《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。本课程介绍自动控制的基本理论及其工程分析和设计方法,使学生清晰地建立起线性反馈控制系统的基本原理和基本概念,初步学会利用时域法、频率特性法以及根轨迹法等经典控制理论方法来分析、设计自动控制系统。本课程的主要目标是:
(1)了解自动控制中的反馈与系统观念,树立正确的设计思想,初步具备控制方案设计和分析的能力,开发创造性思维和创新能力。
(2)掌握控制系统设计的基础知识,培养学生运用标准、规范、手册、图册及网络信息等技术资料的能力。
本课程将采用线上线下混合教学模式,线上部分采用国家精品课程华中科技大学《自动控制原理》,线下部分采用雨课堂智慧教学方式,并引入贯穿全课程的小组综合设计项目,对指定的不同被控对象按照教学进度安排分别从建模、时域分析、根轨迹、频域分析、控制器设计等方面进行逐渐深入的探究式学习。
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。
学习评价注重过程评价和考核,采用线上、线下并举,测试、讨论累计,作业、考试综合的方式。
线上成绩占25%(含单元作业),课堂测验占10%,小组项目占10%,课改心得体会(含思政实践报告)占5%,期末考试占50%。
微分方程,线性代数,复变函数,电路理论
1. 薛安克,彭冬亮,陈雪亭编著,自动控制原理(第三版),西安电子科技大学出版社,2014。
2. P. J. Antsaklis, A. N. Michel, A Linear Systems Primer, Birkh¨auser, Boston, 2007.
3. 刘豹,唐万生,现代控制理论(第3版),机械工业出版社,2011。
4.程兆林,马树萍,线性系统理论,科学出版社,2006。
5.张嗣瀛、高立群编著,现代控制理论(第2版),清华大学出版社,2017。
6.俞立,现代控制理论,清华大学出版社,2007。
教学日历
周 | 讲 | 知识点 | 视频时长 | 单元测验 |
第1周 | 第1讲 绪论 | 1.1 自动控制系统工作原理 | 12'01 | 第3周周一10:00以前提交测试结果 |
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1章绪论测试 |
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第2讲 自动控制系统的数学模型 | 2.1 数学模型的引出 | 12' | 第5周周一10:00以前提交测试结果 | |
2.2 微分方程模型的建立 | 17:46 | |||
第2周 | 第2讲 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 | |||
2.6 结构图的绘制 | 16:39 | |||
第3周 | 第2讲 自动控制系统的数学模型 | 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 | |||
2.9 信号流图 | 19:06 | |||
2.10 梅逊公式 | 17:09 | |||
第2章数学模型测试 |
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第4周 | 第3讲 自动控制系统的时域分析 | 3.1 线性系统时间响应的性能指标 | 6'53'' | 第8周周一10:00以前提交测试结果 |
3.2 一阶系统的时域分析 | 11'04 | |||
3.3 二阶系统的时域分析 | 9'13'' | |||
3.4 欠阻尼二阶系统的动态性能分析 | 13'39'' | |||
第5周 | 第3讲 自动控制系统的时域分析 | 3.5 二阶系统性能的改善 | 10'57'' | |
3.6 高阶系统的时域分析 | 14'42'' | |||
3.7 线性系统的稳定性 | 8'59'' | |||
3.8 稳定性的赫尔维茨判据 | 8'11'' | |||
第6周 | 第3讲 自动控制系统的时域分析 | 3.9 劳斯判据 | 18'34'' | |
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3章时域分析测试 |
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第7周 | 第4讲 根轨迹 | 4.1 根轨迹的基本概念 | 11'49 | 第10周周一10:00以前提交测试结果 |
4.2 普通根轨迹的绘制1 | 13'36 | |||
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 | |||
第8周 | 第4讲 根轨迹 | 4.5 绘制普通根轨迹法则小结 | 15'29 | |
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4章根轨迹测试 |
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第9周 | 第5讲 频域分析 | 5.1 频率特性的基本概念 | 7'59 | 第12周周一10:00以前提交测试结果 |
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 | |||
5.4 对数频率特性曲线的绘制 | 18'11 | |||
第10周 | 第5讲 频域分析 | 5.5 线性系统的开环对数频率特性曲线 | 13'31 | |
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 | |||
5.8 闭环频域特性及时域频域指标 | 15'02 | |||
第5章频域分析测试 |
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第11周 | 第6讲 线性系统的校正方法 | 6.1 综合与校正的基本概念 | 10'53 | 第14周周一10:00以前提交测试结果 |
6.2 常用校正装置及其特性 | 17'25 | |||
6.3 串联校正 | 19'43 | |||
第12周 | 第6讲 线性系统的校正方法 | 6.4 串联校正实例分析 | 13'56 | |
6.5 期望频率特性法校正 | 18'37 | |||
6.6 反馈校正 | 11'19 | |||
第6章校正方法测试 |
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第13周 | 第7讲 线性离散控制系统 | 7.1 线性离散系统的基本概念 | 3'46 |
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7.2 采样过程与采样定理 | 7'12 | |||
7.3 Z变换与Z反变换 | 8'47 | |||
7.4 线性离散系统的数学模型-差分方程 | 5'05 | |||
7.5线性离散系统的数学模型-脉冲传递函数 | 6'58 | |||
第14周 | 第7讲 线性离散控制系统 | 7.6线性离散系统的性能分析-稳定性 | 5'53 | 第16周周一10:00以前提交测试结果 |
7.7线性离散系统的性能分析-瞬态响应和稳态误差 | 5'31 | |||
7.8数字控制器的设计 | 10'10 | |||
第7章离散系统测试 |
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第8讲 非线性控制系统分析 | 8.1 非线性系统的特征与研究方法 | 12'11 |
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8.2 典型非线性特性数学描述对系统运动的影响 | 6'02 | |||
第15周 | 第8讲 非线性控制系统分析 | 8.3 描述函数的概念 | 5'12 | 第17周周一10:00以前提交测试结果 |
8.4 典型非线性描述函数的求取 | 6'24 | |||
8.5 用描述函数法分析非线性系统 | 11'12 | |||
课程总测试 | 第17周周日10:00以前提交测试结果 |
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。