自动控制原理教学大纲

课 程 简 介

课程名称：自动控制原理 英文名称：Automatic Control Theory and System 周学时： 4.0-0(上)；2.5-1.0(下) 学分：7.0 (其中4.0(上)；3.0(下))

预修要求：微积分、线性代数、复变函数、电路、过程工程原理等

内容简介：本课程较为系统地介绍自动控制理论的基本概念、原理与应用。内容上首先介绍控制系统在时域、复域与状态空间的数学模型的描述、推导及其结构图与信号流图的表示、演算。在此基础上，较为全面地阐述线性控制系统的时域分析方法、根轨迹分析法、频域分析法及其校正和设计、线性离散系统的基础理论、线性系统的状态空间分析与综合以及非线性控制系统分析的基本概念与方法等自动控制理论的基本理论与方法。

选用教材或参考书：（含教材名，主编，出版社，出版年）

教材：周春晖主编“化工过程控制原理”.（第二版）. 北京：化学工业出版社. 1998.4 参考书：胡寿松主编. “自动控制原理”(第四版). 北京：科学出版社, 2001年2月. (该书初版于1979年，前三版均由国防工业出版社出版)

《自动控制原理》

教学大纲

一、 课程的教学目的和基本要求

“自动控制理论”是自动化专业的最重要的专业基础理论课，也是相关专业的基础课

之一。随着科技的发展，自动控制系统在国防、航空、航天、工业、通讯等各个方面都已成为不可或缺的重要组成部分。通过本课程的学习，希望能奠定学生在控制理论与应用方面的扎实基础，为学习后继的专业课程、进行科研以及工作等都打下良好的理论基础。

本课程的主要内容涵盖了：动态系统的数学模型建立、线性系统的时域分析法、根轨

迹法、频域分析法及其校正和设计、线性离散系统的基础理论与分析方法、线性系统的状态空间设计方法、李雅普诺夫稳定性分析、非线性系统的基本概念等。教学上力求精讲多练，加强习题关，以使学生打下较为坚实的理论基础。

通过对“自动控制原理”的学习，要求学生初步掌握自动控制系统的基本概念与原理，经典控制理论中的主要系统分析方法，掌握其校正与设计技术，了解其应用。同时通过对自动控制基本理论的系统学习，使得学生不仅加深对控制问题本身的理解，而且了解到目前所学内容的某些应用方面和进一步研究的方向，为今后的研究与技术工作奠定良好的理论基础。

二、 相关教学环节安排

自动控制原理是本专业重要的基础理论课。教学任务分成(上)、(下)两个学期完成。

所以除了课堂学习外，每周均安排足够量的习题让学习通过实践练习，加深对基本概念、基本理论和基本方法的掌握与应用。授课时间与作业时间的比例约为：1：2。

三、 课程主要内容及学时分配

第一学期：每周4学时，共17周(其中16周用于授课，1周考试)

主要内容：

(一) 自动控制的一般概念 3学时

1. 自动控制的基本原理与组成 1学时

2. 自动控制系统的示例及分类 1学时

3. 对自动控制系统的基本要求 1学时

(二) 动态系统的数学模型 16学时

1. 控制系统的微分方程模型 3学时

2. 控制系统的复域数学模型 2学时

3. 控制系统的结构图与信号流图 3学时

4. 控制系统的状态空间模型 3学时

5. 数学模型的实验测定及典型系统的数学模型 2学时

6. 数学模型各种表达式之间的对应关系 3学时

(三) 线性系统的时域分析法 14学时

1. 控制系统时间响应的性能指标 . 1学时

2. 一阶系统的时域分析 1学时

3. 二阶系统的时域分析 3学时

4. 高阶系统的时域分析 1学时

5. 线性系统的稳定性分析 3学时

6. 线性系统的稳态误差计算 2学时

7. 控制系统的状态方程求解与分析 3学时

(四) 线性系统的根轨迹法 12学时

1. 根轨迹法的基本概念 1学时

2. 根轨迹绘制的基本法则 6学时

3. 根轨迹法的推广 3学时

4. 系统性能的分析 2学时

(五) 线性系统的频率分析法 12学时

1. 频率特性 2学时

2. 开环系统的典型环节分解与开环频率特性曲线 5学时

3. 频率域稳定判据 3学时

4. 稳定裕度 2学时

(六) 线性系统的校正方法 7学时

1. 系统的设计与校正问题 1学时

2. 常用的校正装置及其特性 3学时

3. 串联校正与反馈校正 3学时

第二学期：授课每周2.5学时，共17周(其中16周用于授课，1周考试,实验课程16

学时单列)

授课主要内容(40学时)：

(七) 线性离散系统的分析与校正 16学时

4. 离散系统的基本概念 2学时

5. Z变换理论 3学时

6. 离散系统的数学模型 4学时

7. 离散系统的稳定性与稳态误差 3学时

8. 离散系统的动态性能分析及数字校正 4学时

(八) 线性系统的状态空间分析与综合 16学时

8. 线性系统的可控性与可观测性 4学时

9. 线性定常系统的线性变换与标准形 4学时

10. 线性定常系统的状态反馈 4学时

11. 线性定常系统的状态观测器 4学时

(九) 非线性控制系统简介 8学时

7. 非线性控制系统概述 1学时

8. 描述函数法 3学时

9. 李亚普诺夫稳定性分析 4学时

实验课主要内容(16学时)：

a) MATLAB环境介绍以及操作说明。 1学时

b) 拉氏变换和Z变换 2学时

c) 控制系统模型建立以及相互转换 3学时

d) 控制系统分析：时域、根轨迹和频域分析 4学时

e) 状态空间系统分析、极点配置以及观测器的建立 4学时

f) 最优控制系统设计：状态反馈和输出反馈的线性二次型最优调节器设计 2学时

四、 教材及主要参考书

教材：周春晖主编.“化工过程控制原理”（第二版）. 北京：化学工业出版社. 1998.4 参考书：胡寿松主编. “自动控制原理”(第四版). 北京：科学出版社, 2001年2月.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/58u4.html