《自动控制原理》专科课程标准

《自动控制原理》课程标准一、课程概述（一）课程性质地位自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。（二）课程基本理念为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。（三）课程设计思路本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。二、课程目标（一）知识与技能通过本课程的学习，使学员掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法，重点培养学生利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，并为学习后续相关专业课程，以及进一步学习和应用自动控制方面的新知识、新技术打下必要基础。（二）过程与方法通过本课程的学习，使学员掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。（三）情感态度与价值观通过本课程的学习，使学员在五个方面得到磨练与培养。（1）实践意识：坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。（2）质量意识：认认真真做好每一件事，在学习中的每一个环节都坚持质量至上的思想。（3）协作意识：现代科学技术已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同学协同工作、协调配合。（4）创新意识：勇于不断追求和探索新意境、新见解。（5）坚毅意志：具有坚强的意志和顽强的精神，要敢于面对困难、善于克服困难。三、内容标准第一章自动控制概述1．主要内容(1)概述(2)自动控制的基本思想与历史回顾(3)自动控制系统的基本类型(4)自动控制系统的基本要求2．重点难点重点：自动控制的基本概念和反馈（闭环）控制原理3．教学要求（1）了解：自动控制的发展简史、应用领域及发展方向（2）理解：自动控制的基本概念和反馈（闭环）控制原理第二章自动控制系统的数学模型1．主要内容(1)系统建模概述(2)拉普拉斯变换(3)简单物理系统的微分方程建模(4)传递函数模型(5)方框图模型(6)信号流图模型(7)模型的互换及总结2．重点难点（1）重点：简单物理系统的线性微分方程和传递函数的列写方法；运用方框图和信号流图推导和计算闭环系统的传递函数（2）难点：拉普拉斯变换和方框图的等效变换与简化的熟练运用3．教学要求（1）了解：数学建模的基本原则和基本方法，如近似度与复杂度，线性化近似等（2）理解：相似系统、传递函数、典型环节、方框图、信号流图等基本概念（3）掌握：简单物理系统的线性微分方程和传递函数的列写方法；方框图的等效变换与简化方法；信号流图的Mason公式第三章时域分析法1．主要内容（1）时间响应的基本概念与瞬态性能指标（2）一阶系统的瞬态响应（3）二阶系统的瞬态响应（4）高阶系统的瞬态响应（5）控制系统的稳态误差（6）稳定性的基本概念（7）Routh—Hurwitz稳定性判据（8）Routh—Hurwitz稳定性判据的应用2．重点难点（1）重点：时间响应的基本概念；二阶系统的瞬态响应分析与计算；稳态误差的分析与计算（2）难点：高阶系统的瞬态响应分析，反馈的特性（3）重点：稳定性的基本概念；Routh—Hurwitz稳定性判据（4）难点：不同意义下的稳定性定义3．教学要求（1）理解：典型输入信号、动态性能指标、瞬态响应、阻尼系数、稳态误差等的基本概念；归纳总结反馈的特性，从多个方面理解反馈的优缺点（2）掌握：一、二阶系统的瞬态响应分析方法；系统稳态误差的计算方法（3）理解：稳定性的基本概念（4）掌握：Routh—Hurwitz稳定性判据第四章频率响应分析1．主要内容（1）频率响应的基本概念（2）Bode图和Nyquist曲线（3）典型环节的频率特性（4）开环频率特性的绘制（5）Nyqwist稳定性判据（6）相对稳定性与Nyqwist稳定性判据（7）频域性能指标2．重点难点（1）重点：频率响应的基本概念；典型环节的频率特性；频率特性的绘制方法；Nyqwist稳定性判据；相角裕度和幅值裕度的计算（2）难点：一般系统开环频率特性的绘制方法；频域性能指标与时域性能指标的联系3．教学要求（1）了解：频率响应测量方法；频域性能指标（2）理解：频率响应的基本概念（3）掌握：典型环节的频率特性；掌握一般系统开环频率特性的绘制方法；Nyqwist稳定性判据；相角裕度和幅值裕度的计算第五章自动控制系统的校正1．主要内容（1）控制系统设计概述（2）常用校正装置及其特性（3）用Bode图设计超前校正网络（4）用Bode图设计滞后校正网络（5）用根轨迹设计超前校正网络（6）用根轨迹设计滞后校正网络（7）PID控制器（8）控制系统的反馈校正与干扰补偿（9）控制系统设计综合实例2．重点难点（1）重点：超前与滞前校正网络的设计（1）难点：超前与滞前校正网络的选择3．教学要求（1）理解：控制系统设计的基本概念和基本方法（2）掌握：超前与滞前校正的设计方法、步骤（3）了解反馈校正和干扰补偿四、实施建议（一）教学实施（双语教学按照同样的进度实施）1.组织与实施原则（1）坚持理论与实际相结合的原则，利用循序渐进的武器装备案例、虚拟实验等方式，加强学员对实际工程应用的理解和训练。（2）尽量采用启发式、案例式、讨论式等开放互动的教学方法和计算机辅助教学手段。大类技术基础课要采用基本统一的教学课件，保持教学内容的一致性。（3）将课堂讲授、课后练习、虚拟实验和考试考核等教学环节统筹考虑，实现教学效果的整体优化。（4）机械工程及其自动化专业和仿真工程专业开设的《自动控制原理课程设计》和双语教学，要统筹协调，一并建设，同步推进。（5）其它非控制专业技术类学员的《自动控制原理（理论）》讲授部分，按照本课程标准执行。2.各章节学时分配与教学实施方法建议教学内容学时分配教学实施方法建议第一章自动控制概述2介绍为主，激发兴趣，师生互动第二章自动控制系统的数学模型12讲授为主，强调练习第三章时域分析法12讲授为主，强调练习第四章频域分析法16讲授为主，强调练习，Matlab虚拟实验第五章自动控制系统的校正6讲授为主，强调练习，Matlab虚拟实验第六章自动控制系统的工程设计实例4讲授为主，强调练习，Matlab虚拟实验Matlab介绍、测验等机动2学员参与为主合计54（二）考核评价闭卷考试（70%）+作业成绩（30%）。（三）教材选编1．基本教材《自动控制原理及应用》，孙梅王彦良主编，北京交通大学出版社，2．参考书（1）《现代控制工程》（第三版），[美]KatsuhikoOgata著，卢伯英于海勋等译，电子工业出版社，（2）《自动控制原理》，吴麒主编，清华大学出版社，（3）《自动控制原理》刘明俊于明祁杨泉林编著，国防科技大学出版社，