161 自动控制原理中英文.docx
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161自动控制原理中英文
《自动控制原理》课程教学大纲
课程编号：
2020161
课程类别：
必修
授课对象：
本科三年级
先修课程：
复变函数，积分变换，信号与系统。
学分：
4
总学时：
56课内学时：
48实验学时：
8
一、课程性质、教学目的与任务
课程性质：
专业基础课，专业知识链条中的关键环节之一，自动控制原理是仪器仪表类、测控类专业的重要基础课之一，这些专业主要学习信号传感（获取）、信号处理、控制及光机电系统等知识，而控制是知识链条中的重要一环，随着科技发展，自动化、智能化已成为仪器、产品、系统等的重要功能，这就要求学生必须具备自动控制方面的知识。
教学目的与任务：
培养学生自动控制原理的基础知识，学习掌握经典控制的基本理论、基本方法和控制系统的基本设计方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理论、基本方法及控制系统设计方法。
主要内容包括：
控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
二、教学基本要求
学习经典控制的基本理论和基本方法，重点学习分析和设计线性控制系统的基本理论和基本方法。
主要内容包括：
控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的根轨迹法、控制系统的频域分析法、控制系统的常用校正方法等。
三、教学内容
第一章控制系统的一般要概念（4课时）
自动控制的基本原理与方式，自动控制系统示例，自动控制系统的分类，对自动控制系统的基本要求
1、基本概念；
2、反馈系统基本组成；
3、基本控制方式；
4、控制系统分类：
开环、闭环、复合控制；
第二章控制系统的数学模型（8课时）
控制系统的时域数学模型，拉普拉斯变换，控制系统的复域数学模型，控制系统的状态空间模型，控制系统的结构图与信号流图
2-1时域模型、微分方程表示方法；
2-2复域模型
1、传递函数的定义与性质；
2、传递函数的零、极点表示，开环增益、根轨迹增益等；
3、典型环节的传递函数（比例、惯性、微分、积分、振荡）；
2-3控制系统的结构图与信号流图
1、结构图的等效变换与化简
2、信号流图组成与性质
A．性质、术语（理解）
B．由结构图转化为信号流图方法
C．梅逊公式
第三章线性系统的时域分析法（10课时）
线性系统时间响应的性能指标，一阶系统的时域分析，二阶系统的时域分析，高阶系统的时域分析，线性系统的稳定性分析，线性系统的稳态误差计算。
3-1线性系统时间响应的性能标
，
，
，
3-2一阶系统的单位阶跃响应，
3-3二阶系统的时域响应
1、二阶系统的标准数学模型闭环传递函数形式，表示为单位反馈系统形式
2、二阶系统单位阶跃响应（重点：
欠阻尼情形）
，
，
，
3、二阶系统性能改善
A、比例一微分控制掌握原理、特点
B、测速反馈控制掌握原理、特点及性能参数计算
3-4高阶系统时域分析，主导闭环极点概念
3-5线性系统稳定性分析
劳斯判据及其应用
3-6线性系统的稳态误差
1、误差传递函数计算
2、利用终值定理求稳态误差
3、系统类型（型别）
4、典型参考信号输入下的稳态误差；误差系数
5、减小稳态误差方法：
提高型别、提高开环增益、采用复合控制
6、扰动误差的传函、减小扰动误差方法
A、增加扰动作用点之前积分环节数目
B、增加扰动作用点之前环节的增益
C、采用复合控制技术
第四章根轨迹（6课时）
根轨迹方程，根轨迹绘制的基本法则，广义根轨迹，系统性能的分析与估算，基于根轨迹的控制系统校正方法，MATLAB语言根轨迹分析法。
4-1根轨迹方程（相角、幅值条件）
4-2根轨迹绘制的基本法则，绘制根轨迹
第五章线性系统的频域分析（10课时）
频率特性，典型环节和开环系统频率特性，奈奎斯特稳定判据，稳定裕度，闭环频率特性，系统时域指标估算，传递函数的实验确定法，MATLAB语言频域分析法。
5-2频率特性
1、基本概念系统频率特性与传函间关系
2、频率特性表示方法幅相曲线；幅频特性；对数幅频特性曲线；相频特性曲线；对数相频特性曲线
5-3典型环节和开环系统频率特性
1、典型环节的幅频、相频特性
2、开环对数幅频、幅相曲线绘制对数幅频特性采用渐近线法
3、由幅频曲线或相频曲线确定最小相位系统传递函数的方法
5-4奈奎斯特稳定性判据
1、奈代判据，实际使用判据，幅相曲线对称性
2、对数频率特性稳定性判据I型以上辅助线作法
5-5稳定裕度概念：
截止频率；相角交界频率；相角裕度；幅值裕度
5-6闭环频率特性（了解）
5-7系统时域指标与频域指标关系
了解它们之间的联系；
第六章线性系统的校正方法（10课时）
系统的设计与校正问题，常用校正装置及其特性，串联校正，反馈校正，复合校正，PID调节器，基于MATLAB语言的校正分析法。
6-1校正方法串联，反馈，前馈，复合，原理，特性
6-2常用校正装置及其特性（传函，特性，重要公式）
1、无源超前
2、无源迟后
3、无源迟后—超前
6-3串联校正
1、串联超前方法，实用范围
2、串联迟后方法，实用范围
3、串联迟后—超前方法，实用范围
6-4反馈校正（原理，优点）
6-5复合校正
A．按扰动补偿（原理，扰动误差传函推导，误差全补偿条件）
B．按输入补偿（原理，误差传函推导，误差全补偿条件）
6-6PID控制原理（P，PD，I，PI，PID的特点）
实验安排：
实验二直流电机速度控制实验（8课时）
1、开环控制、闭环控制系统设计
2、控制系统的校正设计
3、PID调节器
开放性、综合设计实验，要求学生独自完成实验前准备工作（实验目的、原理分析，实验设计、实验步骤、参数计算等），实际动手实验，实验结果分析等。
四、学时分配
总学时56学时讲课48学时实验8学时课外学时64学时
五、教材与参考资料
胡寿松等，《自动控制原理》，国防工业出版社，第4版，2002
[1]自动控制原理，清华大学出版社，吴麒主编；
[2]自动控制原理，中国科学技术大学出版社，庞国仲编；
[3]自动控制原理试题精选与答题技巧，哈尔滨工业大学出版社，王彤主编；
[4]自动控制原理常见题型解析及模拟题，西北工业大学出版社，史忠科，卢京潮编著；
[5]MATLAB语言工具箱—TOOLBOX实用指南，西北工业大学出版社，施阳李俊等编著；
[6]MATLAB语言—演算纸式的科学工程计算语言，中国科学技术大学出版社，张培强主编；
[7]系统分析与仿真—MATLAB语言及应用，国防科技大学出版社，黄文梅杨勇等编著。
六、成绩评定
期末成绩80%，平时成绩（作业、平时测验及课堂情况）及综合实验能力20%。
大纲撰写人：
段发阶、吴斌
大纲批准人：
段发阶
制定日期：
2011年6月
TJUSyllabusfor“Automaticcontrolprinciple”
Code:
Category:
compulsory
For:
junior
Prerequisite:
complexvariablesfunctions,integraltransformation,SignalsandSystems
Credits:
4
SemesterHour:
56Lecture：
48ComputerLab：
8
1.Coursenature,teachinggoalandmission
Coursenature:
Asprofessionalbasiccourse,oneofthekeylinksofprofessionalknowledgechain,automaticcontroltheoryisoneofmostimportantbasiccoursesinmajorsofinstrumentsandmeasure&control.Thesemajorsmainlystudytheknowledgeofsignalsensing（for）,signalprocessing,controlandoptomechatronicssystemandsoon,andcontrolisanimportantlinkinthechainknowledge.Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnology,automationandintelligenthavebecomeimportantfunctionininstrument,production,system,etc.Thisrequiresthestudentsmusthaveknowledgeofautomaticcontrolaspects.
Teachinggoalandmission:
Cultivatestudentsthebasicknowledgeofautomaticcontrolprinciple.Learntomasterthebasictheoryandbasicmethodofclassicalcontrol,andthebasicdesignmethodofthecontrolsystem.Learnmainlyanalysisanddesignoflinearcontrolsystemofbasictheory,thebasicmethodandcontrolsystemdesignmethod.Themaincontentsinclude:
themathematicalmodelofcontrolsystem,thetimedomainanalysismethodofthecontrolsystem,therootlocusmethodofthecontrolsystem,themethodoffrequencydomainofthecontrolsystem,thecommonlyusedcorrectionmethodsofthecontrolsystem,etc.
2.Teachingbasicrequirements
Thebasicrequirementsarelearningthebasictheoriesandmethodsofclassicalcontrol,mainlylearningthebasictheoryandbasicmethodsofanalysisanddesignoflinearcontrolsystem.Themaincontentsinclude:
themathematicalmodelofcontrolsystem,thetimedomainanalysismethodofthecontrolsystem,therootlocusmethodofthecontrolsystem,thefrequencydomainmethodofthecontrolsystem,thecommonlyusedcorrectionmethodsofthecontrolsystem,etc.
3.Contentofcourses（4hours）
ChapterOne,thegeneralconceptsofControlsystem
Thebasicprincipleandmeansofautomaticcontrol,automaticcontrolsystemexamples,theclassificationoftheautomaticcontrolsystem,thebasicrequirementsofautomaticcontrolsystem
1.Basicconcept
2.Thebasicstructureoffeedbacksystem
3.Thebasiccontrolmode
4.Controlsystemclassification:
openloop,closedloop,compositecontrol
*ChapterTwo,Themathematicalmodelofthecontrolsystem（8hours）
Themathematicalmodeloftimedomainofthecontrolsystem,Laplacetransform,thecomplexdomainmathematicalmodelofthecontrolsystem,thestatespacemodelofthecontrolsystem,thestructureandsignalflowgraphofthecontrolsystem
2-1Thetimedomainmodel,differentialequationexpressionmethod
2-2Complexdomainmodel
1.thedefinitionandpropertiesofthetransferfunction;
2.zeroandpolesexpression,theopenloopgain,rootlocusgain,etc.ofthetransferfunction
3.thetransferfunction’stypicallink（proportion,inertia,differentialandintegral,oscillation）;
2-3Thestructureandsignalflowdiagramofthecontrolsystem
1.Theequivalenttransformationandsimplificationofthestructurechart
2.Signalflowchartcompositionandproperties
3.Properties,term（understand）
a.Themethodofstructurecharttranslateintosignalflowgraph
b.Masonformula
ChapterThree,timedomainanalysismethodofthelinearsystem（10hours）
Theperformanceindexofthelinearsystemtimeresponse,analysisoftimedomainofthefirst-ordersystem,analysisoftimedomainofthesecond-ordersystems,analysisoftimedomainofthehighordersystems,linearsystemstabilityanalysis,thesteady-stateerrorcalculationoflinearsystem
3-1Theperformancestandardoftimeresponseofthelinearsystem
，
，
，
3-2Thefirst-ordersystem’sunitstepresponse]
3-3Timedomainresponseofthesecondordersystem
1.Theclosed-looptransferfunctionformofthesecondordersystem’sstandardmathematicalmodel,expressesastheformofunitfeedbacksystem
2.Unitstepresponseofthesecondordersystem（Key:
owedampingcase）
，
，
，
3.Systemperformanceimprovedofthesecondordersystem
A.Proportion-differentialcontrol,masterprincipleandcharacteristics
B.Velocitymeasurementfeedbackcontrol,masterthecalculationofprinciple,characteristicsandperformanceparameter
3-4Analysisoftimedomainofthehighordersystem,theconceptoftheleadingclose-looppoles
3-5Linearsystemstabilityanalysis
Lawscriterionanditsapplication
3-6Steady-stateerroroflinearsystem
1.Thecalculationoferrortransferfunction
2.Usingfinal-valuetheoremforsteady-stateerror
3.Systemtype（pattern）
4.Thesteady-stateerroroftypicalreferencesignalinput;Errorcoefficient
5.Reducethesteady-stateerrormethod:
improvepattern,improvetheopenloopgain,andusecompositecontrol
6.Thetransferfunctionofagitationerror,themethodofreduceagitationerror
（1）.Increaseintegralelementnumberbeforetheagitationapplicationpoint
（2）.Increaseintegralelementgainbeforetheagitationapplicationpoint
Adoptedcomplexcontroltechnology
ChapterFour,Rootlocus（6hours）
Rootlocusequation,basiclawofrootlocusrendering,generalizedrootlocus,systemperformanceanalysisandestimate,thecontrolsystemcorrectionmethodsbasedonroottrajectory,MATLABlanguagerootlocusanalysismethod.
4-1Rootlocusequation（Angle,amplitudecondition）
4-2Basiclawofrootlocusrendering,drawrootlocus
*ChapterFive,frequencydomainanalysisofthelinearsystem
Frequencycharacteristics,typicallinksandopenloopsystemfrequencycharacteristics,Nyquiststabilitycriterion,themarginofthestable,closed-loopfrequencycharacteristics,thesystemtimedomainindexesestimation,theexperimentconfirmmethodofthetransferfunction,thefrequencydomainmethodofMATLABlanguage
5-2Frequencycharacteristics
1.Thebasicconcept,therelationshipbetweenfrequencycharacteristicsandtransferfunctionofthesystem
2.Theexpressionmethodoffrequencycharacteristics,phasecurve;Amplitudefrequencycharacteristics;Logarithmamplitudefrequencycharacteristicscurve;Phasefrequencycharacteristiccurve;Logarithmphasefrequencycharacteristiccurve
5-3Typicallinksandopenloopsystemfrequencycharacteristics
1.Typicallink’samplitudefrequency,phasefrequencycharacteristics
3.Theopenlooplogarithmamplitudeandfrequency,amplitudeandphasecurvedrawing,logarithmamplitudefrequencycharacteristicsusestheasymptotemethod
2.Theminimumphasesystemtransferfunctionmethoddeterminedbyamplitudefrequencycurveorphasefrequencycurve
5-4Nyquiststabilitycriterion
1.Nyquistcriterion,actualusecr
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