控制工程基础教学大纲1

《控制工程基础》教学大纲一、课程教学目标

使学生基本掌握自动控制系统性能分析及设计的方法和技巧，为进一步学习后续课程及今后的实际工作打下较坚实的基础。学完本课程之后，要求学生掌握经典控制理论的基本原理及思想方法；通过结合后续专业课学习使学生能够具有一定的解决工程实际问题的能力。

二、课程设置说明

本课程在专业学习后期开设，根据课程内容要求在电工学课程之后进行，为《过程控制系统》奠定良好的基础知识。掌握自动控制理论的基本概念；自动控制系统数学模型的建模方法，包括微分方程、传递函数、函数方块图，零极点分布图；自动控制系统性能的时域和频率域分析方法，重点掌握自动控制系统的稳定性，准确性及快速性的概念、指标、分析计算及校正的方法。学会分析控制系统，并

能初步设计控制系统。共64课时，理论50课时，习题课14课时。

三、课程性质

本课程是一门专业基础课，课程主要阐述有关自动控制技术的基础理论。为以后专业设计课做基础。

四、课程内容与要求

（一）课程内容

第1章绪论

1、控制系统的一般概念，自动控制系统的基本概念

2、自动控制系统的工作原理与组成

3、自动控制系统的基本类型

、对控制系统性能的基本要求4．

教学要求:

了解控制系统的一般概念，包括任务、要求和基本控制方式；了解对控制系统的性能要求，初步掌握分析控制系统的基本方法和思路。

第2章控制系统的数学模型

1、控制系统的微分方程

2、传递函数

3、系统结构图

4、系统信号流图及梅逊公式

5、控制系统的传递函数

教学要求:

掌握控制系统的数学模型，包括微分方程、传递函数和动态结构图的建立方法。熟练掌握拉普拉斯变换及其基本法则,熟练掌握结构图的等效变换；能够建立工

程系统，特别是机电相结合控制系统的数学模型。掌握各种典型环节的数学表示，并了解其功能与作用。

第3章控制系统的时域分析

1、时域分析的基本概念。

2、控制系统的典型输入信号。

3、一阶系统的瞬态响应。

4、二阶系统的瞬态响应。

高阶系统的瞬态响应。、5．

教学要求:

掌握典型输入及响应的特性。熟练掌握一、二阶系统时域响应特性的分析方法，时域瞬态响应分析及控制系统的瞬态响应性能分析。掌握系统稳定性的概念，会熟练运用代数稳定判据判断系统的稳定性。掌握误差及稳态误差的概念，学会分析典型输入信号作用下控制系统稳态误差的方法，熟练掌握计算系统在给定输入信号作用下的稳态误差的方法。

第4章控制系统的频域分析

1、频率特性的基本概念。

乃奎斯特图分析法。2、

开环系统的伯德图分析法。3、由频率特性曲线求系统传递函数。4、控制系统的闭环频率响应。5、教学要求：掌握频率特性的基本概念，频率特性的

两种主要表达方式：幅相频率特性、对数频率特性。熟悉典型环节的频率特性。了解最小相位系统的概念。熟悉系统开环频率特性（奈奎斯特图和一般了解闭环伯德图）的绘制。掌握利用实测开环幅频特性确定系统的开环传递函数的方法。幅频特性的求解方法，熟悉频域性能指标及频域指标与时域指标的关系。

章控制系统的稳定性分析5第1、系统稳定性的基本概念。系统的稳定条件。、2 代数稳定判据。、3．

4、乃奎斯特稳定判据

对数幅相频率特性的稳定判据、5系统的相对稳定性。6、

教学要求：了解稳定性的概念、稳定的充要条件。重点掌握判断稳定性的代数判据及应用。重点掌握判断系统稳定性的几何判据：乃奎斯特稳定判据（包括利用幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线进行判断）。熟悉控制系统相角裕度、幅值裕度的基本定义和概念及计算方法。

第6章控制系统的误差分析

1、稳态误差的基本概念

2、给定信号作用下的稳态误差及计算

3、扰动信号作用下的稳态误差及计算

4、改善系统稳态精度的方法

教学要求:

了解稳态误差的概念、定义、类型。掌握给定稳态误差终值的计算、减小稳态误差的基本方法。了解动态误差的概念及计算方法。

第7章控制系统的性能分析与校正

1、控制系统的性能指标

控制系统的校正、2串联校正3、

反馈校正、4

工程最优模型及频率法的校正设计、5．

教学要求：

一般了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正装置的形式。熟

悉串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性。重点掌

握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法。简单了解反馈校正、顺馈、前馈校正及复合控制。

第8章现代控制理论概述

1、概述

状态变量法2、

控制系统的可控性与可观测性、3状态反馈与输出反馈4、

最优控制5、

自适应控制6、

:

教学要求了解计算机信号采样及数学模型了解状态空间描述了解系统的可控性和可观测性了解最有控制和其研究方法自适应控制的功能和分类。

9第章典型控制系统举例1单闭环调速系统的性能分析、

2、双闭环调速系统的设计举例随动系统的组成与特点、3 、4典型控制系统举例:

教学要求．

了解单闭环调速系统的性能分析了解双闭环调速系统的设计举例了解随动系统的组成与特点了解典型控制系统举例。

（二）本课程总课时数为64,具体分配如下表

章

习题

概14

262控制系统的数学模

63控制系统的时域分2

426控制系统的频域分

52控制系统的稳定性分6

24控制系统的误差分析与计6

2控制系统的性能分析与校76

2 8 现代控制理论概述 6

9

典型控制系统举例 6

计合14

50

五、教学手段使用的要求

充分利用多种媒体资源, 发挥学生自学优势，本着教师精讲、学生多练的原则，

力求多做习题，对重点和难点內容加深理解。习题课的时数可根据学生实际情况调整。习题课可进行课堂讨论，对典型习题和综合习题进行分析，着重加强学生分析问题能力培养。

机电工程系