华中科技大学

自动控制原理(二)

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课程概述

自动控制原理(二)”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。按照教育部普通高等学校本科专业设置(2012版),“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。

本课程是在学习线性定常连续系统的基础理论和基本方法的基础上,进一步介绍线性离散系统、非线性系统及线性定常连续系统的状态空间分析与综合等内容。通过课程教学达到以下目标

1)使学生掌握线性离散系统和非线性系统分析和设计中的基本概念、理论和方法。进一步巩固对经典理论的理解,并将经典理论的基本理论和方法应用于线性离散系统和非线性系统的分析和设计;

2)帮助学生掌握线性定常连续系统的状态空间分析与综合,使学生对现代控制理论的基本概念、理论和方法有一定了解,为学习现代控制理论打下必要的基础

3)使学生了解控制理论在现代科学技术中的重要地位和作用,培养学生利用控制理论的观点与方法分析、解决实际问题的能力,全面提高学生分析与解决实际问题的能力和综合素质。 



授课目标
通过本课程学习,进一步了解和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,要求学生掌握线性离散系统、非线性系统及线性定常系统的状态空间分析与综合等内容,能进一步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) 掌握线性离散系统的基本概念、分析和设计;

       2) 掌握非线性系统的基本概念和分析方法;

       3) 掌握线性定常连续系统的状态空间分析与综合,了解现代控制理论的基本概念、理论和方法

 

       本课程平时单元测验成绩占40%,期末考试占60%。

       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,经典自动控制原理

授课大纲

 

第七章 线性离散系统的分析与校正(14学时)

7-1 线性离散系统的基本概念;

7-2 信号的采样与恢复;

7-3 Z变换理论;

7-4 线性离散系统的数学模型;

7-5 线性离散系统的性能分析;

7-6 线性离散系统的数字控制器设计。

第八章 非线性控制系统分析(12学时)

8-1 常见非线性特性及数学描述;

8-2 相轨迹及其绘制方法;

8-3 用相平面法分析非线性系统;

8-4 描述函数的基本概念及求法;

8-5 用描述函数法分析非线性系统。

第九章 线性定常系统的状态空间分析与综合(20学时)

9-1 状态空间和状态空间描述;

9-2 线性定常系统的状态空间描述;

9-3 线性定常系统状态方程的解;

9-4 可控性与可观测性;

9-5 状态反馈与状态观测器;

9-6 李亚普诺夫稳定性分析。

 



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7章 线性离散控制系统

7.01线性离散系统的基本概念 

3'46''

第6周周一 8:00前完成

7.02采样过程与采样定理

7'12''

7.03 Z变换与Z反变换

8'47''

7.04线性离散系统的数学模型-差分方程

5'05''

第2周

第7章 线性离散控制系统

7.05线性离散系统的数学模型-脉冲传递函数

6'58''

7.06线性离散系统的性能分析-稳定性

5'53''

 

7.07线性离散系统的性能分析-瞬态响应和稳态误差

5'31''

 

第3周

第7章 线性离散控制系统

7.08数字控制器的设计

 

10'00''

 

第8章   非线性系统理论

8.01 非线性系统的特征与研究方法

12'11''

8.02 典型非线性特性数学描述对系统运动的影响

6'02''

第4周

第8章   非线性系统理论

8.03 描述函数的概念

5'12''

8周周一8:00前完成

 

8.04 典型非线性描述函数的求取

6'24''

8.05  用描述函数法分析非线性系统

11'12''

第5周

第8章   非线性系统理论

8.06  相轨迹及其绘制方法

5'01''

8.07  奇点与极限环

6'54''

8.08 用相平面法分析非线性系统

8'56''

第6周

第9章   状态空间分析与综合

9.01 状态空间的基本概念

15'25''

 

 

 

 

 

 

第13周周一8:00前完成

 

9.02 线性系统状态空间表达式的建立

16'24''

第7周

第9章   状态空间分析与综合

9.03 状态空间模型与传递函数

16'59

9.04 状态空间模型的线性变换

24'29''

第8周

第9章   状态空间分析与综合

9.05 线性定常系统状态方程的解

13'53''

9.06 离散系统的状态空间模型

12'14''

第9周

第9章   状态空间分析与综合

9.07 李亚普若夫稳定性

11'13''

9.08 线性定常系统的可控与可观测性

15'00''

9.09 线性定常系统的状态反馈

3'56''

第10周

第9章   状态空间分析与综合

9.10 极点配置

9'40''

9.11 状态观测器

11'55''

9.12 系统的设计与应用

10'52''

 



常见问题

课程重点:离散、非线性系统的分析与设计,系统的状态空间理论和方法。

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。