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spContent=想知道如何控制巡航导弹精确命中千里之外的目标、无人化智能工厂如何控制机床实现精密加工吗?“自动控制原理”将告诉你系统是如何实现自动控制,达到预定目标的。本课程介绍自动控制系统的基本原理和基本要求、动态建模、常用分析和设计方法。一旦你掌握了这些方法,“系统”将在你的“控制”之中。
—— 课程团队
课程概述

“自动控制原理”课程是自动化专业及相关专业的学科基础课程,是一门理论与实践并重,工程性、综合性、方法性、实践性很强的课程。

自动控制技术已经广泛地应用于各类工程学科以及各类非工程学科。“自动控制原理”课程是自动化类专业的核心课程,是电气类、电子信息类、计算机类、仪表类专业的重要课程。根据教育部发布的《普通高等学校本科专业目录(2012年)》,“自动控制原理”课程面向的相关专业包括自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化、电子信息工程、计算机科学与技术等。

 本课程主要介绍经典控制理论的基本内容,通过课程教学达到以下目标:

1)使学生掌握经典控制理论的基本概念,掌握在时域和频域中,对线性定常系统的稳定性、动态性能和稳态性能进行分析的方法。

2)使学生能理论联系实际,将抽象的数学模型与实际系统联系,根据性能指标的要求,合理地选择参数,对系统进行综合与校正。

3)使学生了解自动控制技术在社会发展中的作用及与其他学科的关系,了解自动控制学科的发展,为“自控原理(二)”和其他后续专业课程打下良好基础。

本课程2005年获湖北省精品课程。

 


授课目标

通过本课程学习,掌握自动控制系统的建模,分析和基本控制系统设计方法。

课程大纲

第1周    第一章绪论

1.01 什么是自动控制系统

1.02 自动控制系统的分类

1.03 自动控制系统的基本要求

1.04 自动控制的发展史

第一章绪论测试

第1周   第二章 数学模型1

2.01 数学模型的引出

2.02 微分方程模型

第2周  第二章 数学模型2

2.03 非线性微分方程的线性化

2.04 控制系统的传递函数

2.05 典型环节的传递函数

2.06 结构图的绘制

第3周  第二章 数学模型3

2.07 结构图等效变换准则

2.08 结构图等效变换的应用

2.09 信号流图

2.10 梅逊公式

第二章数学模型测试

第4周  第三章 时域分析1

3.01 线性系统时间响应的性能指标

3.02 一阶系统的时域分析

3.03 二阶系统的时域分析

3.04 欠阻尼二阶系统的动态性能分析

第5周  第三章 时域分析2

3.05 二阶系统性能的改善

3.06 高阶系统的时域分析

3.07 线性系统的稳定性

3.08 稳定性的赫尔维茨判据

第6周  第三章 时域分析3

3.09 劳斯判据

3.10 稳态误差的定义域求取

3.11 稳态误差的减小与消除

第三章时域分析测试

第7周  第四章 根轨迹法1

4.1 根轨迹法的基本概念

4.2 普通根轨迹的绘制1

4.2 普通根轨迹的绘制2

4.2 普通根轨迹的绘制3

第8周 第四章  根轨迹法2

4.2 普通根轨迹的绘制4

4.3  正反馈根轨迹的绘制

4.4 参数根轨迹的绘制

4.5 基于根轨迹法的系统分析

第四章根轨迹法测试

第9周 第五章 频域分析1

5.1 频率特性的基本概念

5.2 幅相频率特性曲线的绘制(一)

5.3 幅相频率特性曲线的绘制(二)

5.4 对数频率特性曲线的绘制(一)

第10周 第五章 频域分析2

5.5  对数频率特性曲线的绘制(二)

5.6 奈奎斯特稳定判据

5.7 控制系统的相对稳定性

5.8 闭环频域特性及时域频域指标

第五章频域分析测试

第11周 线性系统的校正方法1

6.1 综合与校正的基本概念

6.2 常用校正装置及其特性

6.3 串联校正

第12周 线性系统的校正方法2

6.4 串联校正实例分析

6.5 期望频率特性法校正

6.6 反馈校正

第六章线性校正总测试


第13-14周 课程总测试



预备知识

微分方程,线性代数,复变函数,电路理论


证书要求

        通过对本课程的学习,要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法,能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析,能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法,具体要求如下:

       1) 掌握自动控制系统的组成及其分类方法;

       2) 了解自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法;

       3) 掌握用传递函数、结构图、信号流图等建立系统数学模型的方法;

       4) 掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用;

       5) 掌握对控制系统进行分析和综合的方法:时域分析法、频域分析法、根轨迹法;

       6) 掌握控制系统的校正和设计方法,为解决实际控制问题打好基础。


       本课程平时讨论和单元测验成绩占50%,期末考试占50%。

       合格证书:课程总成绩60分至84分;

       优秀证书:课程总成绩85分至100分。


参考资料

1.王永骥, 王金城, 王敏主编,自动控制原理(第3版),普通高等教育"十一五"国家级规划教材, 化学工业出版社,2015

2.胡寿松主编,自动控制原理(第6版),科学出版社,2013

3.王敏主编,自动控制原理试题精选题解,华中科技大学出版社,2002

4.Richard C .Dorf, Robert. H. Bishop,现代控制系统(第十二版),电子工业出版社,2015

5.王艳秋,德湘轶,金亚玲,刘寅生编著,自动控制理论题库与详解,清华大学出版社,北京交通大学出版社,2013


                 教学日历


知识点视频时长单元测验
第1周第1讲 绪论1.1    自动控制系统工作原理12'01第13周周一10:00以前提交测试结果
1.2  自动控制系统分类8'28''
1.3 自动控制系统基本要求8'30''
1.4 自动控制发展历史9'36''
   第1章绪论测试 
第2讲 自动控制系统的数学模型2.1 数学模型的引出12'第13周周一10:00以前提交测试结果
2.2 微分方程模型的建立17:46
第2周第2讲   自动控制系统的数学模型2.3 非线性微分方程的线性化13:40
2.4  控制系统的传递函数20:10
2.5 典型环节及其传递函数9:16
2.6 结构图的绘制16:39
第3周第2讲   自动控制系统的数学模型2.7  结构图等效变换准则13:24
2.8  结构图等效变换的应用18:51
2.9  信号流图19:06
2.10 梅逊公式17:09
   第2章数学模型测试 
第4周第3讲 自动控制系统的时域分析3.01  线性系统时间响应的性能指标6'53''第13周周一10:00以前提交测试结果
3.02 一阶系统的时域分析11'04
3.03 二阶系统的时域分析9'13''
3.04 欠阻尼二阶系统的动态性能分析13'39''
第5周第3讲 自动控制系统的时域分析3.05  二阶系统性能的改善10'57''
3.06  高阶系统的时域分析14'42''
3.07  线性系统的稳定性8'59''
3.08 稳定性的赫尔维茨判据8'11''
第6周第3讲   自动控制系统的时域分析3.09 劳斯判据18'34''
3.10 稳态误差的定义域求取16'50''
3.11 稳态误差的减小与消除10'24''
    第3章时域分析测试 
第7周第4讲 根轨迹4.1 根轨迹的基本概念11'49第13周周一10:00以前提交测试结果
4.2 普通根轨迹的绘制113'36
4.3 普通根轨迹的绘制213'51
4.4 绘制根轨迹的基本规则12'12
第8周第4讲   根轨迹4.5  绘制普通根轨迹法则小结15'29
4.6 正反馈根轨迹的绘制10'42
4.7 参数根轨迹的绘制11'40
4.8 基于根轨迹的系统分析12'06
第4章根轨迹测试 
第9周第5讲 频域分析5.1 频率特性的基本概念7'59第13周周一10:00以前提交测试结果
5.2 幅相频率特性曲线的绘制(一)12'03
5.3 幅相频率特性曲线的绘制(二)16'42
5.4 对数频率特性曲线的绘制18'11
第10周第5讲 频域分析5.5  线性系统的开环对数频率特性曲线13'31
5.6 奈奎斯特稳定判据25'51
5.7 控制系统的相对稳定性9'36
5.8 闭环频域特性及时域频域指标15'02
      第5章频域分析测试 
第11周第6讲 线性系统的校正方法6.1 综合与校正的基本概念10'53第14周周一10:00以前提交测试结果
6.2 常用校正装置及其特性17'25
6.3 串联校正19'43
第12周第6讲   线性系统的校正方法6.4 串联校正实例分析13'56
6.5 期望频率特性法校正18'37
6.6 反馈校正11'19
       第6章校正方法测试 
                                      课程总测试


常见问题

课程重点:控制系统分析、校正与综合、系统设计的理论和方法。

课程难点:控制系统的各种分析方法与设计方法的综合应用。