2020161自动控制原理(中英文)

2021年2月28日发(作者：锚)

标准

《自动控制原理》课程教学大纲

课程编号：

2020161

课程类别：

必修

授课对象

：本科三年级

先修课程

：复变函数，积分变换，信号与系统。

学分

：

4

总学时

：

56

课内学时

：

48

实验学时

：

8

一、课程性质、教学目的与任务

课程性质：

专业基础课，专业知识链条中的关键环节之一，自动控制原理是仪器仪

表类、测控类专业的重要基础课之一，这些专业主要学习信号传感（获取）、信号处理、

控制及光机电系统等知识，而控制是知识链条中的重要一环，随着科技发展，自动化、

智能化已成为仪器、产品、系统等的重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面的

< p>
知识。

教学目的与任务

：培养学生自动控制原理的基础知识，学习掌握经典控制的基本理

论、基本方法和控制系 统的基本设计方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理

论、基本方法及控制系统 设计方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的

时域分析法、控制系统的根 轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法

等。

二、教学基本要求

学习经典控制的基本理论和基本方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理

论和基本方法。主要内容包括：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系

统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。

三、教学内容

第一章

控制系统的一般要概念

（

4

课时）

自动控制的基本原理与方式，自动控制系统示例，自动 控制系统的分类，对自动控

制系统的基本要求

1

、

基本概念；

文案

标准

2

、

反馈系统基本组成；

3

、

基本控制方式；

4

、

控制系统分类：开环、闭环、复合控制；

第二章

控制系统的数学模型

（

8

课时）

控制系统的时域数学模型，拉普拉斯变换，控制系统 的复域数学模型，控制系统的

状态空间模型，控制系统的结构图与信号流图

2-1

时域模型、微分方程表示方法；

2-2

复域模型

1

、

传递函数的定义与性质；

2

、

传递函数的零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等；

3

、

典型环节的传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；

2-3

控制系统的结构图与信号流图

1

、

结构图的等效变换与化简

2

、

信号流图组成与性质

A

．性质、术语（理解）

B

．由结构图转化为信号流图方法

C

．梅逊公式

第三章

线性系统的时域分析法

（

10

课时）

线性系统时间响应的性能指标，一阶系统的时域分析， 二阶系统的时域分析，高阶

系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误 差计算。

3-1

线性系统时间响应的性能标

t

r

，

t

p

，

t

s

，

?

%

3-2

一阶系统的单位阶跃响应，

3-3

二阶系统的时域响应

1

、二阶系统的标准数学模型

闭环传递函数形式，表示为单位反馈系统形式

2

、二阶系统单位阶跃响应（重点：欠阻尼情形）

t

r

< br>，

t

p

，

t

s

，

?

%

3

、二阶系统性能改善

文案

标准

A

、比例一微分控制

掌握原理、特点

B

、测速反馈控制

掌握原理、特点及性能参数计算

3-4

高阶系统时域分析，主导闭环极点概念

3-5

线性系统稳定性分析

劳斯判据及其应用

3-6

线性系统的稳态误差

1

、误差传递函数计算

2

、利用终值定理求稳态误差

3

、系统类型（型别）

4

、典型参考信号输入下的稳态误差；误差系数

< /p>

5

、减小稳态误差方法：提高型别、提高开环增益、采用复合控制

6

、扰动误差的传函、减小扰动误差 方法

A

、增加扰动作用点之前积分环节数目

B

、增加扰动作用点之前环节的增益

C

、采用复合控制技术

第四章

根轨迹

（

6

课时）

根轨迹方程，根轨迹绘制的基本法则，广义根轨迹，系 统性能的分析与估算，基于

根轨迹的控制系统校正方法，

MAT LAB

语言根轨迹分析法。

4-1

根轨迹方程

（

相角、幅值条件）

4-2

根轨迹绘制的基本法则，绘制根轨迹

第五章

线性系统的频域分析

（

10

课时）

频率特性，典型环节和开环系统频率特性，奈奎斯特稳定 判据，稳定裕度，

闭环频

率特性，系 统时域指标估算，传递函数的实验确定法，

MATLAB

语言频 域分析法。

5-2

频率特性

1

、基本概念

系统频率特性与传函间关系

2

、频率特性表示方法

< p>
幅相曲线；幅频特性；对数幅频特性曲线；相频特性曲线；

对数相频特性曲 线

5-3

典型环节和开环系统频率特性

文案

标准

1

、典型环节的幅频、相频特性

2

、开环对数幅频、幅相曲线绘制

对数幅频特性采用渐近线法

3

、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数的方法

5-4

奈奎斯特稳定性判据

1

、奈代判据，实际使用判据，幅相曲线对称性

2

、对数频率特性稳定性判据

I

型以上辅助线作法

5-5

稳定裕度

概念：截止频率；相角交界频率；相角裕度；幅值裕度

5-6

闭环频率特性（了解）

5-7

系统时域指标与频域指标关系

了解它们之间的联系；

第六章

线性系统的校正方法

（

10

课时）

系统的设计与校正问题，常用校正装置及其特性，串联 校正，反馈校正，复合校正，

PID

调节器，基于

MATLAB

语言的校正分析法。

6-1

校正方法

串联，反馈，前馈，复合，原理，特性

6-2

常用校正装置及其特性（传函，特性，重要公式）

1

、无源超前

2

、无源迟后

3

、无源迟后—超前

6-3

串联校正

1

、串联超前

方法，实用范围

2

、串联迟后

方法，实用范围

3

、串联迟后—超前

方法，实用范围

6-4

反馈校正

（原理，优点）

6-5

复合校正

A

．按扰动补偿

（原理，扰动误差传函推导，误差全补偿条件）

B

．按输入补偿

（原理，误差传函推导，误差全补偿条件）

6-6 PID

控制原理（

P

，

PD

，

I

，

PI

，

PID

的特点）

文案

标准

实验安排：

实验二

直流电机速度控制实验

（

8

课时）

1

、开环控制、闭环控制系统设计

2

、控制系统的校正设计

< p>
3

、

PID

调节器

开放性、综合设计实验，要求学生独自 完成实验前准备工作（实验目的、原理分析，

实验设计、实验步骤、参数计算等），实际 动手实验，实验结果分析等。

四、学时分配

总学时

56

学时

讲课

48

学时

实验

8

学时

课外学时

64

学时

五、教材与参考资料

胡寿松 等，《自动控制原理》，国防工业出版社，第

4

版，

< p>
2002

[1]

自动控制原理，清华大学出版社，吴麒主编；

[2]

自动控制原理，中国科学技术大学出版社，庞国仲编；

[3]

自动控制原理试题精选与答题技巧，哈尔滨工业大学出 版社，王彤主编；

[4]

自动控制 原理常见题型解析及模拟题，西北工业大学出版社，史忠科，卢京潮编著；

[5] MATLAB

语言工具箱—

TOOLBOX

实用指南，西北工业大学出版社，施阳

李俊等编著；

[6] MATLAB

语言—演算纸式的科学工程计算语言，中国科学技术大学出版社，张培强主

编；

[7]

系统分析与 仿真—

MATLAB

语言及应用，国防科技大学出版社，黄文梅

杨勇等编著。

六、成绩评定

期末成绩

80%

，平时成绩（作业、平时测验及课堂情况） 及综合实验能力

20%

。

大纲撰写人：

段发阶、吴斌

大纲批准人：

段发阶

制定日期：

2011

年

6

月

文案

标准

TJU Syllabus for

“

Automatic control principle

”

Code:

Category:

compulsory

For:

junior

Prerequisite:

complex

variables

functions,

integral

transformation,

Signals

and

Systems

Credits: 4

Semester Hour:

56

Lecture

：

48

Computer Lab

：

8

1.

Course nature, teaching goal and mission

Course

nature

:

As

professional

basic

course,

one

of

the

key

links

of

professional

knowledge

chain,

automatic

control

theory

is

one

of

most

important

basic

courses

in majors of instruments and measure & control. These majors mainly study the

knowledge of signal sensing (for), signal processing, control and

optomechatronics

system

and

so

on,

and

control

is

an

important

link

in

the

chain

knowledge.

Along

with

the development

of

science and technology,

automation and

intelligent have become important function in instrument, production, system,

etc.

This

requires

the

students

must

have

knowledge

of

automatic

control

aspects.

Teaching goal and mission

: Cultivate students the basic knowledge of automatic

control

principle.

Learn

to

master

the

basic

theory

and

basic

method

of

classical

control,

and

the

basic

design

method

of

the

control

system.

Learn

mainly

analysis

and

design

of

linear

control

system

of

basic

theory,

the

basic

method

and

control

system

design

method.

The

main

contents

include:

the

mathematical

model

of

control

system, the time domain analysis method of the control system, the root locus

文案