华中科技大学

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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。
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30%,期末考试占70%。

       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。


预备知识

微分方程,线性代数,复变函数,电路理论


授课大纲

 

      第一章  绪论(2学时)

 1-1 自动控制系统的基本结构及工作原理 
1-2
自动控制系统的类型及本质特征 
1-3
自动控制系统的基本要求
1-4
自动控制的发展历史

   第二章  自动控制系统的数学模型 12学时)

 2-1 典型物理系统的时域模型微分方程的列写及计算 
2-2
复域模型传递函数的列写及计算 
2-3
非线性模型的线性化方法 
2-4
结构图和信号流图的变换与化简
2-5
开环传递函数与闭环传递函数

   第三章  自动控制系统的时域分析 16学时)

 3-1 时域分析的典型信号及时域性能指标介绍 
3-2
线性定常系统动态性能分析 
3-3
线性定常系统稳定性分析 
3-4
线性定常系统稳态性能分析

   第四章  根轨迹法 10学时)

 4-1 根轨迹的基本特性和相关概念 
4-2
根轨迹的绘制法则
4-3
广义根轨迹的绘制法则 
4-4
线性系统的根轨迹分析

   第五章  频域分析 14学时)

 5-1 频率特性的基本概念
5-2
开环系统频率特性的图形绘制方法 
5-3
奈奎斯特稳定性判据 
5-4
控制系统相对稳定性 
5-5
闭环系统频率特性及其和系统暂态特性的关系

   第六章  线性系统的校正方法 10学时)

 6-1 校正和综合的概念

6-2 常用校正装置及其特性
6-3 串联校正的设计思想和校正步骤 
6-4 反馈校正的设计思想和校正步骤 

 

 



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章 绪论1.1 自动控制系统工作原理12'01第3周周1 10:00前完成
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2章 自动控制系统的数学模型2.1  数学模型的引出8'0第6周周1 10:00前完成
2.2 微分方程模型的建立17:46
第2周第2章   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
第3周第2章   自动控制系统的数学模型2.6 结构图的绘制16:39
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
第4周第2章   自动控制系统的数学模型2.9 信号流图19:06
2.10 梅逊公式17:09第10周周1 10:00前完成
第3章 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''
3.02 一阶系统的时域分析11'04
第5周第3章   自动控制系统的时域分析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6周第3章   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''
第7周第3章   自动控制系统的时域分析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''
3.09 劳斯判据18'34''
第8周第3章   自动控制系统的时域分析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4章 根轨迹4.1 根轨迹的基本概念11'49第12周周1 10:00前完成
4.2 普通根轨迹法的绘制(1)13'36
第9周第4章   根轨迹4.3 普通根轨迹的绘制(2)13'51
4.4 绘制根轨迹的基本规则12'12
4.5 绘制普通根轨迹法则小结15'29
第10周第4章   根轨迹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11周第5章   频域分析5.1  频率特性的基本概念7'59第16周周1 10:00前完成
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
第12周第5章   频域分析5.4   对数频率特性曲线的绘制18'11
5.5 线性系统的开环对数频率特性曲线13'31
第13周第5章   频域分析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
第14周第5章   频域分析5.8   闭环频域特性及时域频域指标15'02
第6章 线性系统的校正方法6.1   综合与校正的基本概念10'53结业考试 第18周三进行
第15周第6章   线性系统的校正方法6.2   常用校正装置及其特性17'25
6.3  串联校正19'43
6.4  串联校正实例分析13'56
第16周第6章 线性系统的校正方法6.5  期望频率特性法校正18'37
6.6 反馈校正11'19


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。