自动控制原理
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spContent=人类的许多希望和梦想,借助于自动控制技术已经变成了现实。从远洋巨轮到深水潜艇的控制,从电动假肢到机器人的控制,并从传统的工业领域扩展到生物、医学、环境、经济管理和其他社会生活领域中,在智能制造时代,自动控制技术将无所不在。希望通过本课程学习能能帮助你了解自动控制的基本思想与方法。
—— 课程团队
课程概述

本课程是江南大学自动化专业(国家特色专业,江苏省品牌专业A类)的首批卓越课程,至善课程。课程组由4名教授,4名副教授组成,课程组潘丰教授和陶洪峰副教授分别于2016年和2018年获江南大学最高至善教学奖,编写的教材是江苏省高等学校精品教材,“十二五”江苏省高等学校重点教材。

“自动控制原理”课程是江南大学自动化和电气工程及其自动化专业的专业核心课,考研科目,同时也适用于机械制造及自动化、测控技术与仪器以及系统工程、电力、冶金等专业。自动控制原理主要讲述自动控制的基本理论和分析、设计控制系统的基本方法。通过本课程的学习,加深学生对自动控制基础知识点的理解和掌握,学会利用基本的经典控制理论解决简单控制系统的建模、分析和设计问题。

授课目标

本课程的任务是通过全部教学内容的学习,掌握自动控制的基本理论和自动控制系统的基本分析和设计方法,为后续专业课学习,毕业设计以及今后从事各项工程技术工作奠定必要的基础。

1).理解控制系统的基本概念、基本组成、基本要求和控制方式,对控制系统的工程应用背景、研究目的和解决问题的方法建立基本认识;
2).掌握利用牛顿定律、基尔霍夫定律和拉普拉斯变换等方法,对线性系统的积分、微分、惯性和延迟等典型环节进行建模和特性分析,并熟练掌握将多个关键环节综合成信号流图、结构图和传递函数等数学模型的方法,掌握数学模型的等效变换和简化方法;
3).掌握利用时域法、复域法、频域法、描述函数法和相平面等方法,对不同的连续和离散线性系统,以及非线性系统模型进行稳定性分析和动态性能计算;
4).理解控制系统的校正设计方法,能针对系统的不同性能指标要求,选择合适的串联、反馈和复合校正设计方案和控制器结构,并能够进行校正设计方案的分析和比较。

课程大纲

第1章 引论

知识点1.自动控制系统的基本原理

知识点2.自动控制系统的分类与基本要求

知识点3.自动控制的历史和发展

第1章测试题

第2章 控制系统的数学模型

知识点1.控制系统的数学模型

知识点2.传递函数的基本概念与性质

知识点3.控制系统的结构图与绘制

知识点4.结构图的等效变换和简化

知识点5.控制系统传递函数

知识点6.信号流图和梅森增益公式

第2次测试题

第1次作业

第3章 控制系统的时域分析法

知识点1. 系统的时域响应与性能指标

知识点2. 一阶系统的时域响应与性能指标

知识点3. 二阶系统的单位阶跃响应

知识点4. 二阶系统阶跃响应的性能指标

知识点5. 高阶系统的时域响应

知识点6. 线性定常系统的稳定性及劳斯判据

知识点7. 线性定常系统的稳定性分析

知识点8. 控制系统的稳态误差-稳态误差的计算

知识点9. 控制系统的稳态误差-稳态误差的消除

第3章测试题

第4章 根轨迹法

知识点1.根轨迹的基本概念

知识点2.绘制根轨迹的基本规则(1)

知识点3.绘制根轨迹的基本规则(2)

知识点4.广义根轨迹

知识点5.根轨迹法分析系统性能

知识点6.增加开环零、极点对控制系统性能的影响

第4章测试题

第2次作业

第5章 控制系统的频域分析

知识点1:频率特性的基本概念

知识点2:频率特性的计算与图示

知识点3:典型环节的频率特性

知识点4:奈奎斯特(Nyquist)图的绘制

知识点5:伯德(Bode)图的绘制

知识点6:最小相位系统与非最小相位系统

知识点7:传递函数的实验法

知识点8:奈奎斯特稳定判据

知识点9:稳定裕量的定义、表示与计算

知识点10:频率特性与系统性能的关系

第5章测试题

第6章 控制系统的校正

知识点1.校正的基本概念和方法

知识点2.串联超前校正

知识点3.串联超前校正设计及实例分析

知识点4.串联滞后校正及实例分析

知识点5.串联滞后超前校正及实例分析

知识点6.期望特性校正及实例分析

知识点7.PID控制器及设计分析

知识点8.反馈校正的基本原理

知识点9.复合校正及实例分析

第6章测试题

第3次作业

第7章 非线性系统分析

知识点1:非线性系统定义与特征

知识点2:典型非线性特性分析

知识点3:描述函数的定义与求法

知识点4:组合非线性特性的描述函数计算

知识点5:描述函数法分析非线性系统稳定性

知识点6:相平面法的基本概念和绘制方法

知识点7:奇点和奇线

知识点8:相平面法分析非线性系统示例

第7章测试题

第8章 离散控制系统

知识点1. 信号采样与采样控制系统

知识点2. Z变换及其性质

知识点3. 常系数差分方程求解

知识点4. 脉冲传递函数

知识点5. 离散系统稳定性分析

知识点6. 离散系统的稳态误差

知识点7. 离散系统动态性能分析

第8章测试题

第4次作业

预备知识

本课程先修课为:数学(含工程数学、线性代数、复变函数等)、电路(无源网络计算方法等)、电子技术基础、电机与拖动(机电检测和执行元件的基本原理、特性和基本方程)等。

证书要求

本课程通过知识点的在线教学、互动讨论、单元测验、期末测试等多个教学环节,利用数学知识表达和描述自动控制系统的工程问题,评价和考核学生对自动控制原理基本知识点和设计方案的理解。具体要求如下:
(1)掌握自动控制的基本概念和基本原理;
(2)学会在时域和复域中建立线性定常控制系统数学模型的方法;
(3)学会控制系统数学模型的结构图和信号流图表示法及其传递函数的求取;
(4)掌握线性控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法;
(5)掌握线性控制系统的校正设计法;
(6)学会非线性控制系统的描述函数分析法;
(7)掌握线性离散系统的基本理论(模型、稳定性、稳态误差、动态特性)。

本课程平时学习过程中每章的单元测验成绩占总成绩的30%,平时作业占20%,论坛讨论占10%,期末测验成绩占总成绩的40%。
合格证书:课程总成绩60分至85分;
优秀证书:课程总成绩85分至100分。

参考资料

主教材:
1. 潘丰, 徐颖秦主编. 自动控制原理(第2版) [M],北京: 机械工业出版社,2015.
2. 潘丰, 徐颖秦主编. 自动控制原理学习辅导与习题解答(第2版) [M],北京: 机械工业出版社,2015.
参考教材:
1. 胡寿松. 自动控制原理(第五版)[M]. 北京: 科学出版社,2007.
2. 胡寿松. 自动控制原理简明教程[M]. 北京: 科学出版社,2005.
3. 王划一等. 自动控制原理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2001.
4. [美]Katsuhiko Ogata著,杨艳娟缩编. Modern Control Engineering(Fourth Edition)[M]. 北京:电子工业出版社, 2007.
5. 胡寿松. 自动控制原理习题解析[M]. 北京: 科学出版社,2007.
6. 邹伯敏. 自动控制理论(第3版)[M]. 北京: 机械工业出版社,2008.



常见问题

1、本课程同时面向江南大学校内校外学生,以及有相关需求的技术人员,为其提供课程知识点答疑、自动控制技术理论咨询与考研难点解惑,具体问题可在讨论版块留言。

2、本课程注重学员的学习过程以及对知识点的理解,建议学员不要错过每一章的测试,我们也将适当延长作业提交的周期以适应社会学员的时间安排。

3、本课程校内是16周,考试根据教务处安排统一安排在17或18周完成。但由于校外社会学生的学习和工作时间可能会冲突,因此我们将课程学习和考试时间延长至20周,方便学生安排协调好自己的时间。