自动控制原理（一）基本信息中文课程名称：自动控制原理英文课程名称：PrincipleofAutomaticControl课程编号：0311034学分：4学时：64（其中，56学时理论，实验4学时，上机4学时）课程性质：必修适用专业：机械电子工程先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《机械原理》、《理论力学》、《电工电子技术》等开课系（教研部）：机械设计教研部执笔：洪连环审核：冯占荣课程简介：《自动控制原理》是机械电子工程专业一门必修的专业核心课程，主要研究自动控制系统的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法。本课程的主要内容为自动控制系统的建模、自动控制系统的分析、自动控制系统的设计和校正，具体包括系统的数学模型、时域分析法、频域分析法、根轨迹法、系统校正、状态空间分析与综合、离散系统的分析与校正等。通过本课程的学习，使学生掌握控制理论与方法，掌握利用MATLAB&Simulink进行计算机辅助分析与设计，为今后进一步深入学习和研究其它控制理论与控制系统设计打下坚实的基础。（二）课程目标本课程的主要目标是通过学习使学生能够从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态历程。能结合工程实际，应用控制论中的基本概念和基本方法分析、研究和解决其中的工程问题，并支撑专业毕业目标中相应指标点的达成。课程自标对学生的能力要求如下：1）掌握自动控制理论的基本概念和基本理论，具备用本课程的基本概念描述机械电子工程问题的能力、用基本理论解决简单工程问题的能力。2）掌握线性控制系统的设计与校正的基本原理和方法，具备根据系统的性能指标来分析、设计及校正系统的能力。3）学会利用MATLAB&Simulink对机电系统进行模拟分析、预测和控制。4）通过课程的理论和实践教学，树立自主学习和终身学习的思想，并逐渐具备创新创业精神和自主学习能力。课程目标对毕业要求的支撑关系如表1所示
自动控制原理 （一）基本信息 中文课程名称：自动控制原理 英文课程名称：Principle of Automatic Control 课程编号：0311034 学分：4 学时：64（其中，56 学时理论，实验 4 学时，上机 4 学时） 课程性质：必修 适用专业：机械电子工程 先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《机械原理》、《理论力学》、《电工电子技术》等 开课系（教研部）：机械设计教研部 执笔：洪连环 审核：冯占荣 课程简介： 《自动控制原理》是机械电子工程专业一门必修的专业核心课程，主要研究自动控制系统的基 本概念、基本原理和基本分析与设计方法。本课程的主要内容为自动控制系统的建模、自动控制系 统的分析、自动控制系统的设计和校正，具体包括系统的数学模型、时域分析法、频域分析法、根 轨迹法、系统校正、状态空间分析与综合、离散系统的分析与校正等。通过本课程的学习，使学生 掌握控制理论与方法，掌握利用 MATLAB &Simulink 进行计算机辅助分析与设计，为今后进一步深 入学习和研究其它控制理论与控制系统设计打下坚实的基础。 （二）课程目标 本课程的主要目标是通过学习使学生能够从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态历 程。能结合工程实际，应用控制论中的基本概念和基本方法分析、研究和解决其中的工程问题，并 支撑专业毕业目标中相应指标点的达成。 课程目标对学生的能力要求如下： 1）掌握自动控制理论的基本概念和基本理论，具备用本课程的基本概念描述机械电子工程问题 的能力、用基本理论解决简单工程问题的能力。 2）掌握线性控制系统的设计与校正的基本原理和方法，具备根据系统的性能指标来分析、设计 及校正系统的能力。 3）学会利用 MATLAB & Simulink 对机电系统进行模拟分析、预测和控制。 4）通过课程的理论和实践教学，树立自主学习和终身学习的思想，并逐渐具备创新创业精神和 自主学习能力。 课程目标对毕业要求的支撑关系如表 1 所示
表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求课程目标毕业要求指标点指标点1.2：具备机械电子工程所需要的工程基础和专业基础知毕业要求1课程目标1识的基本概念和基本理论。指标点4.1：掌握机电工程领域复杂的机电一体化系统设计与开毕业要求4课程目标2发的基本原理和科学方法。指标点5.2：针对具体机械电子工程的复杂问题，能够选择和使用毕业要求5课程目标3合适的现代工具对问题进行模拟分析和预测或控制，指标点12.1：对自主学习和终身学习有正确的认识，具备自主学毕业要求12课程目标4习能力。（三）教学内容序推荐教学对应的教学内容教学要求号学时方式课程目标通过课堂讲授明确课程在专业中的地位、与其它单元1：控制系统的概述课程的联系、学习方式和讲授+1）课程简介；考核方式。通过钱学森案讨论+课程目标12）自动控制的基本原理；例和讨论调动学生的学21线上课程目标43）自动控制的分类；习兴趣，培养学生的职业学习素养，树立家国情怀。通4）自动控制的基本要求。过线上学习培养学生的自主学习能力。通过课堂讲授、案例教学，辅以讨论、作业和实单元2：控制系统的数学模型验，使学生掌握主要模型讲授+1）系统的时域数学模型；的特点和控制系统建模讨论+10课程目标1作业+2）系统的频域数学模型；的基本方法，初步掌握+课程目标23）系统的结构框图和信号流Simulink工具箱在课程中案例+2(2课程目标3图：的应用，培养学生脚踏实实验+课程目标4)地、严谨的科学精神，培线上4）基于Simulink的建模实学习例。养分析问题和解决问题的能力。通过线上学习培养学生的自主学习能力。单元3：线性系统的时域分析通过课堂讲授、案例教讲授+课程目标1101）时间响应的性能指标；学，辅以讨论、作业和实+讨论+课程目标23(2作业+2）一阶、二阶和高阶系统的验，使学生掌握在时域中课程目标3
表 1 课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 毕业要求 1 指标点 1.2：具备机械电子工程所需要的工程基础和专业基础知 识的基本概念和基本理论。 课程目标 1 毕业要求 4 指标点 4.1：掌握机电工程领域复杂的机电一体化系统设计与开 发的基本原理和科学方法。 课程目标 2 毕业要求 5 指标点 5.2：针对具体机械电子工程的复杂问题，能够选择和使用 合适的现代工具对问题进行模拟分析和预测或控制。 课程目标 3 毕业要求 12 指标点 12.1：对自主学习和终身学习有正确的认识，具备自主学 习能力。 课程目标 4 （三）教学内容 序 号 教学内容 教学要求 推荐 学时 教学 方式 对应的 课程目标 1 单元 1：控制系统的概述 1）课程简介； 2）自动控制的基本原理； 3）自动控制的分类； 4）自动控制的基本要求。 通过课堂讲授明确课程 在专业中的地位、与其它 课程的联系、学习方式和 考核方式。通过钱学森案 例和讨论调动学生的学 习兴趣，培养学生的职业 素养，树立家国情怀。通 过线上学习培养学生的 自主学习能力。 2 讲授+ 讨论+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 4 2 单元 2：控制系统的数学模型 1）系统的时域数学模型； 2）系统的频域数学模型； 3）系统的结构框图和信号流 图； 4）基于 Simulink 的建模实 例。 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论、作业和实 验，使学生掌握主要模型 的特点和控制系统建模 的基本方法，初步掌握 Simulink工具箱在课程中 的应用，培养学生脚踏实 地、严谨的科学精神，培 养分析问题和解决问题 的能力。通过线上学习培 养学生的自主学习能力。 10 + （2 ） 讲授+ 讨论+ 作业+ 案例+ 实验+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 3 单元 3：线性系统的时域分析 1） 时间响应的性能指标； 2） 一阶、二阶和高阶系统的 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论、作业和实 验，使学生掌握在时域中 10 + （2 讲授+ 讨论+ 作业+ 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3
课程目标4时域分析；分析线性系统的动态性案例+)上机+3）系统的稳定性分析；能、稳态性能和稳定性的线上4）系统的稳态误差计算；方法，培养学生脚踏实5）基于MATLAB&Simulink地、严谨的科学精神，培学习的时域分析实例。养创新创业精神、分析问题和解决问题的能力。通过线上学习培养学生的自主学习能力。通过课堂讲授、案例教学，辅以讨论、作业和实单元4：线性系统的根轨迹法讲授+验，使学生掌握根轨迹法讨论+课程目标11）根轨迹的基本概念：的基本理论和应用，培养2）根轨迹绘制的基本法则：作业+课程目标2学生脚踏实地、严谨的科6A案例+3）系统的性能分析：课程目标3学精神，培养创新创业精4）基于MATLAB的复域设线上课程目标4神、分析问题和解决问题计实例。学习的能力。通过线上学习培养学生的自主学习能力。通过课堂讲授、案例教单元5：线性系统的频域分析学，辅以讨论、作业和实1）频率特性：讲授+验，使学生掌握在频域中2）典型环节和开环环节的频讨论+分析线性系统的动态性12率特性：课程目标1能、稳态性能和稳定性的作业+3）频率域稳定判据；x课程目标2案例+方法，培养学生脚踏实54）稳定裕度；(2课程目标3上机+地、严谨的科学精神，培课程目标45）闭环系统的频域性能指线上养创新创业精神、分析问标；学习题和解决问题的能力。通6）基于MATLAB&Simulink过线上学习培养学生的的频域分析实例。自主学习能力。通过课堂讲授、案例教学，辅以讨论、作业和实单元6：线性系统的校正验，使学生掌握线性系统讲授+1）系统的设计与校正问题；校正的基本理论和常见讨论+课程目标14的校正方式，培养学生脚案例+2）常用校正装置及其特性；课程目标26+3）串联、前馈和复合校正；踏实地、严谨的科学精实验+课程目标3(2)线上4）基于MATLAB&Simulink神，培养创新创业精神、课程目标4学习分析问题和解决问题的的校正设计实例。能力。通过线上学习培养学生的自主学习能力
时域分析； 3） 系统的稳定性分析； 4） 系统的稳态误差计算； 5） 基于 MATLAB & Simulink 的时域分析实例。 分析线性系统的动态性 能、稳态性能和稳定性的 方法，培养学生脚踏实 地、严谨的科学精神，培 养创新创业精神、分析问 题和解决问题的能力。通 过线上学习培养学生的 自主学习能力。 ） 案例+ 上机+ 线上 学习 课程目标 4 4 单元 4：线性系统的根轨迹法 1） 根轨迹的基本概念； 2） 根轨迹绘制的基本法则； 3） 系统的性能分析； 4） 基于 MATLAB 的复域设 计实例。 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论、作业和实 验，使学生掌握根轨迹法 的基本理论和应用，培养 学生脚踏实地、严谨的科 学精神，培养创新创业精 神、分析问题和解决问题 的能力。通过线上学习培 养学生的自主学习能力。 6 讲授+ 讨论+ 作业+ 案例+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 5 单元 5：线性系统的频域分析 1） 频率特性； 2） 典型环节和开环环节的频 率特性； 3） 频率域稳定判据； 4） 稳定裕度； 5） 闭环系统的频域性能指 标； 6） 基于 MATLAB & Simulink 的频域分析实例。 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论、作业和实 验，使学生掌握在频域中 分析线性系统的动态性 能、稳态性能和稳定性的 方法，培养学生脚踏实 地、严谨的科学精神，培 养创新创业精神、分析问 题和解决问题的能力。通 过线上学习培养学生的 自主学习能力。 12 + （2 ） 讲授+ 讨论+ 作业+ 案例+ 上机+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 6 单元 6：线性系统的校正 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、前馈和复合校正； 4）基于 MATLAB & Simulink 的校正设计实例。 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论、作业和实 验，使学生掌握线性系统 校正的基本理论和常见 的校正方式，培养学生脚 踏实地、严谨的科学精 神，培养创新创业精神、 分析问题和解决问题的 能力。通过线上学习培养 学生的自主学习能力。 4 + (2) 讲授+ 讨论+ 案例+ 实验+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4
单元7：线性系统的状态分析通过课堂讲授、案例教与综合学，辅以讨论和作业，使讲授+1）线性系统的状态空间描学生掌握线性系统的状述；讨论+态空间描述的基本理论课程目标12）线性系统的可控性和可观作业+及其应用，培养学生脚踏课程目标2T6测性；实地、严谨的科学精神，案例+课程目标3线上3）线性定常系统的反馈结构培养创新创业精神、分析课程目标4学习问题和解决问题的能力。与状态观测器；通过线上学习培养学生4）基于MATLAB&Simulink的自主学习能力。的状态空间设计实例。通过课堂讲授和案例教单元8：线性离散系统的分析学，辅以讨论和作业，使讲授+与校正学生掌握线性离散系统讨论+课程目标1的基本理论，培养学生脚1）离散系统的基本概念：作业+课程目标22）离散系统的数学模型；踏实地、严谨的科学精8案例+课程目标33）离散系统的性能分析；神，培养创新创业精神、线上课程目标44）基于MATLAB&Simulink分析问题和解决问题的学习能力。通过线上学习培养的状态空间设计实例。学生的自主学习能力。（四）实践教学安排项目实验实验实验每组人实验项目课程目标学时类型数编号要求必修1设计性2机床切削系统的时域特性仿真分析I设计性必修22机电系统的频域特性仿真分析直流伺服系统的建模、性能分析与2-4综合性必修3XPID校正课程目标3综合性选修2-42X直流伺服系统的根轨迹校正2-4设计性选修25直流伺服系统的频率法校正设计性选修22-46直流伺服系统的状态反馈法校正14合计必修学时：8选修学时：6（五）教学方法与习题要求本课程教学采用课堂讲授、案例教学、作业、实验、讨论和线上学习等方式，利用翻转课堂和任务驱动等教学理念，实行线上和线下混合式教学模式和“以学为中心"的教学模式，推动课堂教学从“以教为主”向“以学为主”转变。本课程目标与教学环节对应的关系矩阵如表2所示
7 单元 7：线性系统的状态分析 与综合 1）线性系统的状态空间描 述； 2）线性系统的可控性和可观 测性； 3）线性定常系统的反馈结构 与状态观测器； 4）基于 MATLAB & Simulink 的状态空间设计实例。 通过课堂讲授、案例教 学，辅以讨论和作业，使 学生掌握线性系统的状 态空间描述的基本理论 及其应用，培养学生脚踏 实地、严谨的科学精神， 培养创新创业精神、分析 问题和解决问题的能力。 通过线上学习培养学生 的自主学习能力。 6 讲授+ 讨论+ 作业+ 案例+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 8 单元 8：线性离散系统的分析 与校正 1） 离散系统的基本概念； 2） 离散系统的数学模型； 3） 离散系统的性能分析； 4） 基于 MATLAB & Simulink 的状态空间设计实例。 通过课堂讲授和案例教 学，辅以讨论和作业，使 学生掌握线性离散系统 的基本理论，培养学生脚 踏实地、严谨的科学精 神，培养创新创业精神、 分析问题和解决问题的 能力。通过线上学习培养 学生的自主学习能力。 6 讲授+ 讨论+ 作业+ 案例+ 线上 学习 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 （四）实践教学安排 项目 编号 实验项目 实验 学时 实验 类型 实验 要求 每组人 数 课程目标 1 机床切削系统的时域特性仿真分析 2 设计性 必修 1 课程目标 3 2 机电系统的频域特性仿真分析 2 设计性 必修 1 3 直流伺服系统的建模、性能分析与 PID 校正 4 综合性 必修 2-4 4 直流伺服系统的根轨迹校正 2 综合性 选修 2-4 5 直流伺服系统的频率法校正 2 设计性 选修 2-4 6 直流伺服系统的状态反馈法校正 2 设计性 选修 2-4 合 计 14 必修学时：8 选修学时：6 （五）教学方法与习题要求 本课程教学采用课堂讲授、案例教学、作业、实验、讨论和线上学习等方式，利用翻转课堂和 任务驱动等教学理念，实行线上和线下混合式教学模式和“以学为中心”的教学模式，推动课堂教学 从“以教为主”向“以学为主”转变。本课程目标与教学环节对应的关系矩阵如表 2 所示
表2课程目标与教学环节对应的关系矩阵教学环节课程目标案例教作业课堂讲授实验讨论线上学习学VV课程目标1-VVVV2课程目标2VVV3课程目标3VV课程目标44作业：作业内容在理解基本概念和原理的基础上，适当布置以应用为导向的习题，以帮助学生巩固理论知识，并学会灵活应用。（六）考核方式及成绩评定考核方式：本课程采用多元化考核方式进行课程成绩评定，包括平时成绩（作业、讨论、线上学习和学习总结报告等）、实验、期末考试等，以百分制计。本课程为考试课，期末采用闭卷考试。建议总评成绩评定如下：总评成绩=平时成绩×0.4+实验成绩×0.1+考试成绩×0.5考核依据、分值和细则与课程目标对应的关系矩阵如表3所示。表3考核方式与课程目标对应的关系矩阵考核建议对应的课程目标考核/评价细则依据权重1）考查学生理解、掌握和应用基本理论的能力；课程目标1作业0.12）建议对应课程目标1的作业占总本项比重的40~60%；课程目标23）按平时成绩评定标准与依据表（表4）给分，满分100分。1）结合教学进度安排讨论，考查学生对相关知识的应用能力：讨论0.1课程目标22）按平时成绩评定标准与依据表（表4）给分，满分100分。1）结合教学进度发布网上学习资源，根据学生参与线上学习线上的情况，考查学生的自主学习能力：0.1课程目标4学习2）按平时成绩评定标准与依据表（表4）给分，满分100分。学习1）考查学生总结能力、书面表达能力和查阅相关文献的能总结力：0.1课程目标4报告2）按总结报告评定标准与依据表（表4）给分，满分100
表 2 课程目标与教学环节对应的关系矩阵 课程目标 教学环节 课堂讲授 案例教 学 作业 实验 讨论 线上学习 1 课程目标 1 ✓ ✓ 2 课程目标 2 ✓ ✓ ✓ ✓ 3 课程目标 3 ✓ ✓ ✓ 4 课程目标 4 ✓ ✓ ✓ 作业：作业内容在理解基本概念和原理的基础上，适当布置以应用为导向的习题，以帮助学生 巩固理论知识，并学会灵活应用。 （六）考核方式及成绩评定 考核方式：本课程采用多元化考核方式进行课程成绩评定，包括平时成绩（作业、讨论、线上 学习和学习总结报告等）、实验、期末考试等，以百分制计。本课程为考试课，期末采用闭卷考 试。建议总评成绩评定如下： 总评成绩= 平时成绩×0.4 +实验成绩×0.1 +考试成绩×0.5 考核依据、分值和细则与课程目标对应的关系矩阵如表 3 所示。 表 3 考核方式与课程目标对应的关系矩阵 考核 依据 建议 权重 考核/评价细则 对应的课程目标 作业 0.1 1）考查学生理解、掌握和应用基本理论的能力； 2）建议对应课程目标 1 的作业占总本项比重的 40~60%； 3）按平时成绩评定标准与依据表（表 4）给分，满分 100 分。 课程目标 1 课程目标 2 讨论 0.1 1） 结合教学进度安排讨论，考查学生对相关知识的应用能 力； 2） 按平时成绩评定标准与依据表（表 4）给分，满分 100 分。 课程目标 2 线上 学习 0.1 1） 结合教学进度发布网上学习资源，根据学生参与线上学习 的情况，考查学生的自主学习能力； 2） 按平时成绩评定标准与依据表（表 4）给分，满分 100 分。 课程目标 4 学习 总结 报告 0.1 1）考查学生总结能力、书面表达能力和查阅相关文献的能 力； 2）按总结报告评定标准与依据表（表 4）给分，满分 100 课程目标 4