自動(dòng)控制理論Ⅱ教學(xué)大綱VIP

自動(dòng)控制理論n教學(xué)大綱

課程中文名稱：自動(dòng)控制理論H課程英文名稱：ControlTheoryII

課程編號：CI159應(yīng)開課學(xué)期：5

學(xué)時(shí)數(shù)：56（52+4）學(xué)分?jǐn)?shù)：3.5

適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化課程類型：專業(yè)核心課/必修

先修課程：線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與枳分變換、電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)

一、課程性質(zhì)

本課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)（拔尖計(jì)劃、卓越計(jì)劃）的專業(yè)核心課與學(xué)位課。自

動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)普遍規(guī)律的科學(xué)、廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。它側(cè)重于理論的角

度，系統(tǒng)地闡述自動(dòng)控制科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和些本規(guī)律，介紹對自動(dòng)控制系統(tǒng)從建

模、分析、到設(shè)計(jì)應(yīng)用的各種原理、思想和方法。學(xué)生道過學(xué)習(xí)本大綱規(guī)定的內(nèi)容，將掌握

自動(dòng)控制的基本理論和基本技能，會(huì)分析和設(shè)計(jì)基本的控制系統(tǒng)。為學(xué)習(xí)本專業(yè)的后續(xù)課程

打卜必要的基礎(chǔ)。

二、課程目標(biāo)

通過對該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解自動(dòng)控制理論的研究領(lǐng)域、研究內(nèi)容和研究方法；理

解自動(dòng)控制的基本概念和實(shí)際自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理;掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)術(shù)

語；掌握建立自動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣工程領(lǐng)域?qū)ο蟮奈锢砟Ｐ秃蛿?shù)學(xué)模型的基本方法；掌握自

動(dòng)控制系統(tǒng)的分析方法及評價(jià)自動(dòng)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能有標(biāo)，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ);

掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合的基本方法，能按所要求性能指標(biāo)設(shè)計(jì)控制器；能使用

MATLAB軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行模型建立、性能分析、控制器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真。掌握狀態(tài)空

間分析法的建模、分析及設(shè)計(jì)的基本方法；了解自動(dòng)控制理論的最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

三、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)安排和基本要求

第一章緒論（2學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的組成、控制系統(tǒng)的性能要求

（1）了解自動(dòng)控制理論的發(fā)展及應(yīng)用：理解自動(dòng)控制基本概念。

（2）了解水自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類，掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)術(shù)語。

（3）理解對自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求

第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（6學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：傳遞函數(shù)的概念與求取

（1）理解動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的初步知識

（2）掌握微分方程的建立及求解方法

（3）掌握傳遞函數(shù)概念及性質(zhì)

（4）掌握電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模

（5）掌握方框圖建立與化簡

（6）了解信號流圖與梅遜（Mason）公式

（7）使用MATLAB建立數(shù)學(xué)模型及模型轉(zhuǎn)換方法

第三章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法（8學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算，穩(wěn)定性分析

（1）掌握?階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)

（2）掌握二階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算

（3）了解高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)

（4）理解穩(wěn)定性的定義，掌握穩(wěn)定性的充要條件，掌握勞斯穩(wěn)定判決及其應(yīng)用

（5）理解穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)型別的概念，掌握靜態(tài)誤差系數(shù)、穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算

（6）使用MATLAB求系統(tǒng)響應(yīng)和計(jì)算系統(tǒng)性能指標(biāo)

第四章根軌跡法（6學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：根軌跡的條件及繪制，用根軌跡圖分析控制系統(tǒng)

（1）理解根軌跡的概念

（2）掌握根軌跡的幅相條件和繪制根軌跡的規(guī)則

（3）了解參數(shù)根軌跡

（4）掌握利用根軌跡圖分析控制系統(tǒng)

（5）使用MATLAB繪制根軌跡圖、分析系統(tǒng)性能

第五章頻率特性法（10學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：Bode圖，Nyquisl判據(jù)及應(yīng)用，穩(wěn)定裕度

（1）理解頻率特性的概念及其表示方法

（2）掌握Bode圖的繪制

（3）掌握Nyquist圖的繪制

（4）掌握Nyquist判據(jù)及其應(yīng)用

（5）掌握相角裕度、幅值裕度的概念及計(jì)算方法

（6）使用MA1LAB繪制Bode圖，Nyquist圖，分析系統(tǒng)性能

第六章控制系統(tǒng)的校正（6學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：頻域法超前、滯后校正

（1）理解綜合與校正的基本概念及方式

（2）掌握超前、滯后校正裝置的特性

（3）掌握頻域法超前校正、滯后校正

（4）理解根軌跡法超前校正、滯后校正

（5）掌握PID控制算法及其參數(shù)整定方法

（6）使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行校正

第七章狀態(tài)空間分析法（14學(xué)時(shí)）

重點(diǎn)難點(diǎn)：狀態(tài)空間表達(dá)式，能控性、能觀性，狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置

（1）了解現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生與發(fā)展，與經(jīng)典控制理論的差異

（2）理解狀態(tài)變后,狀態(tài)空間表依式的概念

（3）掌握狀態(tài)空間表達(dá)式的建立方法

（4）理解狀態(tài)變量的線性變換，掌握由狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)陣

（5）理解狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的基本性質(zhì)，掌握其計(jì)算方法

（6）掌握線性定常齊次狀態(tài)方程和非齊次狀態(tài)方程的解

（7）掌握能控性、能觀性的概念及判據(jù)

（8）理解對偶像原理

（9）掌握狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置算法

（10）理解狀態(tài)觀測器，了解帶觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

（11）使用MATLAB建立控制系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，相關(guān)計(jì)算和分析，解極點(diǎn)配置問題

四、課程的其它教學(xué)環(huán)節(jié)

序號教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)

1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的時(shí)域分析：1

2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡分析；1

3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域法分析2

1、控制系統(tǒng)組成及工作原理作業(yè)

2、控制系統(tǒng)建模作業(yè)

3、控制系統(tǒng)時(shí)域分析作業(yè)

4平時(shí)作業(yè)4、控制系統(tǒng)根軌跡分析作業(yè)

5、控制系統(tǒng)頻域分析作業(yè)

6、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校正作業(yè)

7、控制系統(tǒng)狀態(tài)空間法作業(yè)

五、教學(xué)方法與手段

本課程教學(xué)主要采用課堂講授、小組討論、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方法與手段。

六、推薦教材和教學(xué)參考資源

教材：

I.鄒伯敏主編.自動(dòng)控制理論（第三版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

參考書：

1.