《自动控制理论I》课程简介
June 3, 2014  

一、课程基本信息

1、 课程代码:024001110

2、 课程名称(中文):自动控制理论I  (英文):Automatic Control Theory I

3、 学时/学分:48学时/3学分

先修课程:复变函数与积分变换(112000810)

4、 面向对象:航天学院本科生通识课

5、 开课院(系):航天学院

6、 教材、教学参考书:

《自动控制原理》(第四版)、胡寿松主编、科学出版社、2001.2。

《Modern Control Systems》 Richard C. Dorf, Prentice Hall, 2010.7

《Modern Control Engineering》 Katsuhiko Ogata, Prentice Hall, 2009.9

二、课程的性质和任务

“自动控制理论I”是西北工业大学航天学院开设的一门航天类专业技术基础课,是面向航天类专业高年级本科生的一门必修专业技术基础课,为培养航天工程领域高质量的专门人才服务。

通过学习本课程使学生获得以下专业基础知识:

1) 自动控制系统的基本概念;

2) 控制系统数学模型的建立;

3) 线性定常系统的时域分析法;

4) 线性定常系统的根轨迹法;

5) 线性定常系统的频域分析方法。

三、教学内容和要求

(一)自动控制系统的基本概念(4)

1. 自动控制基本概念、自动控制系统的分类(1)

2. 控制系统中常见信号(1)

3. 控制系统稳定性、稳态性能及瞬态性能(2)

要求:

掌握自动控制及自动控制系统的概念,了解自动控制理论的分类;掌握开环系统、闭环系统的概念、特点及结构;掌握控制系统中各种信号的定义及含义;了解控制系统的分类;掌握控制系统的总体要求,稳定性、稳态性能及动态性能的概念。

(二)控制系统的数学模型(10)

1. 控制系统数学模型(2)

2. 传递函数定义与性质(2)

3. 典型环节传递函数(2)

4. 系统结构图等效变换(2)

5. Mason公式与传递函数化简(2)

要求

了解控制系统数学模型的意义,掌握数学模型的建立方法;掌握线性控制系统微分方程建立的一般方法;掌握传递函数的定义和性质;掌握典型环节的传递函数;掌握系统结构图的组成和绘制以及结构图的等效变换和简化;掌握系统总的传递函数的求解方法;掌握Mason公式及其化简方法。

(三)线性定常系统的时域分析法(10)

1. 控制系统稳定性基本概念与时域稳定性判据(4)

2. 稳态误差的概念与计算(2)

3. 控制系统时域指标与动态品质计算(3)

4. 高阶系统时域分析(1)

要求:

牢固掌握控制系统稳定性的基本概念及意义;掌握控制系统稳定性的充分必要条件;掌握时域稳定性判据:特征根判据、劳思判据等;掌握利用稳定性判据确定系统临界稳定参数的方法;了解控制系统的相对稳定性概念;掌握控制系统误差的定义及稳定误差的概念、求解方法;掌握控制系统时域指标的概念及定义;掌握一、二阶系统动态品质的计算公式,特别是二阶欠阻尼系统的超调量及调节时间的计算公式;掌握三阶系统的时域分析方法和高阶系统的主导极点分析方法。

(四)线性定常系统的根轨迹法(8)

1. 根轨迹基本概念(2)

2. 根轨迹绘制法则(3)

3. 零度根轨迹(1)

4. 广义根轨迹(1)

5. 利用根轨迹法分析系统性能(1)

要求:

掌握根轨迹的基本概念,系统开环增益及开环根轨迹增益的概念;掌握绘制根轨迹的基本条件:幅值条件及相角条件;掌握绘制根轨迹的八大法则,会求根轨迹的渐近线、分离点、起始角、终止角以及根轨迹与虚轴的交点,达到熟练运用八大法则根据系统的开环传递函数绘制系统根轨迹的目的;掌握系统广义根轨迹的概念以及利用系统等效开环传递函数的概念绘制参数根轨迹;掌握零度根轨迹的概念及绘制零度根轨迹的八大法则,熟练运用八大法则绘制零度根轨迹;运用根轨迹法能够分析系统中参数的稳定范围。

(五)线性定常系统的频域分析方法(10)

1. 系统频率特性的基本概念(2)

2. 频率特性的图示表示法(1)

3. 一般典型环节的频率特性(2)

4. 控制系统稳定裕度分析(3)

5. 系统频域指标概念与计算(2)

要求:

掌握线性系统频率特性的概念及定义:幅频特性及相角特性;掌握频率特性的图示表示法;掌握一般典型环节的频率特性(Nyquist图和Bode图);掌握系统开环Nyquist图的绘制;掌握系统开环Bode图的绘制;掌握Nyquist稳定判据及Bode稳定判据;7.掌握控制系统稳定裕度的概念及其在Nyquist图和Bode图上的定义,并能熟练计算系统的幅值裕度和相角裕度;掌握系统带宽的概念及其计算;掌握系统频域指标的概念及定义,掌握频域指标与时域指标的换算关系,会根据系统的频域指标来估算系统的时域指标。

四、实验(上机)内容和基本要求

1、实验的目的与要求

课程教学过程中安排4次“自动控制理论课程实验”环节,主要为了增加学生对控制理论中概念的感性认识。

实验内容包括:

Ø 一阶、二阶系统的时域分析;

Ø 一阶、二阶系统的频域分析。

通过以上实验要求学生能够对自动控制理论的基本概念有进一步的了解,并且能够通过这些实验培养学生的独立思考能力以及动手能力。

五、各教学环节学时分配

学时

讲课

习题课

讨论课

实验课

其他

合计

第一章

4

0

0

0

0

4

第二章

10

0

0

0

0

10

第三章

10

0

0

3

0

13

第四章

8

0

0

0

0

8

第五章

10

0

0

3

0

13

六、对学生能力培养的要求

通过对《自动控制理论I》的学习,理解自动控制系统的基本概念,并且能够应用自动控制理论来解决实际中出现的问题。

积分变换已经在《复变函数与积分变换》这门课中学过,要求学生复习和本课程需要用的相关知识;对于这部分内容不再单独抽出时间讲解。

七、其他说明

八、考核方法:

闭卷考试

考试成绩除笔试外,还包括平时作业、实验和测验成绩。

撰写人:张科 余瑞星 制定日期:2013年6月30日

审定人:张科

审定日期: 年 月 日

学院审查意见: 主管院长:张科

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