spContent=《自动控制原理》课程是高等院校自动化和电气类专业的主干学科，专业基础必修课程，也是控制理论与实际工程应用紧密结合的一门经典课程。通过本课程的学习，能够使学生了解自动化技术在生产生活中的作用以及在智能制造领域的重要地位，掌握有关自动控制系统的基本概念、原理、组成及分类，并熟练掌握各种控制方式、分析方法和设计思路，为后续进一步的专业课程学习打下牢固的理论基础。
《自动控制原理》课程是高等院校自动化和电气类专业的主干学科，专业基础必修课程，也是控制理论与实际工程应用紧密结合的一门经典课程。通过本课程的学习，能够使学生了解自动化技术在生产生活中的作用以及在智能制造领域的重要地位，掌握有关自动控制系统的基本概念、原理、组成及分类，并熟练掌握各种控制方式、分析方法和设计思路，为后续进一步的专业课程学习打下牢固的理论基础。
—— 课程团队
课程概述
自动化技术广泛应用于各行各业中，它不仅把人从繁重的体力劳动，以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且极地提高劳动生产率。
自动化技术的基础是控制科学。自动控制作为解放人类生产力的至关重要的手段，已经渗透到人类社会的各个领域。而自动化控制原理这门课程研究就是自动控制系统普通的运动规律，以及通用的控制方法。
“自动控制原理”课程涵盖了控制科学全部的早期理论研究成果。从瓦特关于蒸汽机的离心调速器的发明、麦克斯韦的论文《论调节器》、到布莱克发明的负反馈放大器、奈奎斯特的频域稳定性分析法，以及Bode的对数特性，这些都构成了以传递函数和频率特性为基础的经典控制理论的核心内容。
因此，“自动控制原理”作为控制科学后续发展的各分支理论的基础，不仅是自动化专业的重要专业核心课程，还是所有电类、机械类、能源动力类、化工类与自动化相关的各专业的基础课程。
“自动控制原理”课程涉及控制系统的普遍运行规律和通用的控制方法、分析系统稳定性、瞬态性能、稳定性能的时域法、根轨迹法和频域分析法，以及使系统性能满足期望的性能指标的控制器的设计方法。
授课目标
（1）掌握相关自动控制系统的基本概念，连续系统和离散系统的基本工作原理，具有建立控制系统微分方程、绘制系统结构图等数学模型，并求解传递函数的能力；
（2）能够运用数学模型，线性系统时域、复数域和频域等理论知识及方法，识别控制系统中的比例、积分、微分和惯性等典型环节，计算性能指标，分析系统性能，判断系统稳定性；
（3）掌握PID基本控制规律，能够根据控制系统稳定性、快速性或准确性要求，选择校正方式，寻求解决方案，并验证解决方案的有效性；
（4）能够借助现代教育信息技术，利用课外时间不断探索和自主学习，具有终身学习的意识。
成绩要求
成绩以百分计，
总成绩=平时成绩×20%+作业成绩×20%+实验成绩×10%+期末成绩×50%
其中，平时成绩=平时表现*50%+线上学习*50%，作业=课后作业*50%+慕课堂测验*50%
课程大纲
绪论
课时目标：1.了解自动控制理论的发展简史、现状及未来发展趋势；2．掌握自动控制系统的基本概念，能够综合运用相关理论，描述系统工作过程和系统组成；3．能够根据示意图，分析连续系统的工作原理、判断系统的控制方式，如开环控制、闭环控制和复合控制；4. 能够根据系统响应曲线，评价控制系统的基本性能，如动态性能和稳态性能。
1.1 自动控制的基本概念
1.2 控制系统组成及原理方框图
1.3 自动控制系统的分类
1.4 控制系统的基本性能要求
自动控制系统的数学模型
课时目标：1．掌握建立控制系统的微分方程、传递函数和绘制系统结构图等数学模型的方法；2. 能够综合应用物理系统的基本理论，建立复杂系统的微分方程、传递函数等数学模型；3．能够根据微分方程，利用拉普拉斯变换法，求解系统的传递函数；4．能够根据各种典型环节的传递函数，绘制复杂控制系统的结构图；5. 能够根据系统结构图，绘制复杂控制系统的信号流图；6．能够运用结构图等效变换法或者梅森增益公式法，求解复杂系统的传递函数。
2.1 控制系统数学模型基础知识
2.2 控制系统的复数域数学模型
2.3 控制系统结构图及等效变换原则
2.3.1 结构图等效化简的基本方法
2.3.2 结构图等效化简实例讲解
2.4.1 控制系统信号流图及梅森增益公式
2.4.2 利用梅森增益公式求系统传递函数
2.5 闭环系统的传递函数
控制系统的时域分析
课时目标：1．掌握几种典型输入信号，如单位阶跃信号、单位脉冲信号、单位斜坡信号和单位加速度信号的特点；2．能够运用数学模型，分析一阶系统和二阶系统的时域响应特点，求解系统的性能指标；3. 了解改善二阶系统性能的措施；4．掌握控制系统稳定的充分必要条件，能够运用劳斯稳定判据，判断系统稳定性；5．掌握减小或消除稳态误差的方法，能够运用基本方法，计算复杂控制系统的稳态误差；6.能够综合运用上述理论知识，分析复杂控制系统的动态性能和稳态性能。
3.1 控制系统的时域性能指标
3.2 一阶系统的单位阶跃响应分析
3.3.1 典型二阶系统的数学模型
3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应
3.3.3 欠阻尼二阶系统的动态指标计算
3.3.4 改善二阶系统性能的措施
3.4.1 高阶系统分析——闭环零点对系统性能的影响
3.4.2 高阶系统分析——闭环极点对系统性能的影响
3.5.1 控制系统稳定的充分必要条件
3.5.2 控制系统的劳斯稳定判据
3.5.3 劳斯判据应用举例
3.6.1 稳态误差的定义与计算方法
3.6.2 利用静态误差系数法求稳态误差
3.6.3 系统稳态误差的综合应用举例
根轨迹分析
课时目标：1．掌握常规根轨迹的绘制法则和方法；2. 掌握参数根轨迹和零度根轨迹的绘制方法；3. 能够运用法则，绘制系统的常规根轨迹、参数根轨迹和零度根轨迹；4．能够综合运用根轨迹分析法，判断系统稳定的范围，求解能够使系统稳定的参数；分析系统的动态性能和稳态性能。
4.1 根轨迹的基本概念
4.2 绘制根轨迹的基本法则
4.3.1 绘制常规根轨迹
4.3.2 绘制参数根轨迹
4.3.3 绘制零度根轨迹
4.4 利用根轨迹分析系统性能
控制系统的频域分析法
课时目标：1．掌握频率特性的基本概念，几种几何表示方法；2. 能够识别比例、积分、微分及惯性等典型环节的频率特性；3. 能够综合运用典型环节的频率特性，绘制复杂控制系统的开环幅相频率特性曲线；4. 能够综合运用典型环节的频率特性，绘制复杂控制系统的开环对数频率特性曲线；5．能够根据开环对数幅频特性曲线，求解对应系统的开环传递函数；6．能够运用对数频域稳定判据，分析判断闭环系统的稳定性。7．能够运用相位裕度，判断复杂控制系统的相对稳定性；8. 能够综合运用稳定裕度知识，求解控制系统的幅值裕度和相位裕度。
5.1 频率特性的基本概念
5.2 典型环节的频率特性分析
5.3.1 开环幅相频率特性曲线——奈氏图
5.3.2 绘制开环幅相频率特性曲线应用举例
5.4.1 开环对数频率特性曲线——波德图
5.4.2 绘制开环对数频率特性曲线举例
5.5 根据波德图求系统的传递函数
5.6.1 奈奎斯特稳定判据的数学基础
5.6.2 奈奎斯特稳定判据
5.6.3 奈奎斯特稳定判据判据的特殊情况
5.7 对数频率稳定判据
5.8.1 稳定裕度的基本概念
5.8.2 求幅值裕度及相位裕度
5.9 控制系统的闭环频率特性
控制系统的校正方法
课时目标：1．了解线性控制系统校正的基本概念；2. 掌握几种系统校正的基本方法；3. 掌握PID基本控制规律及特点；4. 能够综合运用PID控制方法，评价校正前和校正后系统的性能变化情况；5. 能够根据系统性能要求，选择合适的校正方式，寻求解决方案，设计用于改善系统性能的串联超前校正装置或串联滞后校正装置。
6.1 线性系统校正的基本概念
6.2.1 频率法串联超前校正——基本原理
6.2.2 频率法串联超前校正——设计步骤
6.3.1 频率法串联滞后校正——基本原理
6.3.2 频率法串联滞后校正——设计步骤
6.4 频率法串联滞后超前校正
6.5 频率法反馈校正
6.6 PID 控制特性分析
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预备知识
如果已经学过如下几门课程的基础知识，将更有利于《自动控制原理》课程的学习。 普通物理（电学），电路基础，高等数学（微积分计算，常系数微分方程求解），线性代数（矩阵计算基本知识），复变函数基本知识，信号与系统等课程。
参考资料
1.《自动控制原理》第3版，姜素霞、冯巧玲主编，北京航空航天大学出版社，2018.08
2.《自动控制原理》第六版，胡寿松主编，科学出版社，2017.06
3.《自动控制原理与设计》第六版，（美）富兰克林，李中华译，电子工业出版社2014.07
浙公网安备 33010802012594号
