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自动控制原理1
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spContent=想知道如何控制巡航导弹精确命中千里之外的目标、无人化智能工厂如何控制机床实现精密加工吗?“自动控制原理”将告诉你系统是如何实现自动控制,达到预定目标的。本课程介绍自动控制系统的基本原理和基本要求、动态建模、常用分析和设计方法。一旦你掌握了这些方法,“系统”将在你的“控制”之中。
—— 课程团队
课程概述

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。


授课目标

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。

成绩 要求

     

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15%,期末考试占50%。



课程大纲
预备知识

微分方程,线性代数,复变函数,电路理论


参考资料

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

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

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

 

第2讲 自动控制系统的数学模型

2.1 数学模型的引出

12'

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

 

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''

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

 

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

 

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

 

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

 

第13

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

 

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

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

7离散系统测试

 

8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

 

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

8非线性控制系统分析

8.3 描述函数的概念

5'12

第17周周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前提交测试结果


常见问题

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。