在现代科学领域中,自动控制技术起着愈来愈重要的作用。自动化科学技术也改变了我国工业的整体面貌,另外,自动化学科对一些交叉学科(如人工智能、机器人等)的发展同样也起到了积极的促进作用。
《自动控制原理》课程是自动化、测控技术及仪器、电子信息工程及通信工程等相关专业的平台课。自动控制原理是自动化专业的专业基础课。
本课程的主要内容有:自动控制系统的分类和基本工作原理,控制系统的性能指标:稳定性、瞬态响应、稳态精度;建立系统数学模型的方法——传递函数和微分方程的方法以及各模型之间的转换;分析控制系统性能的基本方法——时域分析法、根轨迹法和频域分析法;控制系统的校正及综合;非线性系统分析;线性离散系统的理论基础等。
通过本课程的教学(讲课、实验和习题课),将使学生了解自动控制系统的组成、特点及专业术语,学习并掌握古典控制理论的基本分析、设计方法;培养学生理论联系实际,独立分析、解决问题的能力;为进一步的理论课、专业课学习和创新性研究以及专业课的学习打下坚实的理论基础。
第1讲 自动控制系统的基本概念
1.1 开环控制系统与闭环控制系统
1.2 闭环控制系统的组成和基本环节
1.3 自动控制系统的类型
1.4 自动控制系统的性能指标
第1单元作业
第1单元测试
第2讲 自动控制系统的数学模型
2.1 动态微分方程式的编写
2.2 非线性数学模型的线性化
2.3 传递函数的定义
2.4 典型环节的传递函数及动态特性
2.5 系统动态结构图
2.6 结构图的等效变换
2.7 系统传递函数
2.8 信号流图
习题课
第2单元作业
第2单元测试
第3讲 线性连续系统的时域分析
3.1 自动控制系统的时域指标
3.2 一阶系统的阶跃响应及性能指标
3.3 二阶系统动态特性
3.4 二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系
3.5 高阶系统的动态响应
3.6 自动控制系统的代数稳定判据
3.7 代数稳定判据应用
3.8 稳态误差
3.9 根轨迹法的基本概念
3.10 绘制根轨迹的一般法则
3.11 自动控制系统的根轨迹
3.12 零度根轨迹
3.13 参数根轨迹
3.14 用根轨迹法分析系统的动态性能
习题课1
习题课2
自动控制原理实验要求
实验(一)控制系统典型环节的模拟
实验(二)二阶系统暂态响应分析
第3单元测试
第3单元作业
第4讲 线性连续系统的频域分析与设计
4.1 频率特性的基本概念
4.2 非周期函数的频谱分析
4.3 频率特性的表示方法
4.4 典型环节的频率特性
4.5 系统开环频率特性的绘制
4.6 奈奎斯特稳定判据
4.7 奈氏稳定判据应用
4.8 系统的稳定裕度
4.9 系统动态特性和开环频率特性的关系
4.10 闭环系统频率特性
4.11 系统动态特性和闭环频率特性的关系
4.12 控制系统校正的一般概念
4.13 串联校正
4.14 反馈校正
4.15 复合校正
实验(三)惯性环节频率特性的测试
实验(四)线性系统频率特性的测试
第4单元测试
第4单元作业
第5讲 非线性系统分析
5.1 非线性系统动态过程的特点
5.2 非线性特性及其对系统性能的影响
5.3 非线性特性的描述函数
5.4 非线性系统的描述函数法
实验(五)典型非线性环节的模拟
第5单元作业
第5单元测试
第6讲 线性离散系统综述
6.1 线性离散系统的基本概念
6.2 离散时间函数的数学表达式及采样定理
6.3 Z变换
6.4 线性常系数差分方程
6.5 脉冲传递函数
6.6 采样控制系统的时域分析
6.7 采样控制系统的频域分析
实验(六)信号的采样与恢复
第6单元作业
第6单元测试