PID控制器設計與實踐教學大綱課程中文名稱：PID控制器設計與實踐課程英文名稱：PIDControllerOrientedDesignandPractice課程編號：204T0598學分：1學時：16（其中：講課學時：0實驗學時：0實踐學時：16）先修課程：電路原理II、單片機原理及應用、自動控制理論I適用專業：自動化課程類別：專業拓展課/選修使用教材：劉金琨.PID控制MATLAB仿真（第2版）.北京:電子工業出版社2004開課單位：電氣與新能源學院一、課程性質《PID控制器設計與實踐》是自動化等專業的一門選修課。作為最早發展起來的一種控制策略，PID控制具有算法簡單、魯棒性好和可靠性高的優點，被廣泛用于過程控制和運動控制中，先進PID控制等新型PID控制理論和工程應用是近年來的熱門課題。本課程在總結科學研究的基礎上，通過實踐案例的教學方式，進一步理論化、系統化、規范化和實用化地介紹PID控制器設計方法及其在工程中的應用。二、教學目標課程目標1：通過本課程學習，強化學生的“四個自信”，幫助學生初步掌握科學的方法論和認識論，塑造學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。課程目標2：能將PID控制器相關的專業知識用于自動化系統專業工程問題，進行典型制器參數整定、控制系統設計、控等設計方案的比較與綜合。課程目標3：能認識到解決自動化系統復雜工程問題有多種與PID控制器相關的方案可選擇，通過專業文獻閱讀、課題研討、仿真、實驗等手段，尋求系統模型與控制器等可替代的解決方案。課程目標4：能夠針對與PID控制器相關的自動化系統工程設計與產品開發的特定需求，通過開關電源系統的模型構建，對工藝設計、系統參數和設備指標進行計算，并在設計中體現創新意識。三、課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求畢業要求指標點課程目標對畢業要求的支撐關系1.工程知識1.4能夠將數學、自然科學、工程科學的知識和數學模型方法用于自動化系統專業工程問題解決方案的比較與綜合。課程目標1課程目標22.問題分析2.3能認識到解決自動化系統工程問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。課程目標1課程目標33.設計/開發解決方案3.1掌握自動化系統工程設計和產品開發全周期、全流程的基本設計/開發方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素。課程目標1課程目標4四、教學內容及要求第一章 PID控制基礎1. 教學內容（1）PID控制原理（2）典型PID控制算法（3）典型PID控制器參數整定方法（a）基于響應曲線的整定方法（b）基于頻域特性的整定方法（c）直接合成方法（d）基于內模方法的整定方法（e）基于優化函數的整定方法2. 重難點：PID控制器的原理、各環節的功能特點、及典型參數整定方法3. 考核要點：PID控制器的原理及各環節的功能特點、各環節的功能特點、及典型參數整定方法4. 課程思政融入點：以智能制造為主導的第四次工業革命的到來，可助力我國加速實現“雙碳”目標，而各種控制技術起著重要的技術支撐作用。介紹新時期我國傳統工業領域智能制造的發展態勢和成果，與發達國家相關產業對比，培養學生的愛國情懷和求真務實精神。5. 教學方法：課堂講授6. 作業安排：自擬第二章 經典控制系統的模型與PID控制實現11. 教學內容（1） 一階倒立擺系統工作原理與模型構建（2） 系統頻域特性分析與單閉環PID控制器設計（3） 控制效果分析2. 重難點：一階倒立擺系統的頻域模型與開環、閉環特性，PID控制器控制效果3. 考核要點：一階倒立擺系統的頻域模型與開環、閉環特性，PID控制器控制效果4. 課程思政融入點：介紹新時期我國機械行業智能制造的發展態勢和成果，與發達國家相關產業對比，培養學生的愛國情懷和求真務實精神。5. 教學方法：課堂講授6. 作業安排：自擬第三章 經典控制系統的模型與PID控制實現21. 教學內容（1）DC-DC變流電路工作原理與頻域小信號模型構建（2）系統頻域特性分析與單閉環PID控制器設計（3）控制效果分析2. 重難點：DC-DC變流電路的頻域小信號模型與開環、閉環特性，PID控制器控制效果3. 考核要點：DC-DC變流電路的頻域小信號模型與開環、閉環特性，PID控制器控制效果4. 介紹我國電源設備企業，培養學生科研自信和愛國情懷，了解大國重器、工匠精神，培養學生的科學探索精神、工程意識、國際視野。5. 教學方法：課堂講授6. 作業安排：自擬第四章 經典控制系統的模型與PID控制實現31. 教學內容（1）恒溫控制系統工作原理與模型構建（2）系統頻域特性分析與單閉環PID控制器設計（3）控制效果分析2. 重難點：基于階躍響應的圖解建模方法，PID控制器控制效果3. 考核要點：基于階躍響應的圖解建模方法，PID控制器控制效果4. 課程思政融入點：介紹新時期我國化工行業智能制造的發展態勢和成果，與發達國家相關產業對比，培養學生的愛國情懷和求真務實精神。5. 教學方法：課堂講授6. 作業安排：自擬五、教學內容對課程目標的支撐關系章節教學內容學時分配支撐的課程目標講課實驗實踐第一章PID控制基礎41、2、3第二章經典控制系統的模型與PID控制實現141、2、3、4第三章經典控制系統的模型與PID控制實現241、2、3、4第四章經典控制系統的模型與PID控制實現341、2、3、4六、考核方式及成績評定標準1.課程考核方式：開卷考試占60%，平時成績占40%。平時成績包括課程出勤10%、課堂討論10%、課程作業10%、階段測試10%，成績的具體構成如下：支撐畢業要求課程目標考核與評價方式合計平時成績（40%）期末考試（60%）課堂出勤10%課堂討論10%課程作業10%階段測試10%開卷考試課程目標155指標點1.4課程目標2153045指標點2.3課程目標3102030指標點3.1課程目標4101020總分占比%40601002.課程考核評分標準課程目標考核要求評分標準高于預期達到預期低于預期優秀良好合格不合格1.通過本課程學習，強化學生的“四個自信”，幫助學生初步掌握科學的方法論和認識論，塑造學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。（5分）平時表現課堂討論543<32.能將PID控制器相關的專業知識用于自動化系統專業工程問題，進行典型制器參數整定、控制系統設計、控等設計方案的比較與綜合能將PID控制器相關的專業知識用于自動化系統專業工程問題，進行典型制器參數整定、控制系統設計、控等設計方案的比較與綜合（45分）平時表現課堂討論課程作業階段測試課程考試41-4536-4027-35<273.能認識到解決自動化系統復雜工程問題有多種與PID控制器相關的方案可選擇，通過專業文獻閱讀、課題研討、仿真、實驗等手段，尋求系統模型與控制器等可替代的解決方案。（30分）平時表現課堂討論課程作業階段測試課程考試27-3024-2618-23<184.能夠針對與PID控制器相關的自動化系統工程設計與產品開發的特定需求，通過開關電源系統的模型構建，對工藝設計、系統參數和設備指標進行計算，并在設計中體現創新意識。（20分）平時表現課堂討論課程作業階段測試課程考試18-2016-1712-15<12七、參考書目：1. 張衛平.開關變換器的建模與控制.北京:電子工業出版社,2020.2. 白志剛.