控制工程基础
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课程评价
spContent=本课程在内容上主要介绍经典的反馈控制理论,重点讲授基于单输入单输出数学模型描述的系统的分析和综合方法。主要内容为:自动控制的基本概念及自动控制系统的组成;控制系统的数学模型及建模方法;控制系统时域及频域的分析方法;控制系统根轨迹分析法;控制系统的综合校正方法等。
—— 课程团队
课程概述

        随着科学技术的飞速发展,自动控制技术越来越广泛地应用于工业、农业、交通、国防、宇航、国民生活等各个领域。作为电气信息类专业的学生,学习并掌握自动控制的基本理论和方法,对正确运用控制论这一科学方法论分析和解决问题,具有重要的理论意义和现实意义。本课程是自动化学科的专业基础课,主要介绍:反馈控制理论,包括自动控制的基本概念,自动控制系统的组成;控制系统的数学模型及建模方法;时域分析法,包括时域性能指标的定义,劳斯稳定判据、稳态误差分析、动态性能分析及时域校正方法;根轨迹分析法,包括闭环根轨迹图的绘制及基于根轨迹图的系统性能的定性分析;频域分析法,包括频率特性的概念、频率特性的绘制,Nyquist稳定性判据,频域性能指标的定义,以及频率响应法定量分析控制系统动态性能的方法;控制系统的综合校正方法,重点介绍串联校正、反馈校正和复合控制校正的原理及方法。

         南京理工大学自动化学院自动化教学团队承担了超过16年的“控制工程基础”课程教学,授课对象主要为自动化、电气工程及其自动化等专业的本科生,具有丰富的教学经验。通过课程教学团队多年的努力和不断的教学改革与实践,该课程被评为2004年度国家精品课程,2009年度教育部双语教学示范课程,2013年获国家级精品资源共享课程。

         在这里,你可以通过观看到网络高清教学视频,配合课件、素材库、试题库等教学资源逐步深入地学习自动控制理论,并有专业教师为您答疑解惑。通过课程的学习,可以逐步扎实地掌握控制理论知识,更可为将来的深造学习奠定良好的基础。


授课目标
通过课程学习,目的在于使学生了解自动控制技术在国民经济建设中各个领域中的地位与作用,掌握控制系统的组成、工作原理,以及控制系统的分析与设计方法,为培养与控制工程相关的创新性思维与能力,奠定良好的专业知识基础。


课程大纲

 

控制工程基础

大纲号:10025401    学分:3    学时:48    执笔人:周  川    审订人:向峥嵘   

 

一、课程的地位与作用

控制工程基础是电气信息类及其相关专业的专业基础课。随着科学技术的突飞猛进,自动控制技术越来越广泛地应用于现代工业、农业、交通、国防、宇航和社会领域中的类系统。作为电气信息类及相关专业的学生,学习并掌握自动控制的基本理论和方法,对正确运用控制论这一科学方法论分析和解决问题,具有重要的理论意义和现实意义。

二、课程的教学目标与基本要求

1. 教学目标

通过本课程的学习,使学生掌握有关自动控制的基本理论与方法,了解自动控制技术在国民经济各个领域中的地位与作用。

2. 基本要求

要求掌握自动控制系统的基本组成、工作原理、线性系统数学建模方法、以及经典控制理论的系统分析与设计方法。

考核采用闭卷笔试,学习成绩将根据考勤、平时作业考试成绩综合评定。

三、主要内容

1 自动控制的基本概念

1.1 自动控制的基本原理与方法

1.1.1 自动控制技术及其应用

1.1.2 自动控制发展简史

1.1.3 △反馈控制原理

1.2 自动控制系统基本控制方式

1.2.1 开环控制

1.2.2 △闭环控制

1.2.3复合控制

1.3 △闭环控制基本组成

1.4 自动控制系统的分类

1.5 △自动控制系统的基本要求

1.5.1 稳定性

1.5.2 快速性

1.5.3准确性

2 控制系统的数学模型

2.1 微分方程和传递函数

2.1.1线性常微分方程及求解

2.1.2 △传递函数

2.1.3 △传递函数的性质

2.2 常用控制元件的传递函数

2.2.1 无源网络

2.2.2 △有源网络

2.2.3 △★常用检测元件

2.2.4 △★常用执行元件

2.3 方块图及其等效变换

2.3.1 △控制系统的方块图

2.3.2△ 方块图的等效变换

2.3.3 Mason公式求传递函数

2.4典型环节及其传递函数

2.5 反馈控制系统的传递函数

2.5.1 开环传递函数

2.5.2 闭环系统的传递函数

2.5.3闭环系统的输出

2.5.4闭环系统的误差

3 线性系统的时域分析法

3.1 典型控制过程及性能指标

3.1.1典型输入信号

3.1.2 时域性能指标

3.2 一阶系统分析

3.2.1一阶系统的数学模型

3.2.2 一阶系统的阶跃响应

3.2.3 一阶系统的斜坡响应

3.2.4一阶系统的脉冲响应

3.2.5 线性定常系统的重要结论

3.3  二阶系统时域分析

3.3.1 二阶系统的数学模型

3.3.2 二阶系统的阶跃响应

3.3.3 二阶系统的性能指标

3.3.4二阶系统的斜坡响应

3.3.5二阶系统的脉冲响应

3.4  高阶系统的时域分析

3.4.1高阶系统的数学模型

3.4.2 高阶系统的阶跃响应

3.4.3 高阶系统的性能分析

3.4.4 主导极点的概念

3.5 控制系统的稳定性分析

3.5.1 稳定的概念

3.5.2 线性定常系统稳定的充要条件

3.5.3 劳斯稳定判据

3.5.4劳斯稳定判据的应用

3.6 控制系统的稳态误差分析

3.6.1 误差与稳态误差的概念

3.6.2 系统的类型

3.6.3静态误差系数

3.6.4 扰动作用引起的稳态误差

4 线性系统的根轨迹法

4.1 根轨迹方程

4.1.1 根轨迹概念

4.1.2 根轨迹与系统性能

4.1.3 根轨迹方程

4.2 根轨迹绘制的基本法则

4.2.1根轨迹绘制的七条基本法则

4.2.2 闭环极点的确定

4.3 广义根轨迹

4.3.1 参数根轨迹

4.3.2等效开环传递函数

4.3.3 附加开环零点的作用

4.3.4 附加开环极点的影响

4.3.5 零度根轨迹

5 线性系统的频率响应法

5.1 频率特性和频率特性图

5.1.1 频率特性的基本概念

5.1.2频率特性的几何表示法

5.1.3 典型环节的频率特性图

5.2 控制系统的开环频率特性图

5.2.1 对数坐标图

5.2.2 极坐标图

5.2.3最小相位系统与非最小相位系统

5.3 奈奎斯特稳定判据

5.3.1 幅角原理

5.3.2 △★奈奎斯特稳定判据

5.3.3对数稳定判据

5.3.4 稳定裕量

5.4 频率特性与时域性能的关系

5.4.1典型系统的对数幅频特性

5.4.2 △★开环对数幅频特性与时域性能的关系

5.4.3 闭环频率特性

5.4.4 闭环频率特性与时域性能的关系

6 控制系统的校正方法

6.1 控制系统设计的基本概念

6.1.1性能指标

6.1.2 初步设计

6.1.3校正的作用

6.1.4 校正方式

6.1.5 校正装置

6.2 时域法校正

6.2.1 二阶系统的比例微分控制

6.2.2 二阶系统的速度反馈控制

6.2.3 比例积分控制

6.2.4 △★PID控制

6.3 频率法校正

6.3.1 △串联超前校正

6.3.2 △串联迟后校正

6.3.3 △★ 迟后超前校正

6.3.4 反馈校正

6.4 复合控制校正

6.4.1 复合控制的特点

6.4.2 △按扰动补偿的复合控制系统

6.4.3 △按输入补偿的复合控制系统

 

 

 

 

 

四、时间分配

课程分

段标识

教  学  内  容

教学环节(学时)

习题

实验

 

1

自动控制的基本概念

2

 

 

 

 

2

2

控制系统的数学模型

8

 

 

 

 

8

3

线性系统的时域分析法

8

2

 

 

 

10

4

线性系统的根轨迹法

6

 

 

 

 

6

5

线性系统的频域分析法

10

2

 

 

 

12

6

控制系统的校正方法

10

 

 

 

 

10

总  计

44

4

 

 

 

48

 

五、课程说明

课程英文名称

Fundamental of Control Engineering

主要先修课程

高等数学;工程数学;电路

适用专业类别

电气信息类各专业

主要教材

1. 胡寿松.自动控制原理(第四版),北京:科学出版社

2. R.C. Dorf and R.H. Bishop. Modern Control Systems. (第版),北京:科学出版社

考核方式

闭卷考试和平时成绩

课程简介

本课程主要介绍经典的反馈控制理论,重点讲授基于输入输出描述的系统分析和综合方法。主要内容为:自动控制的基本概念,自动控制系统的组成;控制系统的数学模型及建模方法;介绍时域分析法,包括时域性能指标的定义,劳斯稳定判据、稳态误差分析、动态性能分析及时域校正方法;介绍根轨迹分析法,包括闭环根轨迹图的绘制及基于根轨迹图的系统性能的定性分析;介绍频域分析法,包括频率特性的概念、频率特性的绘制,Nyquist稳定性判据,频域性能指标的定义与计算,以及频率响应法定量分析控制系统动态性能的方法;介绍控制系统的综合校正方法,重点介绍串联校正、反馈校正和复合控制校正的原理及方法。课程教学以讲授为主,辅以多媒体课件及课堂讨论和习题。考核方式为闭卷笔试和平时成绩综合评定

 

预备知识

主要先修课程 高等数学;工程数学;电路。

证书要求

课程按百分制评分,单元作业占30%,最终考试占70%。课程暂无证书。

参考资料

1. 胡寿松.自动控制原理(第四版),北京:科学出版社
2. R.C. Dorf and R.H. Bishop. Modern Control Systems. (第十版),北京:科学出版社

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