自动控制原理课程教案浙江科技学院自动化与电气工程学院2006年5月章节目第一章控制系统导论（2学时）主要内容：1.1自动控制系统的基本原理1.2自动控制系统分类1.3对控制系统的基本要求1.4自动控制的发展简史1.5控制系统设计概论重点：要求学生了解自动控制系统的基本概念、基本变量、基本组成及工作原理理解信息反馈的含义和作用，区别开环控制和闭环控制绘制控制系统方框图难点：1．广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制教学方式：采用工程实例和设疑方法引导学生用系统论，信息论观点分析广义系统的动态特征、信息流，理解信息反馈的作用。绘制控制系统方框图。在讲述控制理论发展史引入我国古代指南车和“二弹一星”特殊贡献科学家——钱学森在自动控制理论方面的成就，进行爱国主义和专业教育。在讲述控制系统系统设计概论，引用转台转速控制和磁盘驱动读取系统的设计实例，强化设计训练。章节目第二章控制系统的数学模型（10学时）主要内容：2.1导论2.2控制系统的微分方程2.3控制系统的传递函数2.4控制系统结构图（框图或方块图）与信号流图2.5应用MATLBA控制系统仿真重点：本章只介绍控制系统建模的基础知识和基本框架，研究用机理分析方法建立和简化线性单变量系统的数学模型：包括微分方程；传递函数；系统结构图及信号流图。着重掌握输入输出描述方法的特点和传递函数的定义、性质、求法与图示方法（结构图和信号流图）。难点：1．系统微分方程列写2．非线性系统偏微线性化3．传递函数方框图绘制及简化4．信号流图绘制及应用梅逊公式求出系统的传递函数教学方式：本章涉及的数学知识较多，主要有复变函数、拉氏变换和线性代数。要求学生从应用出发进行适当复习，学用结合，急用先学，学习过程中应注意基本概念、基本原理和基本方法以及工程的观念，重在应用。同时介绍应用MATLA软件求解不同参数和输入情况下的响应，即可视化解，帮助学生学会运用计算机进行辅助分析和设计。章节目第三章控制系统的时域分析法（10学时）主要内容：3.1二阶系统的瞬态响应及性能指标3.2增加开环零、极点对系统响应的影响3.3反馈控制系统的稳态误差3.4劳斯—赫尔维茨稳定判据3.5控制系统灵敏度分析3.6应用MATLAB分析控制系统的性能3.7设计实例重点：二阶系统的定义和基本参数，二阶系统单位阶跃响应曲线的基本形状与阴尼比之间的对应关系，二阶系统性能指示的定义及其与Wn，ζ之间的关系系统误差的定义，稳态误差计算和减少误差方法线性系统稳定性的充要条件和劳斯——赫尔维茨判据及其应用难点：1．掌握零极点分布与线性系统的稳定性和二阶系统的瞬态响应之间关系，并且能用S平面形象地加以表达静态特性误差系数计算法控制系统参数变化时灵敏度计算教学方式：以设疑法、对比法和用零极点观点具体地介绍线性系统稳定性，瞬态特性和稳定特性分析方法，并以工程实用方法为主，包括劳斯——赫尔维茨判据及其应用，高阶系统的主导极点分析法，基于终值定理稳态误差计算法和计算机仿真分析，重在应用。章节目第四章根轨迹法（8学时）主要内容：4.1根轨迹的概念4.2绘制根迹的基本规则4.3广义根轨迹4.4系统性能分析4.5应用MATLAB分析根轨迹4.6工程设计示例重点：应用根轨迹的基本规则能熟练地绘制系统概略的根轨迹图，并以180º根轨迹为主2．应用根轨迹能定性地分析系统的性能及其随参数变化的趋势和添加开环零极点对系统特性的影响难点：1．依据系统特征方程或与其等价的幅角条件绘制控制系统的根轨迹2．应用根轨迹法，定量地确定闭环零极点分布和估算系统的性能教学方式：提出本章要解决以下四个问题：1.为什么要引入根轨迹法规.2.根轨迹是什么,如何绘制根轨迹3.如何从根轨迹图来判断闭环系统的动态特性4.如何根据用户要求改造根轨迹，即系统综合设计，来组织本章教学。重点介绍手工绘制根轨迹，并以计算机绘制根轨迹为辅，重点是根轨迹法在系统分析中的应用。最后用比较法、总结时域分析和复频域根轨迹法的异同，引导学生掌握根轨迹分析法的基本思路、基本方法及工程处理特点。章节目第五章线性系统的频域分析（12学时）主要内容：5.1频率特性的概念5.2典型环节频率特性的绘制5.3系统开环频率特性的绘制5.4奈奎斯特稳定判据5.5控制系统的相对稳定性5.6闭环频率特性5.7频域响应和时域响应之间的关系5.8MATLAB在频率分析中应用重点：在熟悉典型环节频率特性的基础上，熟练地掌握开环对数频率特性和开环