《自动控制原理》教学大纲

《自动控制原理》教学大纲

一、课程的性质、地位与任务

本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。

本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

二、教学基本要求

了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。

理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。

熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。

四、教学内容与学时安排

第一章自动控制系统的基本知识……4学时

本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。

掌握自动控制、反馈、控制系统的构成，要求初步了解如何由系统原理图形成系统的原理方块图及判别控制方式的方法。

重点和难点：基本控制方式及特点；对控制系统性能的基本要求；建立元件方块图的方法；自动控制系统实例。

第一节自动控制的一般概念

一、自动控制技术

二、自动控制理论的发展过程

第二节自动控制系统的组成

一、自动控制系统的结构与反馈控制理论

二、开环控制与闭环控制

三、自动控制系统举例

第三节自动控制系统的类型

一、恒值控制系统、程序控制系统与随动控制系统

二、线性系统与非线性系统

第四节对控制系统性能的要求

一、控制系统的稳态、动态与过度过程

二、对控制系统性能的要求及技术指标

第二章控制系统的数学模型……8学时

本章教学目的和要求：掌握传递函数及动态结构图的概念、意义、求取方法和简化方法；理解自动控制系统的建模方法和步骤；掌握拉氏变换解微分方程。

掌握传递函数及动态结构图、传递函数基本方法和结构图的变换。

重点和难点：典型环节及其传递函数；拉氏变换，传递函数的化简。

第一节微分方程

一、微分方程的建立

二、微分方程的求解

第二节拉普拉斯变换与反变换

一、拉普拉斯变化的基本概念

二、拉普拉斯反变换

第三节传递函数

一、传递函数定义与求取

二、传递函数的性质

第四节动态结构图

一、动态结构图的组成与绘制

二、动态结构图的等效变化与化简

第五节反馈控制系统的重要传递函数

第六节 MATLAB基础知识及其在结构图绘制与部分分式再开中的应用

第三章控制系统的时域分析……8学时

本章教学目的和要求：掌握系统微分方程的拉普拉斯变换解法及判定系统稳定性赫尔维茨判据、林纳德判据、劳思判据，理解针对一阶和二阶系统的分析计算以及稳态误差的分析计算，了解改善系统响应的措施。掌握典型响应、渐近稳定性及时域性能指标、稳态误差。

重点和难点：一、二阶系统的时间响应；稳态误差的分析和计算

第一节线性定常系统的时域响应

第二节线性定常数的稳定性分析

一、稳定性的基本概念

二、线性系统稳定的充要条件

第三节线性系统的稳态误差

一、稳态误差的计算

二、稳态误差与系统结构参数及输入量的关系

三、提高系统稳态精度的方法

第四节一阶系统的时域分析

一、一阶系统的数学模型

二、一阶系统的响应

第五节二阶系统的时域分析

一、二阶系统的数学模型

二、二阶系统的单位阶跃响应及性能指标

三、二阶系统性能的改善

第六节应用MATLAB进行系统时域分析

第四章控制系统的频域分析……8学时

本章教学目的和要求：掌握系统频率特性概念、一些典型环节的频率特性以及系统开环频率特性曲线的绘制方法，并掌握频率稳定性判据。理解稳定欲度以及系统闭环、开环频率特性与阶跃响应的关系，稳定性的判别及裕度的计算。

掌握稳定判据、频率特性和时域响应的关系。

重点和难点：频率特性的概念；典型环节频率特性；开环频率特性Nyquist

图和Bode图的绘制；奈氏稳定性判据。

第一节控制系统频率特性的概念

一、控制系统频率特性概述

二、频率特性的表示方法

三、频域性能指标

四、典型环节的频率特性

第二节系统的开环频率特性曲线绘制

一、系统开环幅相频率特性曲线的画法

二、系统开环对数频率特性曲线的绘制