教学内容及要求

  

《自动控制原理》是自动化类、机电类专业的专业基础课。自动控制理论（Automatic Control Theory）是研究自动控制共同规律的技术科学。在科学技术的发展历史上，自动控制技术始终起着非常重要的作用。本课程内容主要包括以下七个部分：

第一章  自动控制系统概述。主要内容是介绍自动控制系统的基本概念，对自动控制系统的要求和研究方法。 控制系统的基本要求包括：稳定性，准确性（稳态精度），快速性与平稳性（动态性能）。根据控制系统的基本要求，得出控制系统设计的五个要素：1、建模2、分析3、设计4、性能规范的开发，确定控制设计的目标。5、通过软件和硬件完成控制器的实现。以英文材料的形式介绍MATLAB的特点和编程环境。

第二章  控制系统的数学模型。主要讨论系统的微分方程、系统的传递函数与动态结构图、数学模型间的相互转换。微分方程是系统最基本的数学模型，这也是描述系统输入量和输出量之间的关系的最直接的数学方法。通过微分方程建立系统的传递函数，可以表征系统的动态特性，以及研究系统结构或参数变化对系统性能的影响。借助信号流图和梅逊公式进行系统等效变换。实验设计中强调MATLAB中变量、矩阵和多项式等数据类型的使用。

第三章  线性系统的时域分析。时域分析法是指在时间域内研究系统在典型输入信号的作用下，其输出响应随时间变化规律的方法。介绍典型环节及其阶跃响应、二阶系统的阶跃响应及动态指标、高阶系统的瞬态响应。在控制系统的分析研究中，最重要的问题是系统的稳定性问题，它是保证系统能够正常运行的首要条件。MATLAB实验设计中从模型建立入手，介绍MATLAB中各种时域响应的特点。

第四章  根轨迹法。伊万斯提出了一种求解系统特征根的简单方法——根轨迹法，在控制系统的分析和设计中得到了广泛的应用。当开环增益或其他参数发生变化时，按照根轨迹的基本概念及基本准则，将其全部数值对应的闭环极点均可在根轨迹图上简便地确定。由根轨迹来判定自动控制系统的稳定性。以英文材料的形式设计MATLAB实验。

第五章  线性系统的频域分析。在实际控制系统中的复杂信号可以表示成不同频率正弦信号的合成。控制系统的频率特性反映了正弦信号作用下系统响应的性能。在经典控制理论中，它的地位等同于时域分析法和根轨迹法。主要介绍频域响应的极坐标图和Bode图、最小相位系统等，判断系统相对稳定性的状况。控制系统性能的优劣以性能指标衡量。

第六章  线性系统的校正方法。校正装置的设计是自动控制系统全局设计中的重要组成部分。设计者的任务是在不改变系统基本部分的情况下，选择合适的校正装置，并计算、确定其参数，以使系统满足各项性能指标的要求。校正方法中主要包括PID控制和串联校正。

第七章  计算机控制系统概述。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，从而达到一定控制目的的系统。它的主要特点是整个系统中一处或几处的信号具有数字代码形式，引入信号的A/D转换采样和信号的复现。建立离散控制系统的数学模型和脉冲传递函数，分析系统的稳定性。

考核目标：（1）培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各元件的作用；（2）掌握建立控制系统数学模型的方法；（3）掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法；（4）掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法；（5）了解非线性控制系统的分析和综合方法。

课程教学的基本要求：通过本课程的教学，使学生掌握自动控制系统的基本分析和设计方法，特别是对电子系统和信息系统中有关控制问题的分析研究方法，为培养学生运用控制原理的方法，分析和解决各种工程问题奠定扎实的理论基础。