自动控制理论课程教学大纲

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1、《自动控制理论》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：0904001课程中文名称：自动控制理论课程英文名称：AutomaticControlTheory课程性质：专业基础课程考核方式：考试开课专业：自动化、探测制导与控制技术、测控技术与仪器、电气工程及其自动化、生物医学工程开课学期：5总学时：80（其中理论80学时，实验0学时）总学分：5二、课程目的《自动控制理论》是自动控制领域的一门重要的基础理论课程，内容主要涉及古典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、控制系统的数学建模、线性系统的基本分析方法、线性系统的设计校正方法、线性离散系统的分析与校正以及非线

2、性控制系统分析等。课程目的是使自动化及其相关专业的本科生掌握古典控制理论的基本知识，学会控制系统的建模、分析及设计方法，为今后专业课程的学习奠定扎实的基础。并通过继续学习相关课程后，能够从事国民经济、国防和科研各部门的运动控制、过程控制、机器人智能控制、导航制导与控制、现代集成制造系统、模式识别与智能系统、生物信息学、人工智能及神经网络、系统工程理论与实践、新型传感器、电子与自动检测系统、复杂网络与计算机应用系统等领域的科学研究、技术开发、教学及管理工作。三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）本课程要求学生具有较好的微积分以及复变函数与积分变换等方面的工

3、程数学基础，以及较好地电路、模拟电子技术、电机学以及自动控制元件等方面的理论技术基础。在此基础上，本课程将使学生掌握和了解以下主要基础理论和基本技能：掌握反馈控制的基本原理，反馈控制系统的基本组成和基本要求；掌握建立控制系统数学模型的基本方法；掌握应用线性系统的时域分析法、根轨迹分析法和频率域分析法分析线性定常系统稳定性、动态性能和稳定性能的基本理论和分析方法；掌握在频率域和时域上进行控制系统设计与校正的基本方法和设计步骤；掌握线性离散控制系统的分析方法与基本设计理论、方法；了解分析非线性控制系统的相平面法和描述函数法。同时，考虑到本课程与工程实践密不可分，在教学中

4、将注重培养学生的分析问题、解决问题的能力。四、教学内容与学时分配第一章　　　　控制系统的一般概念（3学时）反馈控制原理、开环控制和闭环控制；典型反馈控制系统的方框图绘制；控制系统的基本组成和基本要求。重点：反馈控制原理。第二章　　　　控制系统的数学模型（9学时）建立描述控制系统运动的微分方程；非线性微分方程线性化；控制系统的传递函数、结构图及其简化、信号流图及梅森公式等。重点：传递函数定义、建立控制系统的传递函数。难点：从系统原理图建立拉氏变换方程组。第三章　　　　线性系统的时域分析（12学时）一阶、二阶系统及高阶系统的时域分析；线性系统的稳定性及劳斯(Routh)

5、稳定判据；稳态误差定义及其计算方法，控制系统的型别与稳态误差分析；复合控制。重点：建立系统闭环极点与系统性能间的关系、二阶系统欠阻尼响应分析、控制系统的时域指标、劳斯稳定判据、控制系统型别与稳态误差分析、复合控制。难点：闭环极点与系统性能间的关系、高阶系统的闭环主导极点。第四章　　　　线性系统的根轨迹法分析（6学时）控制系统的根轨迹的一般概念、根轨迹方程及绘制的根轨迹的一般步骤、绘制的根轨迹基本规则（包括和零度根轨迹）；控制系统的根轨迹法分析。重点：概略绘制根轨迹的基本规则、根轨迹与系统性能的关系。难点：和零度根轨迹的对应关系，开环零、极点分布与根轨迹形状间的对应关

6、系。第五章　　　　线性系统的频域分析（12学时）线性系统频率响应及其描述方法；典型环节的频率响应(开环幅相曲线与对数频率特性曲线)；开环系统及闭环系统的频率响应；奈奎斯特(Nyquist)稳定判据和控制系统相对稳定性；频域指标和时域指标的关系。重点：典型环节的频率特性、奈奎斯特稳定判据及其应用。难点：频率响应的物理意义、建立奈奎斯特稳定判据、闭环系统的频率响应。第六章　　　　线性系统的设计与校正（12学时）基于频率响应法和根轨迹法的串联校正分析法设计；基于频率响应法的串联、反馈校正的综合法设计。重点：典型校正环节对系统的校正作用、串联校正的分析法设计。难点：设计指标

7、转换、设计方法选取、校正结果的验算；线性系统分析方法的综合。第七章　　　　线性离散控制系统的分析与设计（16学时）数字控制系统的一般概念：计算机控制系统组成、采样过程、采样定理、零阶保持器；数字控制系统的数学基础：Z变换定义及计算方法、Z变换基本定理、Z反变换及计算方法；数字控制系统的数学描述；数字控制系统分析；数字控制系统的设计。重点：采样定理、零阶保持器、Z变换的级数表达式中的物理意义、采样开关位置是计算脉冲传递函数的关键、带有零阶保持器环节的脉冲传递函数计算、闭环脉冲传递函数计算、朱利稳定判据、系统稳态性能分析、最少拍离散系统设计。难点：闭环脉冲传递函数计