大学说课自动控制原理详细版教材课程.docx

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大学说课自动控制原理详细版教材课程

大学自动控制原理详细版教材课程

教师：

教研室：

电子信息工程教研室

自动控制原理是电子信息工程专业的一门基础课程。

它不仅需要扎实的电路分析和高等数学基础知识，而且作为今后学习计算机控制技术的前提起着承上启下的作用。

因此，对本专业的学生来说，学好这门课程是非常重要的。

让我从以下几个方面谈谈如何讲授自动控制原理课程。

1、教材

1.教材：

《自动控制原理》工科院校控制类系列教材

主编：

张飞、李丽

从实际工程应用的角度出发，该教材注重基础性、系统性和实用性，深入介绍了自动控制系统的数学描述方法、时域分析和频域分析方法。

本书共分八章（具体内容在教学设计过程中详细介绍）。

每章后面都有相应的练习，书中还提供了一些练习参考答案，供学生参考和比较。

另外，《自动控制原理》课程是计算机控制技术课程的一门必修课。

只有学好这门课程，我们才能更好地学习计算机控制技术（这门课程将由这名学生在下学期学习）。

2.辅助教材：

《自动控制原理》，科学出版社

现代控制理论，清华大学出版社

3.后续课程：

先修课程：

电路分析，复变函数

跟进：

现代控制理论、计算机控制技术、嵌入式技术

2、教学方法与教学设计过程

（1）课程简介

1、自动控制原理课程本身使用了大量的拉普拉斯变换和复变函数理论，所以如果你想学好自动控制原理，首先必须看看你在大学数学中是否有坚实的基础（特别是复变函数和积分变换）。

2、除了所需的数学基础之外，你还需要具备处理相关专业知识的能力。

例如，要建立实际系统的物理模型，就需要对电路（主要是模拟电路）、大学物理和力学原理有很好的了解。

同时，还需要具备一定的数学建模能力。

说到这个，有良好基础的学生暗暗高兴，但对那些基础较差的学生来说，这可能是一个打击。

这些学生可能有一种不想学的心理，所以他们不得不收回自己的话。

有一个好的基础是好的，但不要对那些基础差的人失去信心。

在上课的过程中，我们会遇到与以前学科相关的地方，如果你忘记或不明白，你会详细解释）

3.正是因为这门课程充满了数学，所以不要把自动控制原理当成数学来学习。

这样，你就会更加困惑，甚至怀疑控制理论的科学性。

因为作为一门数学课程，你只掌握一些方程的运算和图形的绘制。

你不明白为什么实际系统会遵循控制理论所描述的规律（比如水位可以精确控制），这会让你觉得它完全是数学的功用，忽略了自动控制的基本思想和这些数学方程受物理定律支配的事实。

许多过去擅长数学的学生学不好控制理论。

他们都犯了把自控理论课当成数学课的思想错误。

4.学习自动控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它不同于数学思想和物理思想）。

高校学习的自动控制原理主要涉及经典控制理论，因此其最基本的控制思想是负反馈思想。

许多稳定性理论都是基于这一思想。

因此，尽管数学非常重要，但数学只是自动控制理论的有力工具。

5.珍惜每一次锻炼的机会。

没有多少确切的话题。

一般来说，你可以掌握书中每一章后面的所有练习（第一次做不到并不重要，关键是要理解）。

即使你已经达到了基本的掌握水平。

6.谈论仿真软件时要仔细听。

每次编程都要用自己的脑子，不要按照老师的步骤机械地把它输入电脑，而是要有自己的编程方法。

例如，在由多极运算放大器构成的电路控制系统中，我们应该思考为什么某些参数的变化（如电容的变化）会导致控制量（如电压）的不稳定或控制精度的下降。

7.要树立学好自动控制原理的信心。

能够接触到19世纪著名的革命思想，特别是20世纪著名的理论，我们应该感到自豪。

19.20世纪革命性的著名理论：

进化论、资本论、相对论、量子论、信息论、控制论和系统论。

我主修文科，学习马克思的经典著作《资本论》。

那么理工科的学生应该自豪地说，你学到了最先进的科学思想和控制论，现代技术科学的三大支柱之一（现代技术科学的三大支柱是信息论、控制论和系统论）。

（2）教学内容的组织

1.控制系统的定性描述上升为控制系统的定量描述。

这是非常重要的。

使学生学会工程技术的一般方法，学会如何从大量实际的、具体的物理或化学系统中，通过系统中的机理关系，建立统一的数学模型，把个别问题普遍化，把具体问题抽象化，从而运用教学方法进行定量研究，回归实际系统。

2.稳定性、稳态和动态“三态”来描述系统的性能。

“三态”思想应贯穿于课程教学之中，围绕系统的三态进行分析和设计。

3.讲解代数描述与几何描述的关系与转换，使学生学会运用数学工具从多角度描述和看待问题。

在《自动控制原理》课程中，需要用到微分方程模型、传递函数模型、框图模型、根轨迹模型、脉冲响应模型、波特图、奈奎斯特图等模型的表示形式，这些模型之间有着非常有意义的联系。

例如，控制系统的根轨迹图不仅可以定量地描述控制系统的模型，而且可以直接反映控制系统的性能；控制系统的Bode图不仅反映了系统的数量关系，而且反映了系统的性能；等待通过对这些方法的讲解，可以引导学生学习和思考如何运用工具将实际问题与抽象描述相结合，对学生分析问题的能力有很大的帮助。

4.应重视时域分析方法。

以往，由于计算工具简单，计算复杂不方便，传统的方法主要集中在一阶和二阶系统的时域分析，而高阶系统的动力学分析主要是简单介绍。

随着计算手段的改进，特别是Matlab工具平台的完善，复杂的计算不再困难。

在课堂教学中可以考虑Matlab工具平台。

一般系统的动力分析和计算不再受系统阶次的限制。

5.要与实践紧密联系。

参考一些网上资源和国外优秀教材，介绍控制原理的应用背景，即学习过程中理论与实践的结合。

（3）教学方法与形式

1.黑板教学。

本课程的理论知识比较复杂，较多地运用了高等数学和复变函数的知识。

如果采用多媒体课件进行教学，学生只知道公式是什么，而不能深刻理解公式或方法的推导、推导及具体应用。

在课堂上用板书与学生讨论，我们会印象深刻，记忆力更强。

同时，对于那些打算考研的学生来说，这样的教学方式也可以提高他们的逻辑思维和推理能力，因为我们的大学生有一个非常坏的习惯：

吃饭等饭。

教师不能独立思考，不能独立思考。

就这样，他们在参加数学研究生入学考试时吃了不少苦头。

通过本课程，学生的独立思考能力也得到了一定程度的锻炼。

这在05年级已经毕业的学生中取得了初步的成绩。

2.讨论式教学

在教授一些公式或方法时，可以让学生自己动手或用自己的方法验证，这样可以大大提高学生的学习积极性和积极性。

3.运动课教学方法的改革

尽量少留作业，拿出一个或几个典型问题，或解决多个问题，让学生独立完成，最大限度地减少抄袭的发生。

4.期末考试

增加常规测试的强度。

例如，设计了一个系统。

在学习了第一章之后，对系统进行了定性分析。

在学习了第二章的内容后，建立了系统的数学模型。

在学习了第三章之后，对其进行了时域分析。

在第四章之后，利用根轨迹分析了它的性能。

第五章采用频域方法对系统进行了分析。

这样，学生不仅要练习具体的方法，还要学会将所学知识与实际系统相结合，还要在一个系统中比较不同的方法。

期末考试采用开卷考试的形式，重点是掌握基本方法，学生不必背诵公式。

3、整本书的结构

这本书有八章。

由于课时的限制，我们只能谈第五章，共五章的理论知识。

由于我校没有自动控制原理实验箱，本课程只能进行模拟实验，实验将在下学期的《计算机控制技术》课程中进行。

第一章自动控制系统概述（4学时）

1.1简介

1.2开环控制和闭环控制

1.3自动控制及自动控制系统

1.4自动控制理论的发展

第二章控制系统数学描述方法（共12学时）

2.1控制系统微分方程

2.2非线性微分方程的线性化

2.3拉普拉斯变换及其应用（关键）

2.4传递函数

2.5动态结构图

2.6一般反馈控制系统

练习

第三章控制系统时域分析（共14学时）

3.1时域分析的一般方法

3.2一阶系统分析

3.3二阶系统分析

3.4高阶系统分析

3.5控制系统稳定性分析

3.6控制系统稳态误差分析

练习

第四章根轨迹法（共14学时）

4.1根轨迹的基本概念

4.2绘制根轨迹的基本规则（要点）

4.3控制系统根轨迹图

4.4控制系统的根轨迹分析

练习

第五章频域分析法（共14学时）

5.1频率特性

5.2典型链路的频率特性（要点）

5.3控制系统开环频率特性映射

5.4频域稳定性标准

5.5闭环频率特性分析

5.6开环频率特性分析

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