《自动控制原理》教学大纲 课程名称（汉）：《自动控制原理》 课程名称（英）：Automatic Control Theory 课程代码：132013011 课程类型：专业教育平台专业核心课程模块 适用对象：自动化专业本科大二 学时/学分：88学时（理论学时72，实验学时16）/5学分 先修课程：《高等数学》，《复变函数与积分变换》，《模拟电子技术》和《电 路分析基础》等。 方案版本：2021版 一、课程简介 《自动控制原理》课程是一门研究总控制系统的基本概念、基本原理和基本 分析与设计方法的基础工程课程，他是自动化专业的一门专业核心课。本课程主 要内容包括自动控制系统建模、自动控制系统分析和自动控制系统设计（校正）、 离散控制系统等方面。通过本课程的教学，让学生掌握分析与综合SS0自动控 制系统的经典控制理论与方法，并能初步结合实际，分析和设计控制系统。为后 续课程的学习打下坚实基础。 二、课程的教学目标 课程目标1：掌握经典控制论中单输入单输出线性定常控制系统的工作原理；掌 握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使学生具有分析和设计自动 控制系统的初步能力，对系统的认识上升到更高的层次。 课程目标2：了解控制系统中常用的检测装置，常用执行机构的工作原理，数学 模型的建立过程，以及当前经典控制论的发展状况。 课程目标3：要求在理解有关自动控制系统基本概念的基础上，建立控制系统数 学模型，掌握并灵活运用时域法、根轨迹法和频率法进行系统分析，系统校正的 思路和方法，明确三种方法各自的特点及其内在联系。 课程目标4：理解采样控制系统的基本知识，掌握采样控制系统分析、校正的思 路和方法，为日后计算机控制系统的分析设计打下良好的基础。 课程目标5：通过对非线性系统的学习，认识非线性控制系统运动的特殊性；掌 握运用描述函数法分析非线性系统自振的方法：了解分析非线性系统的相平面 法
《自动控制原理》教学大纲 课程名称（汉）：《自动控制原理》 课程名称（英）：Automatic Control Theory 课程代码：132013011 课程类型：专业教育平台专业核心课程模块 适用对象：自动化专业本科大二 学时/学分：88 学时（理论学时 72，实验学时 16）/5 学分 先修课程：《高等数学》，《复变函数与积分变换》，《模拟电子技术》和《电 路分析基础》等。 方案版本：2021 版 一、课程简介 《自动控制原理》课程是一门研究总控制系统的基本概念、基本原理和基本 分析与设计方法的基础工程课程，他是自动化专业的一门专业核心课。本课程主 要内容包括自动控制系统建模、自动控制系统分析和自动控制系统设计（校正）、 离散控制系统等方面。通过本课程的教学，让学生掌握分析与综合 SISO 自动控 制系统的经典控制理论与方法，并能初步结合实际，分析和设计控制系统。为后 续课程的学习打下坚实基础。 二、课程的教学目标 课程目标 1：掌握经典控制论中单输入单输出线性定常控制系统的工作原理；掌 握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使学生具有分析和设计自动 控制系统的初步能力，对系统的认识上升到更高的层次。 课程目标 2：了解控制系统中常用的检测装置，常用执行机构的工作原理，数学 模型的建立过程，以及当前经典控制论的发展状况。 课程目标 3：要求在理解有关自动控制系统基本概念的基础上，建立控制系统数 学模型，掌握并灵活运用时域法、根轨迹法和频率法进行系统分析，系统校正的 思路和方法，明确三种方法各自的特点及其内在联系。 课程目标 4：理解采样控制系统的基本知识，掌握采样控制系统分析、校正的思 路和方法，为日后计算机控制系统的分析设计打下良好的基础。 课程目标 5：通过对非线性系统的学习，认识非线性控制系统运动的特殊性；掌 握运用描述函数法分析非线性系统自振的方法；了解分析非线性系统的相平面 法
三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 毕业要求指标点（非认证专业可以 华业要求 省略本项内容) 课程目标 支撑 权重 工程知识 问题分析 1、2、4、5 设计/开发解决方案 3 0.09 科学研究 0.04 使用现代化工具 工程与社会 环境和可持续发展 职业规范 个人和团队 沟通 项目管理 终身学习 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 对应课程 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 目标 一、教学内容 教学目的与要求 (1)自动控制的基 本章主要介绍自动控制系统的基本概念。 本原理： 要求掌握自动控制的含义、自动控制系统的组 (2)自动控制系统 成、负反馈控制原理、方块图表示方法。理解自动 示例： 控制系统的分类、工程上对自动控制系统的基本要 (3)自动控制系统 求。了解自动控制理论的发展过程及发展趋势。 的分类： (4)自动控制系统 教学重点与难点 1 的分析与设计。 重点：开环控制和闭环控制的基本原理和特 二、实践教学 点，闭环（反馈）控制是本章的重要概念。 软硬件条件：配有 难点：采用实例建立系统的基本概念和由系统 windows操作系统 工作原理图画出系统方块图的方法。 和自动控制实验 教学手段及方式方法 软件的计算机，自 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 控原理实验箱。 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 实验地点：自控原 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 理实验室 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作
三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点（非认证专业可以 省略本项内容） 课程目标 支撑 权重 工程知识 1 问题分析 1、2、4、5 设计/开发解决方案 3 0.09 科学研究 0.04 使用现代化工具 工程与社会 环境和可持续发展 职业规范 个人和团队 沟通 项目管理 终身学习 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 1 一、教学内容 (1)自动控制的基 本原理； (2)自动控制系统 示例； (3)自动控制系统 的分类； (4)自动控制系统 的分析与设计。 二、实践教学 软硬件条件：配有 windows 操作系统 和自动控制实验 软件的计算机，自 控原理实验箱。 实验地点：自控原 理实验室 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的基本概念。 要求掌握自动控制的含义、自动控制系统的组 成、负反馈控制原理、方块图表示方法。理解自动 控制系统的分类、工程上对自动控制系统的基本要 求。了解自动控制理论的发展过程及发展趋势。 教学重点与难点 重点：开环控制和闭环控制的基本原理和特 点，闭环（反馈）控制是本章的重要概念。 难点：采用实例建立系统的基本概念和由系统 工作原理图画出系统方块图的方法。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 1
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 目标 巩固。 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统常用的数学模型 及其求法。 要求牢固掌握传递函数的概念、定义和性质。 熟悉典型环节及其传递函数。熟练地对系统结构图 一、 教学内容 进行等效变换。正确理解并利用梅逊公式求取系统 (1)拉普拉斯变 的传递函数。初步了解脉冲响应函数的概念及性 换 质。 (2)控制系统的 教学重点与难点 时域数学模型 重点：传递函数的基本概念、结构图的建立与 (3)控制系统的 等效变换、梅逊公式。 复数域数学模型 难点：结构图的等效变换：梅逊公式的应用： (4)控制系统的 由系统微分方程建立系统结构图。 结构图与信号流 教学手段及方式方法 图 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 一、教学内容 教学目的与要求 (1)系统的时域 本章主要介绍自动控制系统的时域分析法。 性能指标 要求熟练掌握系统稳定的充要条件和判断方 (2)一阶系统的 法。熟练掌握一阶二阶系统动态性能指标与系统参 时域分析 量的关系及计算方法。掌握具有主导极点的高阶系 (3)二阶系统的 统动态性能指标的近似计算方法。掌握系统动态性 时域分析 能随系统闭环极点的移动而变化的规律。正确理解 (4)高阶系统的 稳态误差的概念：牢固掌握计算稳态误差的各种方 3 时域分析 法。了解减小或消除稳态误差的措施。 3 (5)线性系统的 教学重点与难点 稳定性分析 重点：稳定性、稳态误差、一、二阶系统阶跃 (6)线性系统的 响应的特点及动态性能与系统参数间的关系等有 稳态误差计算 关概念和计算方法。 二、实践教学 难点：典型二阶系统的分析：劳斯稳定判据中 典型环节的时域 特殊情况的处理：零、极点位置对系统性能的影响： 响应：典型系统的 提高系统性能的方法。 时域响应和稳定 教学手段及方式方法
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 巩固。 2 一、教学内容 （1）拉普拉斯变 换 （2）控制系统的 时域数学模型 （3）控制系统的 复数域数学模型 （4）控制系统的 结构图与信号流 图 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统常用的数学模型 及其求法。 要求牢固掌握传递函数的概念、定义和性质。 熟悉典型环节及其传递函数。熟练地对系统结构图 进行等效变换。正确理解并利用梅逊公式求取系统 的传递函数。初步了解脉冲响应函数的概念及性 质。 教学重点与难点 重点：传递函数的基本概念、结构图的建立与 等效变换、梅逊公式。 难点：结构图的等效变换；梅逊公式的应用； 由系统微分方程建立系统结构图。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 2 3 一、教学内容 （1）系统的时域 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 二、实践教学 典型环节的时域 响应；典型系统的 时域响应和稳定 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的时域分析法。 要求熟练掌握系统稳定的充要条件和判断方 法。熟练掌握一阶二阶系统动态性能指标与系统参 量的关系及计算方法。掌握具有主导极点的高阶系 统动态性能指标的近似计算方法。掌握系统动态性 能随系统闭环极点的移动而变化的规律。正确理解 稳态误差的概念；牢固掌握计算稳态误差的各种方 法。了解减小或消除稳态误差的措施。 教学重点与难点 重点：稳定性、稳态误差、一、二阶系统阶跃 响应的特点及动态性能与系统参数间的关系等有 关概念和计算方法。 难点：典型二阶系统的分析；劳斯稳定判据中 特殊情况的处理；零、极点位置对系统性能的影响； 提高系统性能的方法。 教学手段及方式方法 3
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等 目标 性分析。 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的根轨迹分析法。 要求正确理解根轨迹的概念。掌握根轨迹的绘 教学内容 制法则，能熟练绘制180°根轨迹及参量根轨迹。 (1)根轨迹法的 能用根轨迹分析系统主要性能，掌握主导极点与动 基本概念 态性能指标之间的关系。能定性分析增加开环零极 (2)常规根轨迹 点对系统动静态性能的影响。 的绘制法则 教学重点与难点 (3)广义根轨迹 教学重点：根轨迹的画法，参数根轨迹的画法， 4 (4)系统性能的 并学会用根轨迹的方法来分析控制系统，附加开环 3 分析 零极点对系统根轨迹的改造和对系统性能的影响。 实践教学 教学难点：利用根轨迹对系统性能的分析。 线性系统的根轨 教学手段及方式方法 迹分析。 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 教学内容 教学目的与要求 (1)频率特性 本章主要介绍自动控制系统的频域分析法。 (2)典型环节与 要求掌握频率特性的基本概念。熟悉典型环节 开环系统频率特 的频率特性。掌握极坐标图和对数坐标图的绘制方 性 法。掌握Nyquist稳定判据的应用。理解相对稳定 (3)频域稳定判 性的概念，会进行稳定裕度的计算。掌握最小相位 5 据 系统开环频率特性与系统时域指标间的关系。了解 3 (4)频域稳定裕 最小相位系统闭环频率特性与系统时域指标间的 度 关系。 (5)闭环系统的 教学重点与难点 频域性能指标。 教学重点：用频率特性的方法来分析系统的稳 实贱教学 定性，以及相对稳定性以及开环频率特性与控制系 线性系统的频率 统性能指标间的关系
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 性分析。 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 4 教学内容 （1）根轨迹法的 基本概念 （2）常规根轨迹 的绘制法则 （3）广义根轨迹 （4）系统性能的 分析 实践教学 线性系统的根轨 迹分析。 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的根轨迹分析法。 要求正确理解根轨迹的概念。掌握根轨迹的绘 制法则，能熟练绘制 180°根轨迹及参量根轨迹。 能用根轨迹分析系统主要性能，掌握主导极点与动 态性能指标之间的关系。能定性分析增加开环零极 点对系统动静态性能的影响。 教学重点与难点 教学重点：根轨迹的画法，参数根轨迹的画法， 并学会用根轨迹的方法来分析控制系统，附加开环 零极点对系统根轨迹的改造和对系统性能的影响。 教学难点：利用根轨迹对系统性能的分析。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 3 5 教学内容 （1）频率特性 （2）典型环节与 开环系统频率特 性 （3）频域稳定判 据 （4）频域稳定裕 度 （5）闭环系统的 频域性能指标。 实践教学 线性系统的频率 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的频域分析法。 要求掌握频率特性的基本概念。熟悉典型环节 的频率特性。掌握极坐标图和对数坐标图的绘制方 法。掌握 Nyquist 稳定判据的应用。理解相对稳定 性的概念，会进行稳定裕度的计算。掌握最小相位 系统开环频率特性与系统时域指标间的关系。了解 最小相位系统闭环频率特性与系统时域指标间的 关系。 教学重点与难点 教学重点：用频率特性的方法来分析系统的稳 定性，以及相对稳定性以及开环频率特性与控制系 统性能指标间的关系。 3
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 目标 响应分析 教学难点：用奈氏判据判断系统的稳定性中幅 相曲线包围(-1，j0)点圈数情况，以及负数轴上 (-1,j0)点以左正、负穿越的定义。控制系统的 相对稳定性的含义。幅相曲线变化情况和开环结构 参数关系。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的校正。 掌握串联校正中的超前校正的综合过程，滞后 校正的综合过程以及滞后-超前校正的综合过程， 以及按系统的期望频率特性进行校正的综合过程， 采用反馈校正参数的确定。 了解系统为什么需要校正，采用校正方式和方 敦学内容 法的分类。并结合前面第三章、四章、五章对系统 (1)系统的设计 的分析的情况来分析控制系统的基本控制规律。 与校正问题 教学重点与难点 (2)常用校正装 教学重点：超前校正，滞后校正，滞后-超前 置及其特性 6 校正的校正网络传递函数中零极点在S平面上分布 3 (3)串联校正 情况以及参数结构是怎样对校正起作用的，串联校 (4)前馈校正 正和并联校正间的关系。 实践教学 教学难点：采用超前、滞后、滞后-超前校正 线性系统的校正 对系统校正的方法和流程。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 教学内容 教学目的与要求 (1)离散系统的 本章主要介绍线性离散控制系统的概念和分
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 响应分析 教学难点：用奈氏判据判断系统的稳定性中幅 相曲线包围（-1，j0）点圈数情况，以及负数轴上 （-1，j0）点以左正、负穿越的定义。控制系统的 相对稳定性的含义。幅相曲线变化情况和开环结构 参数关系。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 6 教学内容 （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）前馈校正 实践教学 线性系统的校正 教学目的与要求 本章主要介绍自动控制系统的校正。 掌握串联校正中的超前校正的综合过程，滞后 校正的综合过程以及滞后-超前校正的综合过程， 以及按系统的期望频率特性进行校正的综合过程， 采用反馈校正参数的确定。 了解系统为什么需要校正，采用校正方式和方 法的分类。并结合前面第三章、四章、五章对系统 的分析的情况来分析控制系统的基本控制规律。 教学重点与难点 教学重点：超前校正，滞后校正，滞后-超前 校正的校正网络传递函数中零极点在 S 平面上分布 情况以及参数结构是怎样对校正起作用的，串联校 正和并联校正间的关系。 教学难点：采用超前、滞后、滞后-超前校正 对系统校正的方法和流程。 教学手段及方式方法 理论讲授为主，课堂组织采用启发式教学方 法，保证学生参与性与师生互动性。对于要求掌握 的知识点，布置一定量的作业，以获得学生掌握情 况的反馈信息。对学生掌握比较薄弱的知识点再作 巩固。 3 7 教学内容 （1）离散系统的 教学目的与要求 本章主要介绍线性离散控制系统的概念和分 4