(完整word版)自动控制原理说课
自动控制原理(经典部分)课程教案
xx科技大学《自动控制原理》（经典部分）课程教案授课时间：适用专业、班级：编写人：编写时间：)())()m n s z s p --221)(1)21)(1)i j s s T s T s ζττζ++++++ 极点形成系统的模态，授课学时：2学时章节名称第二章第三节控制系统的结构图与信号流图（1）备注教学目的和要求1、会绘制结构图。
2、会由结构图等效变换求传递函数。
重点难点重点：结构图的绘制；由结构图等效变换求传递函数。
难点：复杂结构图的等效变换。
教学方法教学手段1、教学方法：课堂讲授法为主；用精讲多练的方法突出重点，用分析举例的方法突破难点。
2、教学手段：以传统的口述、粉笔加黑板的手段为主。
教学进程设计（含教学内容、教学设计、时间分配等）一、引入（约3min）从“用数学图形描述系统的优点”引入新课。
二、教学进程设计（一）结构图的组成（约7min）1、信号线：表示信号的传递方向。
2、方框：表示输入和输出的运算关系，即C(S)=R(S)*G(S)。
3、比较点：表示两个以上信号进行代数运算。
4、引出点：一个信号引出两个或以上分支。
（二）结构图的绘制（约40min）绘制：列写微分方程组，并列写拉氏变换后的子方程；绘制各子方程的结构图，然后根据变量关系将各子结构图依次连接起来，得到系统的结构图。
例题讲解。
（二）结构图的简化（约46min）任何复杂的系统结构图，各方框之间的基本连接方式只有串联、并联和反馈连接三种。
方框结构图的简化是通过移动引出点、比较点、交换比较点，进行方框运算后，将串联、并联和反馈连接的方框合并，求出系统传递函数。
1、串联的简化：12()()()G s G s G s=2、并联的简化：12()()()G s G s G s=±3、反馈连接方框的简化：11()()1()()G ssG s H sΦ=4、比较点的移动：移动前后保持信号的等效性。
比较点前移比较点后移5、引出点的移动：移动前后保持信号的等效性。
(整理)自动控制原理讲义
自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。
抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。
第一章1.1 引言1.1.1 基本概念（1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。
①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。
（2）自动控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体①实体；②有机组合1.1.2 自动控制技术及应用自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。
1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段：（1）第一阶段。
时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。
三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法.（2）第二阶段。
时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。
（3）第三阶段。
时间为本世纪70年代末至今。
70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。
（1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量信号（6）偏差信号（详见课本）1.2 自动控制技术中的基本控制方式系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。
1.2.1 开环控制系统 (1)定义开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。
示意图：优点：结构简单、调整方便、成本低缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。
用于输出精度要求低的场合。
若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值1.2.2 闭环控制系统——重点控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小 ③控制精度高④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用 ⑤引起振荡1.2.3 复合控制系统将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。
自动控制原理(说课)
目录
• 课程介绍与目标 • 教学内容与方法 • 重点与难点解析 • 学生能力培养与素质提升 • 考试评价与成绩评定 • 教学资源建设与利用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 01
课程介绍与目标
自动控制原理课程概述
自动控制原理是研究自动控制系统基 本理论和工程应用方法的一门课程。
通过本课程的学习，学生可以掌握自动 控制系统的基本原理和分析方法，具备 分析和设计自动控制系统的能力。
06
教学资源建设与利用
优质课件资源分享
01
国家级精品课程资源
提供自动控制原理的国家级精品课程资源，包括完整的课件、教案、习
题等，供教师备课和学生自学使用。
02
知名教授公开课件
分享自动控制原理领域知名教授的公开课件，这些课件经过精心设计和
制作，内容丰富、深入浅出，有助于学生更好地理解和掌握课程内容。
实验教学环节
基础性实验
通过基础性实验，使学生掌握自 动控制系统的基本实验方法和技 能，如系统建模、时域响应测量、
频率特性测量等。
设计性实验
引导学生自主设计简单的控制系统， 并进行实验验证，培养学生的实践 能力和创新意识。
综合性实验
组织学生开展综合性实验，将理论 知识与实际应用相结合，提高学生 的综合应用能力和解决复杂问题的 能力。
平时成绩占30%，包括课堂表现、作业完成 情况等；期末考试成绩占70%。
评分标准
根据试题的难易程度和学生答题情况，制定合理的 评分标准，确保公平、公正、客观地评价学生的成 绩。
成绩公布
考试结束后，及时公布成绩，并为学生提供 成绩分析报告，帮助学生了解自己的学习情 况和不足之处。
反馈机制及持续改进计划
《自动控制原理》电子教案
自动控制原理电子教案第 1 次课授课时间2学时授课题目（章、节）第一章绪论（1-3节）主要内容1．自动控制在各领域的应用2．自动控制的作用3．自动控制定义：自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量自动地按预先给定的规律去运行。
4．自动控制系统的基本职能元件及基本框图等5．开环控制与闭环控制目的与要求了解自动控制系统的基本职能元件、基本术语及方框图掌握自动控制定义掌握开环、闭环控制的定义、基本框图重点与难点重点：自动控制的定义、开环控制与闭环控制的定义及框图教学手段授课、例题讲解思考题或作业题1-2１．１ 引言 无论是人们的日常生活、工业生产，还是空间探索、导弹制导等尖端科技领域中，自动控制技术无所不在、无所不能。
自动控制理论和技术已经渗透到社会、经济和科学研究的各个方面。
自动控制技术是建立在控制论基础上的，而控制论研究的是控制的一般性理论，它不具体面对某一类控制系统的，因此它是一门以理论为主的课程。
自动控制理论是一门理论性和工程性的综合科学。
１．控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论（也即，它是研究系统共性的控制过程的理论，可以把实际对象的物理涵义抽象出来，因此，它一定是以数学工具作为主要研究手段的）。
２．控制理论的研究对象 控制论的研究是面向系统的。
广义地讲：控制论是研究信息的产生、转换、传递、控制和预报的科学； 狭义地讲：根据期望的输出来改变控制输入，使系统的输出能达到某中预期的效果。
３．控制论与数学及自动化技术的关系 控制论是应用数学的一个分支，它的某些理论的研究还要借助于抽象数学。
而控制论的研究成果若要应用于实际工程中，就必须在理论概念与用来解决这些实际问题的实用方法之间架起一座桥梁。
１．２ 自动控制和自动控制系统 １．２．１自动控制问题的提出 人们存在着一种普遍的要求或希望，即要求某些物理量维持在某种特定的（如恒定不变或按某种规律变化或跟踪某个变化的量等等）标准上。
《自动控制原理》说课教学提纲
3、充分利用学校机房、实验室相关设备， 让学生独立完成实验，提高其动手能力；
4、动员学生积极参加课外科技制作，如： 数学建模、电子制作、机器人大赛等，综 合运用自控原理、电子技术等相关知识解 决实际系统设计中的问题。
通过上述内容的安排，实现了理论与实 际、课内与课外、传授知识与创新思维能 力培养的有机结合。
三、教学过程设计
（一）总体教学过程陈述 1、总—分—总（经历两次提高和飞跃，让学
生逐步增加兴趣和信心） 2、理论课教学进度与实验课教学进度合理安
排（学有所练、学后有思） 3、教师指引方向、学生自己拓展、共同探讨
问题
（二）总体结构
S=d/dt
传递函数
微分方程 系统
S=jw
频率特性
d/dt=jw
单学科束缚、扩展思维模式的有力工具。
二、课程内容设计
（一）总体安排 1、重视理论教学。课堂讲授中注意基本概念与
基本方法的介绍、注重理论联系实际，结合工控 领域中大量控制系统的实际项目进行分析，提高 学生分析问题的能力； 2、根据教学内容适量安排习题课，组织学生开展 讨论，加深对知识的理解，通过对典型例题的分 析，提高学生分析和解决问题的能力；
教材与参考文献
推荐教材： 《自动控制原理与系统》 孔凡才主编 机械工业
出版社 推荐教学参考资料： 《自动控制原理》胡寿松主编 国防工业出版社 《自动控制原理》王恩荣主编 化学工业出版社 《控制理论CAI教程》颜文俊等 科学出版社
谢谢大家！
模型的分析与简化（抓住主要因素，合并 抵消或者忽略次要因素）
数学建模的步骤有哪些？
模型建立：考察实际问题、列出涉及的因 素和假定条件、找到它们之间的关系、把 实际问题转化成数学问题
《自动控制原理》说课
（二）主要教学内容（根据专业教学计划、 教学大纲以及职业教学特点、学生认知特 点设置） 自动控制理论和技术的发展 自动控制及自动控制系统的相关概念 自动控制系统数学建模 线性连续系统的时域、频域分析。（稳定 性、稳态性能、动态性能） 自动控制系统的校正
（三）重难点总结 1、 课程的重点是：时域中连续系统的稳定 性分析及频域中连续系统的分析与设计。 2、课程的难点是： ① 频率特性与系统性能指标关系的理解； ②根据给出的时域或频域性能指标，设计 出满足控制系统要求的校正装置。
数学建模的步骤有哪些？
模型建立：考察实际问题、列出涉及的因 素和假定条件、找到它们之间的关系、把 实际问题转化成数学问题 数学解答：选择适当的方法求解数学问题 的数学解 模型检验和结论：是否安全可靠、合理可 行、符合要求，是否具有可发展性并经得 起实践检验。（门捷列夫周期表、牛顿定 律等）
为什么要学习数学建模？
（四）教学单元展示
——控制系统数学建模 （1-2课时）
什么是数学建模？
一般定义：通过对实际问题的抽样和简化， 确定变量和参数，并根据某些规律建立起 变量及参数间的确定关系的数学问题，求 解该数学问题，解释验证所得到的解，从 而确定能否用于解决问题的多次循环、不 断深化的过程。 类比：小学、中学解数学、物理等应用题 举例：室温变化数学模型（定性分析）
（三）教学过程举例（仍以控制系统数学建模为例） 1、复习上节课知识和相关知识点：自动控制及自 动控制系统的概念、常见的控制系统如室温控制 系统、控制系统的要素等 2、本次课的主要内容提示：数学建模的概念、方 法、重要性 3、举例、提问的形式引导学生： 4、按照前述内容组织教学 5、课后思考：水位控制系统 6、预习内容：微分公式、电路基本知识、控制系 统微分方程的建立
自动控制原理优秀说课模板5分钟
自动控制原理优秀说课模板5分钟下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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自动控制原理(说课)1
100
ω
-40
( )
-90 -120 -150
0
rad / s
0.1 1 10 102
0
103
0
0
第14页/共13页
-180
· 课程内容简介
• 给学生简述各章的主要内容，使学生 对课程知识有个大概的印象和初步的 了解。 • 问题：面对陌生又复杂的公式和图表， 学生是否会感到学习困难呢？
第15页/共13页
第2页/共13页
一、课程简介
• 《自动控制原理》是应用电子技术、电 气自动化专业的一门重要的专业技术课， 共64学时，其中课内52学时，实验12学时。 该课程专科层次主要讲授经典控制理论的 三大分析方法（时域分析法，根轨迹分析 法和频域分析法）、自动控制系统综合与 校正的一般方法和采样控制理论等内容。
· 课程的主要内容与重点
• 主要内容：自动控制的一般概念、控制 系统的数学模型、线性系统的时域分析 法、线性系统的频域分析法、线性系统 的校正方法。 • 重点掌握：控制系统的建模方法、线性 系统的时域分析法与频域分析法。
第11页/共13页
· 课程内容简介
比例环节
b
一阶微分环节
c
二阶微分环节
系统数学模型
传递函数
G( s)
K ( i s 1) ( l2 s 2 2 l l s 1) s v (T j s 1) (Tk2 s 2 2 k Tk s 1)
j 1 k 1 i 1 d l 1 e
动态结构图
积分环节 惯性环节
振荡环节
第12页/共13页
· 课程内容简介
第4页/共13页
· 目录
I 1 II 2
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《自动控制原理》说课稿
一、教材
1、教学用教材：
《自动控制原理》：高等工科院校控制类课程系列化教材
主编：孙亮、杨鹏
北京工业大学出版社
这本教材从工程实际应用的角度出发，注重基础性、系统性和实用性，较深入地介绍了自动控制系统的数学描述方法、时域分析、频域分析方法等。
全书共八章（具体内容在教学设计过程中进行详细介绍），每一章后面都给出了相应的习题，并在书中提供了部分习题参考答案供学生参考、对照。
另外，这门自动控制原理课程是计算机控制技术课程的先修前导课程，只有把这门课程学好，才能更好的学习计算机控制技术（计算机控制这门课程在本届学生下学期学习）。
2、辅助教材：《自动控制原理》科学出版社
《现代控制理论》清华大学出版社
3、先修后续课：
先修：《电路分析》、《复变函数》
后续：《现代控制理论》、《计算机控制技术》、《嵌入式技术》
二、教学方法与教学设计过程
（一）课程的简要介绍
1、自动控制原理课程本身要大量用到Laplace变换、复变函数理论，所以要想学好自动控制原理，首先得看看自己的大学数学基础有没有打扎实了（尤其是复变函数与积分变换）。
2、除了应该具备的数学基础外，还需有处理相关专业知识的能力。
比如建立实际系统的物理模型，这里就需要有良好的电路（主要是模拟电路）、大学物理、机械原理的知识。
同时还需要有一定的数学建模能力。
3、正是因为课程中充满了数学，所以千万不要把自动控制原理当成数学来学，那样会越学越迷糊，甚至会最终怀疑控制理论的科学性。
因为若当作一门数学课，你掌握的只是一些方程的操作和图形的画法，你无法理解为什么实际的系统会遵
循控制理论所描述的规律（比如水位能够被精确的控制），这会让你觉得是完全是数学的作用，而忽略了自动控制的基本思想以及这些数学方程背后所受到物理规律支配这一事实。
4、学自动控制原理，掌握基本的控制思想是最重要的（它有别于数学思想、物理思想）。
大学阶段所学的自动控制原理主要涉及经典控制理论，所以它最根本的控制思想是【负反馈思想】，很多稳定性理论都是立足于这一思想上建立的，所以数学虽然很重要，但数学对于自动控制理论来说只是一个强有力的工具。
5、要珍惜每次做练习题的机会。
题目不在多、在精，一般把书本上每章后面的习题全部掌握，你就算达到基本掌握的程度了。
6、讲仿真软件要认真听。
每次程序都要开动自己的脑筋，不要机械的按照老师的步骤输入到计算机中，要有自己的程序方法。
7、要树立学好自动控制原理的信心。
要知道，能够接触到人类历史上尤其是19、20世纪的革命性的著名理论与思想，应该感到自豪。
（二）教学内容的组织
1、对控制系统的定性描述上升到对控制系统的定量描述。
讲好这一点很重要，它能让学生学习工程技术学科的一般的方法，学会如何从大量的、实际的、具体的物理或化学系统，通过系统中的机理关系，建立起统一的数学模型，将个性问题共性化，将具体问题抽象化，从而利用教学的方法进行定量研究，再回到实际的系统中。
2、稳定、稳态、动态----“三态”去描述系统的性能，“三态”的思想要贯穿在课程讲授的始终，围绕系统的三态进行分析和设计。
3、讲好代数描述和几何描述的关系和变换，使学生学会利用数学工具，从多个角度描述问题和看问题，在“自动控制原理”课程中要用到：微分方程模型、传递函数模型、方框图模型、根轨迹模型、脉冲响应模型、Bode图、Nyquist图等多种模型的表示形式，这些模型中有着十分有意义的关系。
比如：控制系统的根轨迹图它既能定量地将控制系统的模型描述出来，还能直接地表示出控制系统的性能；在控制系统的Bode图上，既表现了系统中的数量关系又表现了系统的性能优劣；等等。
这些方法的讲解，可以引导学生学习和思考如何利用工具，将实际问题与抽象描述相结合，对于学生分析问题的能力有很大的帮助。
4、时域分析方法应该比以前更受关注。
以前，由于计算工具简单，复杂的计算不方便，传统的讲法是精讲一、二阶系统的时域分析，高阶系统动态分析这一届主要是简介。
随着计算手段的提高，尤其是Matlab工具平台，使得复杂的计算不成为困难，课堂教学中完全可以考虑利用Matlab工具平台，一般系统的动态分析与计算，不再受系统阶次的局限。
5、联系实际要密切。
参考一些网上资源和国外好的教材，给学生一个控制原理应用背景的介绍，是学生在学习过程中深入体会理论与实际的结合。
（三）教学方法与教学形式
1、板书讲授。
本门课程理论知识较复杂，用到高等数学及复变函数的知识较多，若用多媒体课件来进行讲授，学生仅仅是知道了这个公式是什么，而不能深入理解该公式或该方法的得出、推导以及具体应用是什么。
而用板书的方法与学生在课堂上一起讨论，印象更加深刻，记忆也就更加牢固。
同时，对于那些有考研意向的同学，用这种方法讲授也可以提高他们的逻辑思维及推导能力，因为咱们院校的学生有一个很不好的习惯：吃等食。
老师喂一口就吃一口，不能自己思考，自己深入思考，这样在考研数学的时候是很吃亏的，通过这门课程也在某种程度上锻炼学生的独立思考能力。
2、讨论式教学
在有些公式或方法的讲授时，可以留给学生来做，或者用他们自己的方法来验证，这样能大大提高学生学习的热情和积极性。
3、习题课教学方法改革
尽量少留作业，拿出一道或几道典型的题目，或一题多解，让学生独立完成，尽量减少互相抄袭的事件发生。
4、课程结束考试
加大平时测验的强度，比如说，设计了一个系统，第一章学完之后对这个系统进行定性分析，第二章学完后建立该系统的数学模型，第三章学完对它进行时域分析，第四章结束后利用根轨迹分析其性能，第五章用频域方法进行系统的分析。
这样不仅使学生操练了具体的方法，同时也学习了将所学的知识与实际系统相互结合，还可以在一个系统上比较不同的方法。
期末考试则以开卷考试的形式
以掌握基本方法为主，学生也无须死记硬背公式。
三、整本书的体系结构
本书共八章，由于学时的限制，只能讲到第五章，共五章理论知识，由于咱们学校没有自控原理的实验箱，所以该门课程只能进行仿真实验，会在下学期的计算机控制技术这门课程中进行实验。
以上是我对《自动控制原理》这节课的设计和思考，敬请批评指正！。