spContent=《自动控制理论》是自动化专业的学科基础必修课。教学目的和任务是使学生掌握控制系统的基本概念和分析、设计的基本方法;初步掌握控制系统的分析和设计技能,并学会利用MATLAB对控制系统进行分析和设计的方法。
《自动控制理论》是自动化专业的学科基础必修课。教学目的和任务是使学生掌握控制系统的基本概念和分析、设计的基本方法;初步掌握控制系统的分析和设计技能,并学会利用MATLAB对控制系统进行分析和设计的方法。
—— 课程团队
课程概述
本课程主要讲授自动控制系统的基本结构、工作原理和分析、设计的基本方法。通过本课程的学习,使学生掌握自动控制理论的基本概念和自动控制系统的各种分析方法。旨在培养学生初步掌握自动控制系统的理论分析和设计技能,并学会运用MATLAB进行控制系统辅助分析和设计的方法,为后续专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础。
授课目标
1.掌握自动控制系统的基本结构和工作原理,能运用自动控制理论的基本原理剖析实际控制系统;
2.掌握建立控制系统数学模型的方法 ,能对实际控制系统进行数学建模;
3.掌握线性控制系统的时域响应分析法 、根轨迹和频频率分析法,能对线性控制系统方案的可行性进行分析;
4.掌握线性控制系统的校正方法 ,能根据用户的需求确定线性控制系统的设计目标和方案 ;掌握非线性控制系统的分析方法,能对非线性控制系统方案的可行性进行分析;掌握线性离散控制系统的分析与设计,能对计算机控制系统方案的可行性进行分析和优选;
5.学会运用MATLAB进行控制系统辅助分析和设计的方法,能利用现代化的分析方法对自动化复杂工程问题进行仿真研究 。
成绩 要求
本课程成绩以百分计,平时计分测验作业共计20分,课程讨论10分,期末考试70分。
无认证证书。
课程大纲
第一章 绪论
第1讲:课程简介
第2讲:自动控制的定义
第3讲:自动控制系统的基本概念
第二章 控制系统的数学模型
第4讲:微分方程
第5讲:非线性系统的线性化
第6讲:传递函数的定义
第7讲:传递函数的常用形式及特点
第8讲:典型环节的传递函数
第9讲:结构图的绘制
第10讲:结构图的简化-环节的合并
第11讲:结构图的简化-相加点和分支点的移动和互换
第12讲:信号流图的概念
第13讲:信号流图的绘制
第14讲:信号流图的求解-梅逊增益公式
第三章 线性控制系统的时域分析
第15讲:典型输入信号
第16讲:系统时域响应的形式
第17讲:系统的时域性能指标
第18讲:稳定性的基本概念
第19讲:线性控制系统稳定的条件
第20讲:代数稳定判据-劳斯判据
第21讲:代数稳定判据-劳斯阵列的两种特殊情况
第22讲:代数稳定判据-赫尔维茨判据
第23讲:相对稳定性和稳定裕量
第24讲:一阶系统的时域响应
第25讲:二阶系统的阶跃响应
第26讲:二阶系统的脉冲响应
第27讲:二阶系统的特点
第28讲:高阶系统的时域响应
第29讲:稳态误差的定义
第30讲:静态误差系数法
第31讲:动态误差系数法(选)
第32讲:给定扰动信号同时作用下的稳态误差
第四章 线性控制系统的根轨迹分析法
第33讲:根轨迹的基本概念
第34讲:绘制根轨迹的基本条件
第35讲:负反馈系统根轨迹的绘制(一)
第36讲:负反馈系统根轨迹的绘制(二)
第37讲:正反馈系统根轨迹的绘制
第38讲:180度和0度等相角根轨迹
第39讲:参数根轨迹的绘制
第40讲:纯迟延根轨迹的绘制
第41讲:利用根轨迹分析系统
第五章 线性控制系统的频域分析法
第42讲:频域分析的基本概念及表示方法
第43讲:典型环节的频率特性(一)
第44讲:典型环节的频率特性(二)
第45讲:开环频率特性的极坐标图
第46讲:开环频率特性的对数坐标图及对数幅相图
第47讲:最小相位系统
第48讲:奈奎斯特稳定判据一
第49讲:奈奎斯特稳定判据二
第50讲:控制系统的稳定裕量
第51讲:系统的闭环频率特性
第52讲:利用频域特性对系统进行分析
第六章 线性控制系统的校正方法
第53讲:系统校正的基础知识
第54讲:校正装置及其特性
第55讲:频率法的串联超前校正
第56讲:频率法的串联滞后校正
第57讲:频率法的串联滞后-超前校正
第58讲:根轨迹法的串联超前校正(选)
第59讲:根轨迹法的串联滞后校正(选)
第60讲:根轨迹法的串联滞后-超前校正(选)
第61讲:反馈校正
第62讲:复合校正
第七章 非线性控制系统的分析
第63讲:非线性系统的基础知识
第64讲:相平面分析法简介
第65讲:相轨迹图的绘制
第66讲:控制系统的相平面分析
第67讲:描述函数分析法简介
第68讲:典型非线性环节的描述函数
第69讲:描述函数法分析非线性系统
第八章 线性离散控制系统的分析与设计
第70讲:信号的采样
第71讲:信号的保持
第72讲:z变换及其定理
第73讲:z反变换
第74讲:离散系统的数学模型——差分方程
第75讲:离散系统的数学模型——脉冲传递函数
第76讲:系统开闭环脉冲传递函数的求取
第77讲:离散控制系统的稳定性分析
第78讲:离散控制系统的动态特性
第79讲:离散控制系统的稳态误差
第80讲:离散控制系统的校正(选)
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预备知识
参考资料
教 材:李国勇主编.自动控制原理(第4版).北京:电子工业出版社, 2024.2.
参考资料:
1.李国勇主编.自动控制原理习题解答及仿真实验.北京:电子工业出版社, 2012
2.李国勇主编.计算机仿真技术与CAD--基于MATLAB的控制系统(第4版).北京:电子工业出版社, 2016
3.胡寿松. 自动控制原理(第六版). 科学出版社, 2013.
常见问题
学习该课程的同时,建议充分利用MATLAB等现代仿真工具在控制系统分析和设计中的应用,以此达到更好的学习效果。