《自动控制理论》课程教学大纲

《自动控制理论》课程教学大纲Automatic ControlTheory课程代A0808Y12课程英文名码实验/实践学时学分

3.5总学时56理论学时56《复变函数与积分变换》、课程类别学科基础课课程性质必修先修课程《电子技术》、《高等数学》适用专业理工科专业（非计算机专业）开课学院机电工程学院

一、课程的地位与任务《自动控制理论》是电气信息类专业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生利用所学数学、工程数学知识，分析和设计自动控制系统通过课程学习，使学生理解自动控制系统的基本概念，掌握自动控制系统建模的方法，熟练掌握系统性能指标的分析计算方法，理解自动控制系统校正概念，熟练使用根轨迹法和频率特性法分析与设计控制系统为今后深入学习现代控制理论、最优控制理论、线性控制系统、非线性控制系统、系统辨识等课程奠定基础学生通过本课程的学习，可针对单输入/单输出系统，建立传递函数数学模型，分析和计算输出反馈控制系统性能指标，设计校正控制器，具备初步的自动控制系统设计能力

二、课程目标

1.理解自动控制系统的基本概念，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，具有面向实际自动控制系统复杂工程问题的理解能力,具有使用专业软件工具进行设计、开发、模拟和分析自动化领域工程问题的能力；

2.掌握自动控制系统建模方法，具有将数学、自然科学、工程基础和专业知识，根据实际工程对象建立数学模型，并针对复杂控制工程问题进行模拟和预测的能力；

3.熟练掌握分析和计算自动控制系统稳定性、稳态和动态性能指标的方法，具有应用控制理论基本原理，针对复杂的控制工程实际问题，进行分析、计算与应用能力；

4.熟练掌握自动控制系统控制器设计方法，具有应用控制系统校正基本原理，针对复杂的控制工程实际问题，进行控制系统设计与改进能力表1课程目标与相关毕业要求的对应关系毕业要求（支撑程度、、）H ML课程目标毕业要求1-3毕业要求2-2毕业要求2-3毕业要求4-3毕业要求5-2课程目标1H M课程目标2M M课程目标3M课程目标4H注

1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；

2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述

三、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解自动控制的研究对象与方法、目的、任务；理解开环控制，闭环控制及自动控制系统的组成；掌握自动控制系统性能的基本要求，能根据不同自动控制系统的工作示意图，正确分析其工作原理，并画出系统的方框图；建立元件方框图的方法；自动控制系统实例分析第二章线性系统的数学模型掌握线性系统微分方程的建立及拉普拉斯变化；理解传递函数的概念、定义和性质；掌握控制系统数学模型的基本概念、方框图的等效变换、运用Mason公式求传递函数的方法第三章控制系统的时域分析理解线性定常系统的时域响应；掌握控制系统的时域响应的性能指标；熟练应用代数稳定判据判定系统的稳定性，并进行有关分析计算，・牢固掌握计算稳态误差的一般方法；能熟练确定一阶系统、二阶系统的特征参数及动态性能计算方法第四章控制系统的复域分析理解根轨迹的基本概念和表达方法，参量根轨迹的基本概念；掌握一般及参量根轨迹的绘制；掌握基于根轨迹的控制系统性能分析方法第五章控制系统的频域分析理解频域法的基本概念，Nyquist曲线图及Bode图、稳定判据与稳定裕度的概念；掌握Nyquist曲线图及Bode图的绘制，掌握各种频域指标的意义并会计算；熟练掌握用Bode图、Nyquist图进行控制系统的稳定性判断第六章控制系统的设计与校正了解校正的基本概念；掌握校正装置的频率特性及其作用，掌握串联（超前、滞后、PID）、反馈及复合校正的特性及其作用重点掌握串联校正的频率设计法，了解反馈校正、复合校正的设计方法，掌握指标验证方法

四、课程教学学时安排表2课程学时安排表教学时对应课程目标教学内容学生任务数

1.绪论了解经典控制理论的基本知识

1.1控制理论发展史简述作业P111-

11.2自动控制系统的一般概念4课程目标

11.3开环控制与闭环控制

1.4自动控制系统的分类

1.5对系统性能的要求

2.控制系统的数学模型掌握列写系统微分方程的一般步骤；了

2.1列写系统微分方程式的f方法解传递函数概念，掌握传递函数的推导

2.2非线性数学模型的线性化方法

2.3传递函数

2.4系统框图及等效交换12作业2-1,2-2,2-3,2-4,2-5课程目标

22.5信号流图和梅逊公式应用

2.6控制系统的反馈特性

3.控制系统的时域分析法掌握一阶，二阶控制系统的时域分析方

3.1典型的测试信号法，了解高阶系统的时域响应；掌握线

3.2一阶系统的时域响应

3.3二阶系统的时域响应性定常系统的稳定性的判断方法12课程目标

33.4高阶系统的时域响应作业3-1,3-2,3-3,3-

43.5线性定常系统稳定性

3.6劳斯稳定判据

3.7控制系统的稳态误差

4.根轨迹法理解绘制根轨迹的基本规则，掌握参量

4.1根轨迹的基本概念根轨迹的绘制，能够利用根轨迹分析系统性能

4.2绘制根轨迹基本规则作业4-1,4-2,4-3,4-

44.3参量根轨迹的绘制10课程目标

34.4开环零点、极点对根轨迹的影响

4.5用根轨迹法分析控制系统

5.频域分析法理解频率特性」掌握伯德图的绘制及分

5.1频率特性析方法，能够利用奈氏图分析系统的稳课程目标

35.2对数坐标图定性，掌握裕量计算方法

145.3极坐标图作业5-1,5-2,5-3,5-4,5-5课程目标

45.4奈奎斯特稳定判据

5.5相对稳定性分析了解校正德概念，掌握超前-滞后校正，

6.控制系统的校正能够利用伯德图进行系统校正设计

6.1超前校正课程目标34作业6-1,6-

26.2滞后校正课程目标

46.3PID控制器及其参数整定备注根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过阶段测试来对学生自学情况进行考核

五、实践环节及基本要求本课程的的实验在后续《专业基础实验》课程中安排

六、达成目标的途径和措施《自动控制理论》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和课外学生自主实验实践等,针对单输入/单输出控制系统，学习建立数学模型，分析稳定性和稳动态性能，并在预期性能输出条件下，设计控制器的专业基础知识培养学生运用工程基础知识和自动控制理论专业知识，分析和解决控制科学与工程领域复杂工程问题的能力1课堂教学主要讲述自动控制系统的基本概念，基本原理、基本分析、计算和设计方法并将简单的单输入/单输出工程实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识，提高学习控制理论的兴趣，熟悉控制系统分析与设计的理论知识体系，形成良好的思维方式和学习方法在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果2针对某些较为容易或先期讲解较为充分的知识点，列出部分内容作为学生自主学习环节，训练、形成良好的专业知识学习方法，培养学生自主学习意识和能力

七、考核方法及成绩评定表3考核方法及成绩评定表考核形式考核内容占比评定标准大作业与自动控制技术相关的文献检索、资料查询及运用知识点表述完10%现代信息技术获取相关信息整性考核知识点的掌握情况，以及对所学知识点的应用参考答案和评阶段测试10%分标准过程考核平时作业成绩考核课堂教学各知识点的复习程度、听课效果和掌中国计量大学握熟练度学生课程平时以点验到课率，课堂互动回答问题等形式，检验学20%成绩考核细贝生学习态度课堂表现成绩IJ考核各知识点的基本概念、控制系统建模基本原理、试卷参考答案期末考期末考试成绩特性分析和性能指标计算、控制器设计方法题型60%和评分标准核为分析、判断和计算表4课程目标考核环节和达成标准教学环课程目标考核坏节合格标准节平时成绩（考勤、作业）A课程目标讲授阶段测试Bl

0.61大作业C期末考试成绩D1目标达成度=

0.6x卫+

0.2乂+

0.卜里+

0.卜Dl°A£Bl C平时成绩（考勤、作业）A阶段测试B2讲大作业C课程目标2授、讨

0.6期末考试成绩D2论目标达成度=

0.6x庄+

0.2XA+

0.1X里+

0.1xC D2°AB2°C平时成绩（考勤、作业）A阶段测试B3讲大作业C课程目标3授、讨

0.6期末考试成绩D3论目标达成度=

0.6x里+

0.2xA+

0.1x里+

0.1X©D3A B30Co平时成绩（考勤、作业）A阶段测试B4讲大作业C课程目标4授、讨期末考试成绩D

40.6论目标达成度=

0.6x里+

0.2J+

0.1X里+

0.1x£D4°AO B4°Co

八、推荐教材与主要参考书

（1）推荐教材邹伯敏主编《自动控制理论》（第三版），机械工业出版社，2008年

（2）推荐参考书王万良，赵燕伟编著，《自动控制原理》（第二版）机械工业出版社，2015年胡寿松主编，《自动控制原理》（第五版），科学出版社，2007年丁红，贾玉瑛主编《自动控制原理实验教程》，北京大学出版社，2015年刘超，高双编著《自动控制原理的MATLAB仿真与实践》，机械工业出版社，2015年。