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武汉工程职业技术学院
《自动控制原理与系统》教学大纲
课程编号
C19
课程类型
专门科
适用专业
自动控制
总 学 时
70
理论学时
60
实践学时
10
制订日期
2010-02
制订人
范伟
审核人
胡人侃

一、课程性质和任务
自动控制原理与系统是一门综合性很强的专业课,课程内容涉及到高等数学、电工基础、电子技术基础、电机学和半导体变流技术等多门课程的基础知识。它的目的与任务是：使学生通过大纲所规定的全部教学内容的学习，不但掌握必要的基础理论知识，而且还应在系统数学模型的建立、系统性能的分析以及改善系统性能问题、解决问题和实际动手能力方面得到锻炼和提高，为学习后续课程和专业知识以及今后从事自动控制等技术工作打下初步基础。

二、教学基本要求
本课程是以建立数学模型为研究对象，分析、了解控制系统的动态特性是研究一个自动控制系统的核心问题，系统的数学模型是设计、分析、改进、完善自动控制系统的依据。通过自动控制系统的时域分析和频域分析的学习，使学生能够掌握简单控制系统的设计、动态性能的分析及其校正环节。学完本课程应达到以下基本要求：
1. 了解自动控制系统的组成及分类；
2. :掌握系统的数学模型的建立
3. 了解被控对象的动态特性
4. 掌握拉普拉斯变换及其应用
5. 掌握自动控制系统的时域分析；
6. 掌握自动控制系统的频域分析；
7. 熟悉自动控制系统的设计；
8. 熟悉自动控制系统的分析与调试
9. 受到必要的实验和实训技能的训练，能独立完成自动控制系统的实验，并养成严谨的科学作风。

三、教学内容
第一章自动控制的基本知识
2-1 自动控制的应用与任务
2-2 自动控制系统的组成、控制流程简图与原理方框图
2-3 控制系统的负反馈工作原理
2-4 控制系统的分类
2-5 对自动控制系统的基本要求

第二章自动控制系统的数字模型
2-6 标准微分方程的列写
2-7 拉斯（Laplace）变换、反变换及其应用
2-8 传递函数与系统动态结构图
2-9 系统结构图的等效变换与信号流图、梅逊（Mason）公式
2-10 系统的典型传递函数及自动控制系统的典型环节

第三章被控对象的动态特性
3-1 被控对象的阶跃响应与动态方程
3-2 对象的特性参数极其对控制质量的影响
3-3 时域法测试对象动态特性及确定其传递函数

第四章自动控制系统的时域分析
4-1 系统输出响应组成的分析
4-2 线性系统稳定性分析
4-3 控制系统的稳定误差分析
4-4 控制系统的动态分析
4-5 控制系统的校正

第五章自动控制系统的频域分析
5-1 频率特性的概念与求算
5-2 典型环节的频率特性
5-3 系统开环频率特性曲线绘制及应用
5-4 时域的稳定性判据
5-5 系统闭环、开环频率特性与时域阶跃响应的关系
5-6 频域法分析与设计系统的串联校正装置

第六章简单控制系统
6-1 概述
6-2 被控量与操作控制量的选择
6-3 信号测量与传送中注意的问题
6-4 基本控制规律对控制质量的影响及其选择
6-5 自动调节阀选型
6-6 简单控制系统的工程整定与投运

第七章复杂控制系统
7-1 串级控制系统及其应用
7-2 前馈-反馈控制系统及其应用
7-3 其它常用的过程控制系统

四、实践环节
（一）实验
1、自动控制系统的模拟 2学时
2、实现数学模拟的基本方式 4学时
3、对象传递函数的实验测定 4学时

（二）实训
1、基本典型环节运动规律的模拟实训 4学时
内容：模拟基本典型环节的运动规律，了解各环节输入信号与响应之间的关系，观察其参数变化对环节输出信号的影响，如惯性环节的时间常数T，二阶振荡环节的x 和T等等，从而增加对自动控制系统基本组成的感性认识，帮助加深对控制理论一些基本概念的理解。
2、控制系统的频率特性模拟实训 4学时
内容：了解个环节的频率响应特性，加深理解控制系统的频率响应特性概念
3、二阶系统的扰动分析实训 6学时
内容：（1）、了解并分析二阶系统在扰动作用下过渡过程的特点。（2）分析扰动作用下的稳态误差，并探讨降低稳态误差的方法。（3）结实系统静态性能与动态性能之间的内在矛盾，并寻求使矛盾协调统一的有效方法。
4、控制系统稳定性的模拟实训 6学时
内容：改变三阶系统增益及时间常数，研究其稳定性，并与Routh，Nyquist稳定判据的结果相比较，进一步掌握线性定常系统稳定性的理论分析方法；加深理解线性定常系统的稳定性是系统自身的固有特性，与系统的输入信号无关；加深理解临界开环放大系数的概念。
5、控制系统动态品质及校正装置的模拟实训 4学时
内容：（1）了解比例微分，比例积分，比例积分微分校正在控制系统中的作用，从而掌握改善已有系统品质的方法。（2）进一步掌握由开环频率特性估算闭环系统瞬态过程时域指标的方法，观察校正后的控制系统的频域动态品质。
6、直流位置随动系统的研究的实训 4学时
内容：（1）熟悉直流位置随动系统的结构和工作原理；（2）了解开环系统的工作状况，掌握系统中反馈信号极性的实验判别的方法；（3）掌握开环放大系数与系统静差的关系；（4）掌握开环放大系数与系统动态性能的关系及其对系统稳定性之影响；（5）了解并联速度反馈校正对改善系统动态性能的作用。
7、直流电动机速度调节系统实训 2学时
内容：（1）掌握调速系统的组成及其工作原理；（2）了解改善调速系统性能的方法。

五、各教学环节学时分配
单元（章）
分配学时
理论学时
实验学时
实训学时
第一章自动控制的基本知识
6
4
2

第二章自动控制系统的数字模型
14
10
4

第三章被控对象的动态特性
4
4

第四章自动控制系统的时域分析
16
14
2

第五章自动控制系统的频域分析
16
14
2

第六章简单控制系统
8
8

第七章复杂控制系统
6
6

合计
70
60
10

六、考核方式
闭卷笔试。

七、推荐教材和教学参考书
教 材：《自动控制原理与系统》，俞眉芳编著，高等教育出版社，2001年。
参考书：《自动控制原理》，吴 麒编著，清华大学出版社，1993年。
《自动控制原理》，李友善编著，国防工业出版社，1989年。
《自动控制原理》，胡松涛编著，国防工业出版社，1996年。