自動控制理論——教學大綱ControlTheory適用專業：自動化、電氣工程及相關測控專業總學時：68（講課：60實驗：8）學分：4課程的性質和目的本課程是自動化、電氣工程及相關測控專業一門重要基礎課，是基礎課與專業課之間的橋梁。本課程的基本任務是使學生掌握自動控制的基本理論及分析、校正系統的基本方法。為以后畢業設計及從事工程設計打下理論基礎。課程教學內容和要求本課程涉及電路、高等數學等多學科知識，內容以經典控制理論的線性系統為主線，在此基礎上講授非線性系統分析、采樣控制系統分析。第一章緒論反饋控制系統的構成及工作原理，著重說明反饋的作用。在緒論中要注意引導學生認識本課程的性質，任務和特點。重點領悟反饋控制系統的定義、特點、分類和相關常用術語。第二章線性系統的數學模式建立理想的數學模型的必要性和局限性。建模的兩種基本方法---分析推導法和實驗辯識法。系統數學模型的多種形式及其轉換關系。了解數學模型是分析和設計控制系統的基礎，建立理想化的數學模型的必要性及其局限性。熟練掌握典型環節定義及其傳遞函數，運用方框圖化簡求出傳遞函數，掌握信號流程圖中的基本符號，術語和定義，信流圖的簡化，梅遜公式及其應用。第三章線性系統的時域響應時域響應的概念，研究系統時域響應的目的、時域系統的分析方法及其與拉氏變換的關系。了解典型輸入信號的意義及其數學表達式。明確一階，二階系統的組成及其階躍響應，特征參量，閉環零，極點與響應指標的關系，暫態響應與穩態響應的性能指標。高階系統的時域響應的特點(一，二階系統響應的合成)，零、極點與響應的關系，系統主導極點的概念，用二階系統的響應近似的分析高階系統的性能。運用線性常定系統穩定的充分和必要條件，判別線性常定系統穩定性。運用穩態誤差的定義，計算穩態計算。第四章線性系統的根軌跡法最小相位系統的以開環增益K為變量的根軌跡，相角和幅值條件，繪制規則及方法。依據開環傳遞函數的零極點繪制系統的閉環根軌跡并能夠分析系統零，極點分布及其與時域響應性能指標之間的關系。第五章線性系統的頻率特性法頻率法的定義、優缺點和應用范圍。典型環節頻率特性。系統開環頻率特性繪制，最小相位系統開環頻率特性的特點。奈奎斯特穩定判據和穩定裕量。了解系統頻率性能指標與時域性能指標之間的關系。明確為什么要用系統的開環頻率特性去分析閉環系數的性能?為什么能從系統的穩態頻率響應去分析系統的暫態時域響應?了解開環頻率特性和閉環頻率特性之間的解析關系，運用伯德圖、奈奎斯特圖分析系統的穩定性。掌握系統的相對穩定性，相角裕度和幅值裕角。第六章線性反饋系統的校正校正問題的提出，校正的基本概念，串聯校正和反饋校正校正裝置的作用及其選擇依據。求校正裝置傳遞函數的方法：超前校正裝置的作用，傳遞函數及其特性；遲后---超前校正的作用，傳遞函數及其特性。頻率法在校正中的應用。了解校正的概念，運用頻率法用于串聯超前校正，串聯遲后校正及串聯遲后---超前校正，頻率法用于反饋校正。第七章非線性系統分析非線性系統的普遍性與必要性，典型非線性特性的描述函數及平面法的基本概念。繪制相平面的方法非線性系統的基本概念及基本分析方法：描述函數及非線性系統的描述函數分析方法；相平面法及非線性系統的相平面分析方法。第八章采樣控制系統采樣系統的基本概念及采樣定理。采樣信號保持器——零階保持器。Z變換、Z變換的基本定理，Z反變換。重點掌握開環脈沖傳遞函數，閉環脈沖傳遞函數。采樣控制系統的校正——最少拍采樣系統的設計。采樣控制系統的穩定性分析，采樣系統的穩定條件，勞斯穩定判據應用，采樣系統穩定性的頻域分析方法。本課程教學的基本要求本課程需要應用高等數學、電路的許多基礎知識，在學習本課程之前，應打好這方面的基礎。通過結合使用實物實驗平臺及MATLAB控制系統工具箱做實物實驗及仿真實驗，鞏固所學知識。本課程與其它課程的聯系本課程的先修課程：高等數學、信號與系統、電路、模擬電子技術基礎等。后續課程有：現代控制理論、運動控制系統、計算機控制系統、過程控制系統、智能控制等。在教學過程中要注意課程間的配合銜接，前后呼應。后續課鞏固，加深先行課，但要避免不必要的、簡單的重復。五、學時分配章節講課學時實驗學時第一章2第二章8第三章102第四章8第五章103第六章83第七章8第八章6合計608六、建議教材及教學參考書教材：《自動控制理論》（第4版）夏德鈐，翁貽方編著，機械工業出版社，2014年1月參考書：《自動控制理論》吳麒