本课程是一门面向工程应用、实践性较强的课程,也是后续学习运动控制系统、过程控制、飞行器控制、机器人设计与实践、无人机控制等课程的基础,在培养学生控制系统综合分析能力、综合设计能力等方面占有重要地位。本课程重点讲授三个部分内容:一是通过分析控制系统的输入信号、设计指标等,讲授构建控制系统的方法;二是分析解决控制系统设计中的主要问题,如谐振及滤波、扰动抑制等;三是结合实例讲授几种典型的控制系统设计方法,如伺服系统、调节系统等。通过本课程的课堂教学、后续的实验及计算机仿真等教学环节,着重培养学生进行控制系统设计的综合应用能力,以及控制工程科学知识的应用能力,增加创新意识,支撑专业学习成果中相应指标点的达成。
课程目标对学生的能力要求如下:
课程目标1——知识方面,掌握控制系统分析、研究、设计的基本知识和方法,具备控制系统问题分析的知识基础;
课程目标2——能力方面,掌握控制系统设计中的主要问题及解决方法,能够把对系统的总体性能指标或功能要求分解到各个单元,为部件选型及构建系统提供依据,并能从系统的角度分析并描述自动控制系统的问题需求、制约和冲突因素;
课程目标3——素质方面,掌握控制仿真软件的设计、集成、安装和调试等实施全过程的工程素质,能够通过理论推导或实验、仿真,对系统设计方案进行性能评价,逐步具有应用先进工具解决工程实际问题的能力。
本课程教学环节包括:课堂授课;课堂提问;思考题;答疑;复习总结;考试。
1. 课堂授课
(1)采用启发式教学,通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣,培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。典型的比如指令信号分析,系统灵敏度等。
(2) 采用CAI 课件、网络视频等多种辅助方式增强教学的直观性,提高课堂教学信息量,加深同学们的理解。典型的比如扰动响应、谐振抑制等。
(3)采用案例教学方式,通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合,学会应用自然科学和工程科学的基本原理,进行机理研究、仿真分析、实验验证等,进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。典型的比如火炮随动系统、化工厂物料控制等等。
(4)采用互动式教学,增加师生之间的面对面交流,提高学习效果。
2. 课堂提问:针对讲课的有关内容提问,同时适当展开讨论,引导同学进行独立思考。
3. 思考题:给学生留适当思考题引导学生思考和复习。
4. 答疑:单独时间进行答疑,对同学进行辅导。
5. 复习总结:课程结束后利用1课时左右的时间进行复习,对课程的有关问题和内容进行复习,使学生形成一个整体概念。
6. 考试:闭卷笔试。考试成绩:平时+作业20分;考试80分。
如果在本课程之前有过电路、模电、数电、计算机组成原理、自动控制原理、大学物理、信号与系统、自动控制元件等相关课程的学习经历,将对本课程的相关部分内容的学习有较大的帮助。
(1) 王广雄,何朕. 控制系统设计. 清华大学出版社. 2008
(2) 控制系统设计实验指导书.
(3) George Ellis. 刘君华,汤晓君译. 控制系统设计指南. 电子工业出版社. 2006年
(4) Sigurd Skoestad,Lan Postlethwaite. 韩崇昭,张爱民等译. 多变量反馈控制分析与设计. 西安交通大学出版社. 2011.12
(5) Graham C.Goodwin,Stefan F.Graebe,Mario E.Salgado著 控制系统设计. 清华大学出版社. 2002
(6) 裴润、宋申民:自动控制理论 哈尔滨工业大学出版社
(7) 胡寿松:自动控制原理(第六版) 科学出版社出版社
(8) J.Dazzo、C.Houpis:Linear Control System Analysis and Design(第四版) 清华大学出版社
(9) 梅晓榕, 柏桂珍, 张卯瑞. 自动控制元件及线路(第五版). 科学出版社. 2013
课程难点:掌握控制系统设计中的主要问题及解决方法。
课程重点:通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合,学会应用自然科学和工程科学的基本原理,进行机理研究、仿真分析、实验验证等,进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。