程的线性化，从原始方程组导出单变量微分方程理解非线性方程线性化方法及从原始方程组导出单变量微分方程方法2.3为离散系统列写离散时间运动方程掌握离散系统数学模型的建立方法2.4线性微分方程的解熟练掌握线性微分方程的Laplace变换解法2.5传递函数理解传递函数的定义，熟练掌握传递函数的各种求取方法2.6典型响应熟练掌握关于脉冲响应和阶跃响应的知识基本要求：理解非线性方程的线性化方法及从原始方程组导出单变量微分方程的方法；掌握连续系统以及离散系统数学模型的建立方法：熟练掌握线性微分方程的Laplace变换解法，关于传递函数的知识及典型响应。重点：关于传递函数的知识及典型响应一脉冲响应和阶跃响应。难点：框图化简求取传递函数、信号流图求取传递函数。第3章线性系统的时域分析法3.1运动的概念，运动的稳定性，线性系统稳定的充要条件了解稳定的概念和线性系统稳定的充要条件3.2稳定的Routh判据和Hurwitz判据
《自动控制原理》课程教学大纲 英文名称：Automatic Control Theory 课程编号：67106308 学时数：88 其中实验学时数：12 课外学时数：0 学分数：5.5 适用专业：自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化 一、课程的性质、目的和任务 《自动控制原理》是自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化专业的 基础教育平台之学科基础必修课。通过该课程的学习应使学生掌握单输入-单输 出系统的分析和设计方法，为自动控制系统、计算机控制技术、过程控制、智能 控制等重要专业课程的学习打下坚实的理论基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 了解自动控制的基本任务、基本原理与方式、应用领域，掌握单输入- 单输出系统的分析，包括控制系统的稳定性分析、静态特性、动态特性的分析方法，能根据工程上 的要求，进行简单控制系统的设计。 第1章 绪论 1.1自动控制的基本任务、应用领域 了解自动控制的基本任务、应用领域 1.2自动控制的基本原理与方式 掌握反馈控制的原理 1.3自动控制系统的分类 了解自动控制系统的分类 1.4对控制系统的性能要求 掌握控制系统的性能指标 基本要求：了解自动控制的基本任务、应用领域及自动控制系统的分类；掌握自动控制的基本 原理、方式及控制系统的性能指标。 重点：自动控制的基本原理及控制系统的性能指标。 第2章 控制系统的数学模型 2.1描述控制系统运动的微分方程的列写 掌握连续系统数学模型的建立方法 2.2 非线性方程的线性化，从原始方程组导出单变量微分方程 理解非线性方程线性化方法及从原始方程组导出单变量微分方程方法 2.3为离散系统列写离散时间运动方程 掌握离散系统数学模型的建立方法 2.4线性微分方程的解 熟练掌握线性微分方程的Laplace变换解法 2.5传递函数 理解传递函数的定义，熟练掌握传递函数的各种求取方法 2.6典型响应 熟练掌握关于脉冲响应和阶跃响应的知识 基本要求：理解非线性方程的线性化方法及从原始方程组导出单变量微分方程的方法；掌握连 续系统以及离散系统数学模型的建立方法；熟练掌握线性微分方程的Laplace变换解法，关于传递函 数的知识及典型响应。 重点：关于传递函数的知识及典型响应—脉冲响应和阶跃响应。 难点：框图化简求取传递函数、信号流图求取传递函数。 第3章 线性系统的时域分析法 3.1运动的概念，运动的稳定性，线性系统稳定的充要条件 了解稳定的概念和线性系统稳定的充要条件 3.2稳定的Routh判据和Hurwitz判据
掌握稳定的Hurwitz判据，熟练掌握稳定的Routh判据3.3参数对稳定性的影响掌握参数对稳定性的影响3.4静态误差熟练掌握系统静态误差的各种求取方法3.5动态性能指标，二阶单输出系统的动态性能指标熟练掌握二阶单输出系统的动态性能指标3.6高阶系统的时域分析掌握高阶系统的时域分析方法3.7控制系统的校正掌握控制系统的PID校正基本要求：了解稳定的概念：；掌握稳定的Hurwitz判据，参数对稳定性的影响，高阶系统的时域分析及控制系统的校正；熟练掌握稳定的Routh判据，静态误差，二阶单输出系统的动态性能指标。重点：稳定的Routh判据，静态误差，二阶单输出系统的动态性能指标。难点：动态误差系数法求取静态误差，高阶系统的时域分析第4章线性系统的根轨迹法4.1根轨迹的基本概念，根轨迹的基本特性及绘制规则了解根轨迹的基本概念，根轨迹的基本特性及绘制规则4.2根轨迹绘制举例熟练掌握负反馈系统根轨迹的绘制4.3闭环零、极点的分布与系统性能指标间的关系了解闭环零、极点的分布与系统性能指标间的关系4.4根轨迹在控制系统校正中的应用及复杂、特殊根轨迹绘制熟练掌握正反馈系统、非最小相位系统、其它参数根轨迹绘制；掌握多参数根轨迹族、含有延时单元的系统的根轨迹的绘制；掌握附加开环零、极点对根轨迹的影响基本要求：了解根轨迹的基本概念、基本特性、绘制规则，闭环零、极点的分布与系统性能指标间的关系；熟练掌握负反馈系统、正反馈系统、非最小相位系统、参数根轨迹绘制：掌握多参数根轨迹族、含有延时单元系统的根轨迹的绘制；掌握附加开环零、极点对根轨迹的影响。重点：根轨迹的绘制。难点：多参数根轨迹族的绘制，含有延时单元系统的根轨迹的绘制。第5章线性系统的频域分析法5.1频率特性，频率特性函数的图象了解频率特性的概念及频率特性函数的图象表示方式5.2基本单元的频率特性函数，开环频率特性曲线的绘制熟练掌握根据基本单元的频率特性进行开环频率特性曲线的绘制5.3Nyquist稳定判据、对数频率稳定判据及应用熟练掌握应用Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据判断闭环系统的稳定性5.4稳定裕度掌握幅值裕度和相角裕度5.5从开环频率特性研究闭环系统的稳定性、静态特性、动态性能掌握从开环频率特性研究闭环系统性能的方法基本要求：了解频率特性的概念；掌握频率特性函数的图象的绘制，稳定裕度；能从开环频率持性研究闭环系统的性能：熟练掌握根据基本单元的频率特性进行开环频率特性曲线的绘制，能熟练应用Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据。重点：Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据的应用，稳定裕度。难点：Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据的应用。第6章线性系统的校正方法6.1控制系统的性能指标及各类指标的关系了解控制系统的性能指标及各类指标的关系6.2常用校正装置及其特性掌握常用校正装置及其特性6.3串联校正的综合熟练掌握串联校正的各种综合方法
掌握稳定的Hurwitz判据，熟练掌握稳定的Routh判据 3.3参数对稳定性的影响 掌握参数对稳定性的影响 3.4静态误差 熟练掌握系统静态误差的各种求取方法 3.5动态性能指标，二阶单输出系统的动态性能指标 熟练掌握二阶单输出系统的动态性能指标 3.6高阶系统的时域分析 掌握高阶系统的时域分析方法 3.7控制系统的校正 掌握控制系统的PID校正 基本要求：了解稳定的概念；掌握稳定的Hurwitz判据，参数对稳定性的影响，高阶系统的时 域分析及控制系统的校正；熟练掌握稳定的Routh判据，静态误差，二阶单输出系统的动态性能指 标。 重点：稳定的Routh判据，静态误差，二阶单输出系统的动态性能指标。 难点：动态误差系数法求取静态误差，高阶系统的时域分析 第4章 线性系统的根轨迹法 4.1根轨迹的基本概念，根轨迹的基本特性及绘制规则 了解根轨迹的基本概念，根轨迹的基本特性及绘制规则 4.2根轨迹绘制举例 熟练掌握负反馈系统根轨迹的绘制 4.3闭环零、极点的分布与系统性能指标间的关系 了解闭环零、极点的分布与系统性能指标间的关系 4.4根轨迹在控制系统校正中的应用及复杂、特殊根轨迹绘制 熟练掌握正反馈系统、非最小相位系统、其它参数根轨迹绘制；掌握多参数根轨迹族、含 有延时单元的系统的根轨迹的绘制；掌握附加开环零、极点对根轨迹的影响 基本要求：了解根轨迹的基本概念、基本特性、绘制规则，闭环零、极点的分布与系统性能指 标间的关系；熟练掌握负反馈系统、正反馈系统、非最小相位系统、参数根轨迹绘制；掌握多参数 根轨迹族、含有延时单元系统的根轨迹的绘制；掌握附加开环零、极点对根轨迹的影响。 重点：根轨迹的绘制。 难点：多参数根轨迹族的绘制，含有延时单元系统的根轨迹的绘制。 第5章 线性系统的频域分析法 5.1 频率特性，频率特性函数的图象 了解频率特性的概念及频率特性函数的图象表示方式 5.2基本单元的频率特性函数，开环频率特性曲线的绘制 熟练掌握根据基本单元的频率特性进行开环频率特性曲线的绘制 5.3 Nyquist稳定判据、对数频率稳定判据及应用 熟练掌握应用Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据判断闭环系统的 稳定性 5.4 稳定裕度 掌握幅值裕度和相角裕度 5.5从开环频率特性研究闭环系统的稳定性、静态特性、动态性能 掌握从开环频率特性研究闭环系统性能的方法 基本要求：了解频率特性的概念；掌握频率特性函数的图象的绘制，稳定裕度；能从开环频率 特性研究闭环系统的性能；熟练掌握根据基本单元的频率特性进行开环频率特性曲线的绘制，能熟 练应用Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据。 重点：Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据的应用，稳定裕度。 难点：Nyquist稳定判据及对数频率稳定判据的应用。 第6章 线性系统的校正方法 6.1控制系统的性能指标及各类指标的关系 了解控制系统的性能指标及各类指标的关系 6.2常用校正装置及其特性 掌握常用校正装置及其特性 6.3串联校正的综合 熟练掌握串联校正的各种综合方法
6.4反馈校正及复合校正了解反馈校正和复合校正的思想基本要求：了解控制系统的性能指标及各类指标的关系：掌握常用校正装置及其特性：理解反馈校正及复合校正的思想；熟练掌握串联校正的各种综合方法。重点：串联校正的各种综合方法。难点：串联校正的各种综合方法。第7章线性离散系统的分析与校正7.1采样过程和采样定理，保持器理解采样过程和采样定理，掌握零阶保持器7.2Z变换理论掌握Z变换理论7.3脉冲传递函数熟练掌握系统脉冲传递函数的求取7.4离散系统的稳定性与稳态误差熟练掌握离散系统的稳定性判断方法、稳态误差的计算7.5离散系统的动态特性分析掌握离散系统动态特性分析7.6离散系统的数字校正掌握离散系统数字校正方法基本要求：理解采样过程和采样定理，保持器；掌握Z变换理论，离散系统动态特性分析及数字校正：熟练掌握系统脉冲传递函数的求取，离散系统的稳定性判断方法、稳态误差的计算。重点：离散系统的性能分析。难点：离散系统的数字校正。三、教学方式及学时分配序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例21讲授第1章绪论4:1212讲授4: 1第2章控制系统的数学模型3讲授16第3章线性系统的时域分析法4:1410讲授4: 1第4章线性系统的根轨迹法185讲授第5章线性系统的频域分析法4: 166讲授4: 1第6章线性系统的校正方法712讲授4: 1第7章线性离散系统的分析与校正四、其他教学环节的要求根据各章节内容安排课后作业。课后作业应侧重基础知识的掌握、课堂内容的消化，对作业中出现的普遍问题做集中答疑。本课程包括6个实验，共计12学时。根据《实验指导书》的要求准备实验、完成实验内容、书写实验报告：每次实验结束后要求学生按要求书写实验报告，实验报告有三次不合格者不允许参加期末考试。根据课程讲授内容做课后思考题及习题。序号学时实验名称实验内容2实验一控制系统典型环节的电模拟典型环节的实现与特性分析及其阶跃响应2实验二一阶系统的时域响应及参数-阶系统的实现与特性分析测定2实验三二阶系统的瞬态响应分析二阶系统的实现与特性分析2实验四三阶系统的瞬态响应及稳态三阶系统的实现与特性分析分析1实验五PID控制器的动态特性PID控制器的实现与特性分析实验六3自动控制系统的动态校正工程设计法对系统进行校正的实现五、本课程与其它课程的联系
6.4反馈校正及复合校正 了解反馈校正和复合校正的思想 基本要求：了解控制系统的性能指标及各类指标的关系；掌握常用校正装置及其特性；理 解反馈校正及复合校正的思想；熟练掌握串联校正的各种综合方法。 重点：串联校正的各种综合方法。 难点：串联校正的各种综合方法。 第7章 线性离散系统的分析与校正 7.1采样过程和采样定理，保持器 理解采样过程和采样定理，掌握零阶保持器 7.2 Z变换理论 掌握Z变换理论 7.3脉冲传递函数 熟练掌握系统脉冲传递函数的求取 7.4离散系统的稳定性与稳态误差 熟练掌握离散系统的稳定性判断方法、稳态误差的计算 7.5离散系统的动态特性分析 掌握离散系统动态特性分析 7.6离散系统的数字校正 掌握离散系统数字校正方法 基本要求：理解采样过程和采样定理，保持器；掌握Z变换理论，离散系统动态特性分析及数字 校正；熟练掌握系统脉冲传递函数的求取，离散系统的稳定性判断方法、稳态误差的计算。 重点：离散系统的性能分析。 难点：离散系统的数字校正。 三、教学方式及学时分配 序号 主要内容 主要教学方式 学时分配 辅导答疑比例 1 第1章 绪论 讲授 2 4：1 2 第2章 控制系统的数学模型 讲授 12 4：1 3 第3章 线性系统的时域分析法 讲授 16 4：1 4 第4章 线性系统的根轨迹法 讲授 10 4：1 5 第5章 线性系统的频域分析法 讲授 18 4：1 6 第6章 线性系统的校正方法 讲授 6 4：1 7 第7章 线性离散系统的分析与校正 讲授 12 4：1 四、其他教学环节的要求 根据各章节内容安排课后作业。课后作业应侧重基础知识的掌握、课堂内容的消化，对作业中 出现的普遍问题做集中答疑。 本课程包括6个实验，共计12学时。根据《实验指导书》的要求准备实验、完成实验内容、书写 实验报告；每次实验结束后要求学生按要求书写实验报告，实验报告有三次不合格者不允许参加期 末考试。根据课程讲授内容做课后思考题及习题。 序号 实验名称 实验内容 学时 实验一 控制系统典型环节的电模拟 及其阶跃响应 典型环节的实现与特性分析 2 实验二 一阶系统的时域响应及参数 测定 一阶系统的实现与特性分析 2 实验三 二阶系统的瞬态响应分析 二阶系统的实现与特性分析 2 实验四 三阶系统的瞬态响应及稳态 分析 三阶系统的实现与特性分析 2 实验五 PID控制器的动态特性 PID控制器的实现与特性分析 1 实验六 自动控制系统的动态校正 工程设计法对系统进行校正的实现 3 五、本课程与其它课程的联系
先修课程：《高等数学》、《复变函数》、《电路原理》、《电子技术》、《电机与拖动》等。后续课程：《现代控制理论》、《电力拖动自动控制系统》、《计算机控制技术》、《过程控制》等。六、考核方式本课程是考试课。考核方式为闭卷考试，平时成绩占10%，实验占20%，期未考试成绩占70%七、教学参考书目1.《自动控制原理》胡寿松科学出版社，2001.2第5版2.《自动控制原理》上、下册，吴麒，清华大学出版社，1994.5第1版3.《线性控制系统工程》金爱娟清华大学出版社，2005.6第1版4.《现代控制工程》绪方胜彦著，卢伯英等译科学出版社
先修课程：《高等数学》、《复变函数》、《电路原理》、《电子技术》、《电机与拖动》 等。 后续课程：《现代控制理论》、《电力拖动自动控制系统》、《计算机控制 技术》、《过程控制》等。 六、考核方式 本课程是考试课。考核方式为闭卷考试，平时成绩占10%，实验占20%，期末考试成绩占70%。 七、教学参考书目 1．《自动控制原理》胡寿松 科学出版社，2001.2 第5版 2．《自动控制原理》上、下册，吴麒，清华大学出版社，1994. 5 第1版 3．《线性控制系统工程》金爱娟 清华大学出版社，2005.6 第1版 4．《现代控制工程》绪 方胜彦著，卢伯英等译 科学出版社