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《自动控制原理》课程教学大纲课程编码课程名称自动控制原理课程英文名称TheoryofAutomaticControl先修课程电路、模拟电子技术、数字电子技术、线性代数、复变函数与积分变换适用专业：电气工程及其自动化总学时：96讲课学时：80实验学时：16上机学时：0总学分：5制订单位信息与电气工程学院制订时间：2006.06一、课程性质和目的本课程是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课，通过对本课程的学习，要求能够了解自动控制的基本概念，建立控制系统的数学模型，利用数学模型对系统进行性能分析，并掌握系统的设计与校正方法。二、课程的基本要求通过对本课程的学习，要求学生了解自动控制的一般概念，掌握控制系统建摸方法、线性系统的时域分析法、频域分析法、根轨迹分析法，理解稳定性的有关概念，掌握稳定性判据，掌握线性系统的设计与校正方法，理解线性离散系统的分析及校正方法，了解非线性系统的分析方法。掌握线性系统的状态空间分析法。三、课程内容与要求第一章自动控制的基本概念（2学时）1、学习目的和要求通过本章学习，了解自动控制的基本原理、自动控制系统的分类与基本要求。2、课程内容（1）自动控制的基本原理与方式。（2）自动控制系统分类。（3）对自动控制系统的基本要求。3、考核知识点和考核要求（1）识记：自动控制系统分类、基本要求。（2）领会：自动控制系统基本原理。第二章控制系统的数学模型（8学时）1、学习目的和要求通过学习，掌握控制系统数学模型的建立方法。2、课程内容（1）控制系统的时域数学模型－微分方程。（2）控制系统的复数域数学模型－传递函数。（3）控制系统的结构图与信号流图。3、考核知识点和考核要求（1）识记：微分方程，传递函数的基本概念，典型环节的传递函数。（2）领会：传递函数与系统性能的关系。（3）综合应用：根据控制系统的物理结构绘制结构图和信号流图并求系统的传递函数。第三章线性系统的时域分析法（10学时）1、学习目的和要求通过学习，了解系统时间响应的性能指标，稳定性及误差有关概念，掌握一阶、二阶，高阶系统的分析方法。2、课程内容（1）系统时间响应的性能指标。（2）一阶系统的时域分析。（3）二阶系统的时域分析。（4）高阶系统的时域分析。（5）线性系统的稳定性分析。（6）线性系统的稳态误差计算。3、考核知识点和考核要求（1）识记：系统时域性能指标、稳定性概念，误差定义。（2）领会：典型系统的时域分析，稳定性定义及判定方法，误差计算方法。（3）综合应用：用劳斯判据判稳，系统的时域性能分析。第四章线性系统的根轨迹分析法（6学时）1、学习目的和要求通过学习，了解根轨迹的基本概念，掌握根轨迹绘制方法，会利用根轨迹分析系统性能。2、课程内容（1）根轨迹的基本概念。（2）常规根轨迹绘制的基本法则。（3）利用根轨迹分析系统性能。3、考核知识点和考核要求（1）识记：根轨迹概念，根轨迹绘制的基本法则。（2）领会：根轨迹与系统性能的关系。（3）综合应用：根据开环传递函数绘制根轨迹并利用根轨迹分析系统性能。第五章线性系统的频域分析法（12学时）1、学习目的和要求通过学习，了解频率特性的物理意义、典型环节的频率特性、闭环系统频率域性能指标，掌握系统开环幅相曲线、对数频率域特性曲线的绘制方法，掌握频率域稳定判据的内容及应用。2、课程内容（1）频率特性的概念。（2）典型环节与开环系统的频率特性。（3）系统开环幅相曲线的绘制。（4）开环对数频率特性曲线的绘制。（5）系统频率域稳定判据。（6）稳定裕度。（7）频率域性能指标。3、考核知识点和考核要求（1）识记：频率域性能指标，典型环节频率特性，闭环频率性能指标及其与时域性能指标的关系。（2）领会：频率特性物理意义，系统频率特性确定，稳定判据的推导。（3）综合应用：分析系统的频率特性，用奈氏判据判定系统稳定性。第六章线性系统的设计与校正（6学时）1、学习目的和要求通过学习，了解系统设计的一般步骤，系统校正的作用，常用校正装置及其特性，掌握串联校正、反馈校正原理、适用条件。2、课程内容（1）统的设计与校正问题。（2）常用校正装置极其特性。（3）串联校正。（4）反馈校正。3、考核知识点和考核要求（1）识记：常用校正装置结构，系统设计一般步骤。（2）领会：串联校正、反馈校正的原理及应用。（3）综合应用：按设计原则设计控制系统。第七章线性离散系统的分析与校正(10学时)1、学习目的和要求通过学习，了解离散系统的基本概念，掌握离散系统数学模型的建立、离散系统稳定性、动态性能的分析、离散系统的数字校正方法。2、课程内容（1）离散系统的基本概念。（3）离散系统的分析方法－z变换理论。（4）离散系统的数学模型的建立。（5）离散系统的稳定性分析与稳态误差计算。（6）离散系统的动态性能分析。（7）离散系统的数字校正。3、考核知识点和考核要求（1）识记:离散系统基本概念，离散化方法，稳定性、稳态误差概念。（2）领会：变换理论，数学模型的建立，稳定性判据，系统校正方法。（3）综合应用：离散系统的设计及校正，判稳。第八章非线性系统分析（6学时）1、学习目的和要求通过学习，了解研究非线性系统的意义、方法，常见非线性特性种类，掌握相平面分析方法、描述函数法。2、课程内容（1）非线性控制系统概述。（2）常见非线性特性及其对系统运动的影响。（3）非线性系统的相平面分析法。（4）非线性系统的描述函数分析法。3、考核知识点和考核要求（1）识记：非线性概念，非线性系统设计，常见非线性特性。（2）领会：相平面法、描述函数法。第九章线性系统的状态空间分析法（20学时）1、学习目的和要求通过学习，了解系统状态空间描述常用的基本概念，掌握线性定常系统状态空间表达式的建立方法，理解可控性、可观测性概念，掌握可控性、可观测性判定方法，了解线性定常系统的反馈结构及状态观测器的构造方法，掌握李雅普诺夫稳定性分析方法。2、课程内容（1）状态空间的基本概念。（2）线性系统的可控性与可观测性的定义及判断方法。（3）线性定常系统的线性变换。（4）线性定常系统的反馈结构及状态观测器的设计。（5）线性系统稳定性分析－李雅普诺夫方法。3、考核知识点和考核要求（1）识记：状态空间分析的有关概念。（2）领会：可控、可观测性概念及判定方法，李雅普诺夫稳定性分析方法。（3）综合应用：维状态观测器的设计。四、理论教学学时分配章讲课内容学时一自动控制的基本概念2二控制系统的数学模型的建立8三线性系统的时域分析法10四线性系统的根轨迹分析法6五线性系统的频域分析法12六线性系统的设计与校正6七线性离散系统的分析与校正10八非线性控制系统分析6九线性系统的状态空间分析法20总计80五、实验名称与学时安排实验名称与学时安排表序号实验名称学时分配序号实验名称学时分配1典型环节的时域响应26典型非线性环节22典型系统瞬态响应和稳定性分析27二阶非线性系统实验23线性系统的根轨迹分析28状态反馈(极点配置)24线性系统的频率响应分析2合计165线性系统的校正（设计性）2六、教材及主要教学参考书教材：[1]胡寿松主编.自动控制原理.第4版.科学出版社.2001参考书：[1]李友善主编.自动控制原理.第３版.国防工业出版社.2005[2]张爱民主编.自动控制原理.第1版.清华大学出版社.2006撰稿人：刘秀芝审稿人：张开如