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：

1

1

()

()

1()()

G s

s

G s H s

Φ=

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。

引出点前移

引出点后移

例题讲解。

三、小结：（约3min）

1、结构图的绘制

2、结构图的简化

四、作业：（约1min）P74习题2-17(c)(d)

，称为特征式；条前向通路相接触的部分。

授课学时：2学时

章节名称

第三章线性系统时域分析法

第三章第一节系统时间响应的性能指标

第三章第二节一阶系统的时域分析

备注

教学目的和要求1、掌握系统时间响应的性能指标；

2、掌握一阶系统的数学模型和典型响应；

3、熟练计算一阶系统性能指标。

重点难点重点：一阶系统的数学模型和典型响应；一阶系统性能指标的计算。难点：一阶系统的典型响应。

教学方法教学手段1、教学方法：课堂讲授法为主；用精讲的方法突出重点，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“时域分析法的特点”引入新课。

二、教学进程设计

（一）典型输入信号（约15min）名称时域表达式复域表达式单位阶跃函数1()t

1

s

单位斜坡函数t

2

1

s 单位加速度函数2

1

2

t

3

1

s

单位脉冲函数()t

δ 1

正弦函数sin

A tω

22

A

s

ω

ω

+

（二）动态过程与稳态过程（约5min）5、动态过程：系统在典型信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。

6、稳态过程：系统在典型信号作用下，当时间t趋于无穷时，系统输出量的表现方式。

（三）动态性能与稳态性能（约20min）1、动态性能：

（1）延迟时间t d

（2）上升时间t r

调上升过程。 （三）欠阻尼二阶系统动态过程分析 （约50min ） 1、 延迟时间：10.7d n

t ξ

ω+=

2、 上升时间： r d t πβ

ω-=

3、 峰值时间：p d

t πω=

4、 超调量：2

-/1%=e 100%πξξσ-⨯

5、 调节时间： 3.5

s n

t ξω=

例题讲解 （四）过阻尼二阶系统动态过程分析 （约20min ） 例题讲解

（五）二阶系统性能的改善 （约30min ） 1、比例－微分控制：超前作用，详细分析

2、测速反馈控制：增加阻尼，详细分析。

举例分析比例－微分控制和测速反馈控制控制性能。

（六）高阶系统的单位阶跃响应 （约30min ） 1、闭环主导极点

距离虚轴最近且其附近无零点的极点，利用主导极点概念可以把高阶系统近似为一阶或二阶系统。 例题讲解

2、高阶系统单位阶跃响应的近似分析 例题讲解

三、小结： （约5min ） 1、二阶系统的数学模型 2、二阶系统的单位阶跃响应

3、 欠阻尼二阶系统动态过程分析

4、 二阶系统性能的改善

5、 高阶系统的单位阶跃响应

四、作业： （约2min ） P134习题3-5，3-7