自动控制理论是自动化学科核心专业基础课，也是研究和设计复杂工程控制系统的理论基础。本课程也称为经典控制理论，包含（1）控制系统的概论，着重介绍反馈原理；（2）控制系统的建模，着重介绍微分方程及机理法建模、拉普拉斯变换、传递函数、频率响应模型、数据驱动模型和典型控制系统的组成与框图变换；（3）控制系统的分析及性能评价，包括动态系统的时间响应、结构属性、稳定性、稳态精度、动态性能和时域频域分析方法；（4）控制系统的频域设计，PID控制器及参数整定法、超前滞后校正。 课程发展的主要历史沿革： 清华大学是新中国最早开设与控制理论相关的课程的高校之一。20世纪60年代之前在自动控制系、电机工程系、动力机械系等由钟士模、吴麒、郑维敏、方崇智教授等开设了控制理论或调节原理课程。自70年代建立自动化系后，全校多数研究、讲授控制理论的教师集中到自动化系。该课程一直是自动化系的核心专业基础课程，系的历届领导十分知识课程的建设。自动化系成立后，首先由吴麒、郑维敏、方崇智教授组织、讲授全系的自动控制理论课程。后由郑大钟、戴忠达、王诗宓教授继续组织自动控制理论课程的建设，并于1990年获“清华大学教学工作优秀成果二等奖”。一开始，全系学生分几个大班修读自动控制理论课程。后来由系教学副主任统筹协调，首先做到全系分班授课，统一考试；然后逐步做到全系统一授课，统一考试。而且在90年代，就进行英语授课的尝试，取得良好效果。在此期间，出版了两套教材。吴麒教授主编的《自动控制原理》采用“数学描述统一，工程处理分开”的方法妥善地处理经典控制理论和状态空间方法的联系和区别。戴忠达教授主编的《自动控制理论基础》则将两种方法结合起来统一编写。吴麒教授主编的《自动控制原理》也一直是国内比较有影响的教材之一。为提高学生的阅读和理解能力，扩展学生知识，本课程一直选用最新翻译的国外教材或原文教材作为教学参考书。在建设国家级精品课期间，吴麒、王诗宓教授完成了《自动控制原理》（第2版）的编写出版，其中删除、简化了一些陈旧或单纯计算作图的知识，增加了与学科新成果有关的章节。《自动控制理论》课程于2007年和2016年先后获得国家级精品课和国家级精品资源共享课程称号。
绪论
拉普拉斯变换定义及性质（一）
拉普拉斯变换定义及性质（二）
卷积定义、定理及性质
拉普拉斯逆变换及应用（一）：拉普拉斯逆变换定义
拉普拉斯逆变换及应用（二）：拉普拉斯逆变换应用
第二周：控制系统的概念及数学模型
控制的基本概念
控制系统的微分方程描述（一）
控制系统的微分方程描述（二）
控制系统的传递函数描述（一）：Laplace变换知识回顾
控制系统的传递函数描述（二）：控制系统的传递函数描述
框图及其变换（一）：传递函数框图定义及连接方式
框图及其变换（二）：传递函数框图变换
信号流图
控制系统的基本单元
非线性单元的线性化
第三周：线性系统时域分析（一）
稳定性
稳定的Liapunov定义
稳定性的代数判据（一）：Routh判据
稳定性的代数判据（二）：系统稳定的必要条件
参数稳定性，参数稳定域
第四周：线性系统时域分析（二）
静态误差（一）：误差和静态误差定义
静态误差（二）：静态误差与输入
静态误差（三）：静态误差的计算
静态误差（四）：系统类型与静态误差的关系
静态误差（五）：静态误差的物理和理论解释
静态误差（六）：扰动引起的静态误差
动态性能指标
高阶系统动态性能的二阶近似
控制系统的校正
第五周：频率响应法（一）
频率特性引言
Fourier变换
频率特性函数
频率特性的图像
基本环节的频率特性
复杂频率特性的绘制（一）
复杂频率特性的绘制（二）
复杂频率特性的绘制（三）
第六周：频率响应法（二）
闭环频率特性
Nyquist稳定判据（一）
Nyquist稳定判据（二）
Nyquist稳定判据（三）
相对稳定性（稳定裕量）
从开环频率特性研究闭环系统性能
基于频率特性的控制器设计思路
第七周：根轨迹方法
根轨迹方法简介
根轨迹条件
根轨迹性质
根轨迹的图像
条件稳定系统
零极点对根轨迹的影响
参数根轨迹和根轨迹族
延时系统的根轨迹
补根轨迹与全根轨迹
第八周 系统校正（一）
校正问题及其实现方式
校正装置的设计方法
超前校正装置的特性
基于根轨迹法设计超前校正装置
基于Bode图设计超前校正装置
第九周 系统校正（二）
滞后校正装置的特性
基于根轨迹法设计滞后校正装置
基于Bode 图设计滞后校正装置
超前-滞后校正装置的特性
基于根轨迹法设计超前-滞后校正
基于Bode图设计超前-滞后校正
开环系统的期望频率特性
反馈校正
直线倒立摆控制系统实验
第十周 非线性系统分析（一）
非线性系统概述
非线性系统的典型动力学特征
描述函数法定义
描述函数法求取
基于描述函数的稳定性分析
非线性系统自持振荡的分析
相平面与相轨迹
第十一周 非线性系统分析（二）
相轨迹的绘制方法
奇点
线性系统的相平面分析
非线性系统的相平面分析
极限环及其产生条件
非线性系统分析小结
第十二周：采样系统
采样控制系统概述
脉冲采样与理想采样
采样定理
零阶保持器
z-变换
脉冲传递函数（一）
脉冲传递函数（二）：求脉冲传递函数的一般方法
z-平面上采样系统的稳定性分析
w-平面上采样系统的稳定性分析
采样控制系统的时域分析
修正的z-变换
期末考试