南昌大学自动控制原理课程目录

四、教学内容、要求及学时分配(一)理论教学56学时第一章自动控制的一般概念讲课2学时了解课程的内容、性质和任务明确控制系统的任务、组成及自动控制的基本概念(被控对象被控量给定量干扰量等)。侧重讲述开环控制和闭环控制的基本原理和特点闭环反馈控制是本章的重要概念。通过示例建立起系统的基本概念初步掌握由系统工作原理图画出系统方块图的方法。正确理解对控制系统稳、准、快的要求。主要内容自动控制的分类基本控制方式开环、闭环反馈控制自动控制的性能要求—稳、快、准。重点弄清楚自动控制的基本方式和要求。难点对实际系统建立原理方块图的方法。第二章控制系统的数学模型讲课6学时传递函数的概念、结构图的建立与等效变换是本章的重点。一般掌握微分方程建立和非线性方程线性化的方法。熟练掌握传递函数的概念、定义、性质及局限性。明确传递函数与微分方程之间的关系。掌握典型环节的概念熟悉常用元部件的传递函数明确系统常用的传递函数形式。学会由系统微分方程建立系统结构图。熟练掌握用拉氏变换方法求解线性常微分方程的方法熟练掌握利用结构图等效变换求系统传递函数的方法。主要内容动态方程建立及线性化传递函数及动态结构图结构图的等效变换典型环节。重点传递函数和动态结构图的概念结构图等效变换的法则利用复阻抗直接建立电路结构图的方法典型环节的概念。难点结构图等效变换。第三章线性系统的时域分析法(讲课10学时)稳定性、稳态误差、一、二阶系统阶跃响应的特点及动态性能与系统参数间的关系等有关概念有关的计算方法是本章的重点。熟悉系统阶跃响应性能指标了解典型外作用。明确一阶、二阶系统阶跃响应的特点及一阶、二阶系统动态性能与系统特征参数之间的关系。正确理解主导极点的概念。明确稳定性概念及稳定的充要条件熟练掌握劳斯稳定判据及其应用方法。明确误差和稳态误差的定义熟练掌握用终值定理求稳态误差的方法熟练掌握静态误差系数法及适用的条件了解减小、消除稳态误差的措施。主要内容典型响应及性能指标一、二阶系统的分析与计算系统稳定性的分析与计算稳态误差的计算及一般规律。重点典型响应以阶跃响应为主性能指标诸概念及计算指标的方法劳斯判据稳态误差的计算。难点计算指标的方法劳斯判据。第四章线性系统的根轨迹法讲课6学时根轨迹的概念、根轨迹方程、常规根轨迹的绘制及系统性能分析是本章的重点。明确根轨迹、根轨迹方程的有关概念。熟练掌握绘制根轨迹的方法能够利用根轨迹定性分析系统性能随参数变化的趋势。了解参数根轨迹和零度根轨迹的有关概念了解广义根轨迹的绘制方法。主要内容根轨迹的概念与根轨迹方程根轨迹的绘制法则用根轨迹法分析控制系统。重点根轨迹的概念根轨迹的绘制用根轨迹法分析控制系统。难点根轨迹的绘制用根轨迹法分析控制系统。第五章线性系统的频域分析法讲课10学时正确理解频率响应、频率特性的概念及特点。熟悉典型环节频率特性的特点了解绘制开环幅相特性曲线的方法熟练掌握开环对数频率特性曲线的方法理解由最小相位系统的开环对数幅频特性确定开环传递函数的方法理解奈奎斯特稳定判据的原理熟练掌握运用奈奎斯特稳定判据判定系统稳定性的方法这也是本章要求的重点。正确理解稳定裕度的概念及意义掌握计算稳定裕度的方法。掌握开环对数幅频特性与系统稳态性能、动态性能之间的关系正确理解三频段的概念。了解环频域指标稳定裕度、闭环频率特性的特征量与时域性能指标之间的关系。主要内容频率特性的基本概念典型环节的频率特性系统开环频率特性曲线的绘制奈奎斯特稳定判据系统的相对稳定性。重点频率特性的基本概念典型环节的频率特性系统开环频率特性曲线的绘制奈奎斯特稳定判据系统的相对稳定性。难点典型环节的频率特性系统开环频率特性曲线的绘制奈奎斯特稳定判据。第六章线性系统的校正方法讲课6学时串联校正是本章重点掌握的内容。理解校正的概念了解反馈校正和复合校正的作用。熟悉超前、滞后网络的特性理解线性系统的基本控制规律。理解串联(超前/滞后/滞后-超前)校正设计的原理能根据具体情况确定合适的串联校正形式掌握频率法串联校正(超前校正)的步骤和方法。主要内容校正的概念线性系统的基本控制规律常用校正装置及其特性串联校正。重点校正的概念线性系统的基本控制规律常用校正装置及其特性串联校正(超前校正)。难点常用校正装置及其特性串联校正(超前校正)。第七章线性离散系统的分析与校正讲课8学时了解采样过程及采样定理保持器差分方程Z变换和脉冲传递函数学习线性离散系统的稳定性分析离散系统的稳态误差分析了解离散系统的暂态响应与脉冲传递函数极点、零点分布的关系离散控制系统的校正。主要内容离散系统的基本概念信号的采样及保持脉冲传递函数的定义Z变换理论离散系统的稳定性分析及稳态误差计算。重点信号的采样及保持脉冲传递函数离散系统的稳定性及稳态误差。难点信号的采样及保持离散系统的稳定性及稳态误差。第八章非线性控制系统分析（留下学期讲）讲课8学时用描述函数法分析非线性控制系统的稳定性、分析自振、计算自振参数是本章要求的重点。通过典型非线性特性对系统影响的机理分析认识非线性系统运动过程的特点特别是非线性自振特性。掌握相平面的有关概念了解绘制相轨迹、用相平面法分析非线性系统的一般方法。明确描述函数的定义及有关概念会求典型非线性环节的描述函数掌握用描述函数法分析非线性控制系统的稳定性和分析自振、计算自振参数的方法。了解改造非线性特性的和利用非线性特性改善系统性能的方法。主要内容非线性系统的基本概念描述函数法和相平面法描述函数法分析非线性系统的稳定及振荡情况相轨迹的绘制方法运用相平面法分析非线性系统。重点相平面法描述函数法。难点相平面法描述函数法。(二)实验教学8学时在以下实验项目中选开8学时实验1、典型环节与典型系统的模拟2学时验证型目的熟悉控制系统学习机的使用方法掌握构成典型环节的模拟电路观察典型环节阶跃响应曲线了解参数变化对典型环节特性的影响观察不同阶数控制系统阶跃响应曲线了解参数变化对系统特性的影响。仪器自动控制原理实验装置。2、二阶系统阶跃响应特性2学时验证型目的进一步学习控制系统学习机的使用方法研究二阶系统特征参数对系统特性的影响掌握二阶系统性能指标的实验求取方法。仪器自动控制原理实验装置。3、控制系统稳定性研究2学时验证型目的设计实验方案以观察线性系统稳定和不稳定的运动状态验证理论稳定判据的正确性研究系统开环放大系数K对稳定性的影响了解系统时间常数Ti对稳定性的影响。仪器自动控制原理实验装置。4、控制系统的时域分析研究2学时综合型目的学习MATLAB在自控时域分析中的简单应用。5、控制系统的根轨迹和频域分析研究2学时综合型目的学习MATLAB在自控根轨迹分析和频域分析中的简单应用。6、控制系统稳态误差研究2学时验证型目的分析0型、Ⅰ型、Ⅱ型系统在三种不同典型输入下的稳态误差验证理论上的结论。仪器自动控制原理实验装置。7、控制系统串联校正装置的应用2学时综合型目的研究串联校正装置对系统稳定性及动态特性的影响。仪器自动控制原理实验装置。8、控制系统频率特性的测试与研究2学时综合型目的掌握频率特性的测试方法通过二阶和三阶系统的频率特性测试将实验结果与理论计算比较验证用频率法分析系统的正确性。仪器自动控制原理实验装置。9、非线性系统特性的研究2学时综合型目的了解非线性环节对控制系统的影响观察非线性系统的自激振荡学习和理解非线性系统的描述函数分析法。仪器自动控制原理实验装置。10、倒立摆系统的PID控制器设计2学时综合型目的学习PID控制原理、倒立摆的PID控制器设计、一级倒立摆的数学建模和SIMULINK仿真及分析。仪器固高一级倒立摆计算机。五、考试考核办法：笔试闭卷考试时间120分钟。总成绩的分值分配比例为平时成绩占10实验操作与报告占10期中测验成绩占20结业理论考试占60。六、教材及参考书(一)可选教材《自动控制理论》夏德黔主编机械工业出版社《自动控制原理》张晋格哈尔滨工业大学出版社《自动控制原理实验指导书》张禾主编自编教材(二)参考书《自动控制原理》张彬编著北京邮电大学出版社《自动控制原理》胡寿松主编科学出版社《自动控制原理》程鹏主编高等教育出版社《自动控制原理习题集》胡寿松主编科学出版社