控制系統(tǒng)與信號分析課程教學(xué)大綱課程中文名稱：控制系統(tǒng)與信號分析課程英文名稱：ControlSystemandSignalAnalysis課程編號：C1335 應(yīng)開課學(xué)期：3學(xué)時數(shù)：48 學(xué)分?jǐn)?shù)：3適用專業(yè)：自動化（拔尖計劃） 課程類型：專業(yè)核心課/必修先修課程：高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換一、課程性質(zhì)本課程是自動化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程。它的任務(wù)是研究信號和線性時不變系統(tǒng)的基本理論和基本分析方法，要求掌握最基本的信號變換理論，并掌握線性時不變系統(tǒng)的分析方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程，以及從事相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)和科學(xué)研究工作奠定堅實的理論基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步掌握信號和線性時不變系統(tǒng)的基本理論和基本分析方法，掌握最基本的信號變換理論，并掌握線性時不變系統(tǒng)的分析方法。三、支撐的畢業(yè)要求課程對畢業(yè)要求的支撐課程教學(xué)目標(biāo)、達(dá)成途徑和評價依據(jù)等畢業(yè)要求1.具有從事工程工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)以及經(jīng)濟(jì)和管理知識；教學(xué)目標(biāo)：了解控制系統(tǒng)信號的基本知識；掌握信號的時域分析方法；掌握信號的時域運算與變換；掌握傅立葉變換和拉普拉斯變換；了解離散傅立葉變換，掌握循環(huán)移位與循環(huán)卷積；了解Z變換的定義，掌握Z變換及其逆變換，掌握基2算法的快速傅立葉變換；掌握線性系統(tǒng)微分方程求解方法，掌握離散系統(tǒng)的差分方程求解方法；通過課外作業(yè)、專題討論培養(yǎng)學(xué)生將信號處理的理論和實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于解決復(fù)雜的控制工程問題。達(dá)成途徑：課堂講解；平時作業(yè)。評價依據(jù)：平時作業(yè)；課外作業(yè)；期末考試試題。評價方式：評估平時作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；評估課外作業(yè)分析報告的正確性與完整性，給出成績；評價期末考試的得分率。畢業(yè)要求2.掌握工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)的基本理論知識，具有系統(tǒng)的工程實踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷；了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；教學(xué)目標(biāo)：掌握分析自動控制領(lǐng)域工程中信號與系統(tǒng)的基本知識，具有對基本工程問題建立模型和求解問題的能力。評價依據(jù)：電子作業(yè)，課程考試。評價方式：評估課外作業(yè)電子作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；評價期末考試的得分率。四、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時安排和基本要求第一章信號與控制系統(tǒng)的基本知識（4學(xué)時）（1）掌握信號與系統(tǒng)的基本概念；（2）理解信號的分類及其基本運算，掌握信號的函數(shù)表示與圖形表示，掌握典型的連續(xù)信號和奇異信號。（3）理解離散信號定義、特性及其各種運算與變換，掌握序列的表示方法及常用序列。（4）理解線性時不變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其分類，理解系統(tǒng)的各種性質(zhì)，理解系統(tǒng)的因果性和穩(wěn)定性的含義。掌握線性系統(tǒng)的模擬和方框圖表示。重點難點：序列、因果系統(tǒng)、系統(tǒng)表示。第二章基于MATLAB的信號分析（2學(xué)時）（1）了解MATLAB軟件的基本使用方法；（2）了解信號及系統(tǒng)在MATLAB軟件中的表示；（3）掌握利用MATLAB繪圖及編制簡單計算程序。重點難點：繪圖及程序編制。第三章信號的時域分析（4學(xué)時）（1）了解連續(xù)周期信號的特點，掌握其描述方法。。（2）了解連續(xù)非周期信號、奇異信號和單位沖激信號的特點，理解單位沖激響應(yīng)的意義，加權(quán)特新、抽樣特性和尺度變換特性，掌握利用沖激函數(shù)表示非周期信號和利用階躍信號表示周期信號的方法。（3）了解序列的特點，掌握離散信號的描述方法。（4）了解信號的能量和功率，掌握其求解方法。重點難點：奇異信號、信號的能量和功率求解。第四章信號的時域運算與變換（4學(xué)時）（1）掌握信號的相加、相乘、數(shù)除、微分、積分等基本運算以及折疊、時移、展縮、倒相等時域變換；（2）理解卷積積分的意義、運算規(guī)律及其性質(zhì)，掌握解析求解方法；（3）掌握信號運算的計算機(jī)求解。重點難點：信號的折疊、時移、展縮、倒相等時域變換，卷積的解析求解方法。第五章連續(xù)信號的頻域分析（6學(xué)時）（1）了解頻譜的概念，掌握計算機(jī)求解；（2）了解傅立葉級數(shù)，掌握連續(xù)非周期信號的傅立葉變換和卷積定理；（3）了解拉普拉斯變換的定義，掌握典型信號的拉普拉斯變換，會求一般信號的拉普拉斯變換函數(shù)；（4）了解信號的調(diào)制與解調(diào)過程，會利用計算機(jī)進(jìn)行波形的調(diào)制和解調(diào)分析。重點難點：傅立葉變換、拉普拉斯變換。第六章離散信號的頻域分析（6學(xué)時）（1）掌握和理解Z變換的定義、收斂域及其基本性質(zhì)，理解Z變換各種性質(zhì)的應(yīng)用條件，理解Z變換與拉氏變換的關(guān)系。；（2）掌握常用序列的Z變換，能夠利用Z變換的定義和性質(zhì)求序列的ZZ變換。（3）了解利用冪級數(shù)展開法和留數(shù)法求Z反變換的方法，掌握用部分分式法求Z反變換的方法；（4）了解周期序列的離散傅里葉級數(shù)的定義，掌握利用MATLAB計算離散傅里葉級數(shù)；（5）了解離散傅立葉變換DFT的定義，掌握離散圓周卷積的計算；（6）掌握循環(huán)移位和循環(huán)卷積計算。重點難點：Z變換、Z反變換和循環(huán)卷積計算。第七章快速傅立葉變換FFT（4學(xué)時）（1）了解FFT的概念，掌握基2算法；（2）掌握計算機(jī)實現(xiàn)FFT的方法，會利用計算機(jī)用FFT進(jìn)行信號分析。重點難點：基2算法。第八章連續(xù)系統(tǒng)的時域和頻域分析（6學(xué)時）（1）了解連續(xù)系統(tǒng)的輸入輸出微分方程的建立方法。（2）掌握線性常系數(shù)微分方程的時域求解方法，理解特征多項式、特征方程和特征根（固有頻率）的意義。（3）理解系統(tǒng)的全響應(yīng)可以分解為：零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)；自由響應(yīng)與強(qiáng)迫響應(yīng)；暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。（4）了解常系數(shù)差分方程的時域求解方法，掌握離散系統(tǒng)各種響應(yīng)（尤其是單位取樣響應(yīng)）的意義及其全響應(yīng)的分解方式。（5）了解頻域相應(yīng)與頻域分析法的定義，掌握復(fù)頻域分析求解方法，會用拉普拉斯變換求解微分方程。重點難點：零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)，常系數(shù)差分方程的時域求解方法，拉普拉斯變換求解微分方程。第九章離散系統(tǒng)的時域和頻域分析（6學(xué)時）（1）了解離散系統(tǒng)的時域模型，掌握差分方程的迭代解法；（2）掌握差分方程的Z域解法；（3）了解離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，掌握用FFT進(jìn)行離散系統(tǒng)的分析。重點難點：差分方程的Z域解法。第十章系統(tǒng)函數(shù)零極點分析（2學(xué)時）（1）了解系統(tǒng)零極點的概念，掌握系統(tǒng)零極點的求解；（2）掌握系統(tǒng)零極點轉(zhuǎn)換。重點難點：系統(tǒng)零極點的求解。第十一章LTI控制系統(tǒng)分析（2學(xué)時）（1）了解經(jīng)典分析法基礎(chǔ)，理解系統(tǒng)性能指標(biāo)；（2）掌握利用計算機(jī)對單位階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)的求解。重點難點：利用計算機(jī)對單位階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)的求解。第十二章系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（2學(xué)時）（1）了解穩(wěn)定性的概念，掌握特征根與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系；（2）掌握計算機(jī)對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的過程。重點難點：特征根求取。五、課程的其它教學(xué)環(huán)節(jié)序號教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時1平時作業(yè)課后習(xí)題；02平時作業(yè)課后電子作業(yè)，基于MATLAB的仿真。0六、教學(xué)方法與手段本課程教學(xué)采用講授、多媒體教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法與手段。七、推薦教材教材：\o"搜索廖常初相關(guān)作品"劉國良\o"搜索相關(guān)作品"\o"搜索主編相關(guān)作品"主編.《信號、系統(tǒng)分析與控制（MATLAB版）》.陜西：西