（Automatic Control Principle）
课程编号：021019 学 分：4
学 时：76 （其中：讲课学时：64 实验或实践学时：12 上机学时： 0 ） 先修课程：复变函数与积分变换、电路、模拟电子技术
后续课程：过程控制系统、运动控制系统、计算机控制技术、现代控制理论 适用专业：电气工程及其自动化 开课部门：电子信息与电气工程学院
一、课程的性质与目标
本课程是电气工程及其自动化专业基础必修的主干课，理论性较强，主要介绍经典控制理论的基本内容。通过本课程的学习，使学生能够掌握闭环控制系统的基本概念及基本的系统分析和校正方法，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量计算和初步设计的能力，为后续专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。
二、课程的主要内容及基本要求
第一章 概述 （4学时） [知 识 点]
1.自动控制、自动控制系统、反馈、控制器、被控对象等基本概念； 2.基本控制方式分类与控制系统的性能要求。
[重 点]
反馈理论；控制系统的基本组成、控制方式及分类以及控制系统的性能要求。
[难 点]
1.根据控制系统工作原理图建立原理方块图的方法； 2.反馈理论的理解。
[基本要求]
1.要求建立反馈、控制器、被控对象等必要的基本概念；
2.弄清楚对于自动控制系统的基本性能要求和系统的组成；
3.掌握自动控制系统的基本控制方式：开环控制、闭环控制以及理解反馈理论； 4.要求能根据控制系统工作原理图绘制方块图。
[实践与练习]
建议课后练习或作业1-2道。
第二章 自动控制系统的数学模型 （8学时） [知 识 点]
1．常见的数学模型：微分方程、传递函数、动态结构图； 2．结构图的等效变换、梅森公式； 3. 反馈系统的传递函数。
[重 点]
1.传递函数、结构图的等效变换、梅森公式； 2.反馈系统的传递函数列写。
[难 点]
1.结构图等效变换； 2.梅森公式的应用。
[基本要求]
1.了解控制系统数学模型的定义及求取方法； 2.理解系统传递函数的定义及性质； 3.掌握梅森公式求传递函数的方法； 4.要求能列写反馈系统的传递函数。
[实践与练习]
1.针对知识点布置2-4道课后练习题、4-6道作业题； 2.开设“典型环节的认识”实验。
第三章 时域分析法 （14学时） [知 识 点]
1.时域性能指标及其定义；
2.一阶和二阶系统性能指标的计算、二阶系统性能改善的方法；
3.劳斯稳定判据及其应用； 4.稳态误差的分析与计算。
[重 点]
1.典型响应（以阶跃响应为主），性能指标概念及计算指标的方法； 2.劳斯判据应用；
3.稳态误差的计算，减小或消除稳态误差的方法。
[难 点]
1.劳斯判据及应用；
2.扰动作用下稳态误差的计算； 3.减小或消除稳态误差的措施。
[基本要求]
1.掌握时域性能指标的定义；
2.掌握一阶系统和二阶系统的典型响应，能够根据一阶系统的时间常数和二阶系统的阻尼比、自然振荡角频率计算性能指标，掌握二阶系统性能改善的方法；
3.能够利用劳斯稳定判据分析系统的稳定性，掌握稳态误差的分析与计算方法，以及减小或消除稳态误差的方法；
4.理解高阶系统时域分析方法和误差计算、主导极点的概念。
[实践与练习]
1.针对知识点布置2-4道课后练习题； 2.建议开设一、二阶系统的时域分析实验。
第四章 根轨迹分析法 （8学时） [知 识 点]
1.根轨迹的概念与根轨迹方程，绘制根轨迹的基本法则； 2.用根轨迹法分析系统； 3.广义根轨迹及其绘制法则。
[重 点]
1.根轨迹的概念；
2.根轨迹的绘制方法，用根轨迹法分析控制系统性能。
[难 点]
1.根轨迹的概念；
2.根轨迹的绘制方法，用根轨迹法分析控制系统性能。
[基本要求]
1.理解根轨迹根和轨迹方程的基本概念，能够利用基本法则绘制根轨迹； 2.会用根轨迹法分析系统。
[实践与练习]
针对知识点布置2-3道课后练习题
第五章 频率特性法 （12学时） [知 识 点]
1.频域特性的概念，开环幅相曲线、对数曲线（伯德图）； 2.奈奎斯特稳定判据，稳定裕度；
3.用频域特性法分析系统稳定性以及系统性能。
[重 点]
1.频率特性的基本概念，典型环节的频率特性；
2.系统开环频率特性的绘制，奈奎斯特稳定判据，系统的相对稳定性； 3.稳定裕度的计算
4.用频域特性法分析系统性能。
[难 点]
1.系统开环频率特性曲线的绘制，奈奎斯特稳定判据； 2.用频域特性法分析系统性能。
[基本要求]
1.理解频域特性的物理意义及频域性能指标；
2.掌握开环幅相曲线、对数频率特性曲线（伯德图）的绘制方法； 3.能够利用奈奎斯特稳定判据判断系统的稳定性；
4.掌握稳定裕度的计算方法，会使用频率特性分析系统性能。
[实践与练习]
针对知识点布置2-3道课后练习题
第六章 控制系统的校正与设计 （12学时） [知 识 点]
1.控制系统设计的基本思想；
2.串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后－超前校正、反馈校正； 3.PID控制器； 4.控制系统工程设计。
[重 点]
1.串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后－超前校正、反馈校正； 2.PID控制器； 3.控制系统工程设计。
[难 点]
1.PID控制器； 2.控制系统工程设计。
[基本要求]
1.理解校正的含义；
2.熟练掌握串联超前校正、串联滞后校正的设计计算方法； 3.掌握串联滞后－超前校正，反馈校正、PID校正的设计计算方法； 4.掌握控制系统工程设计方法。
[实践与练习]
1.针对知识点布置2-3道课后练习题； 2.针对PID校正开设一个实验项目。
第七章 采样控制系统分析（ 2 学时） [知 识 点]
1.采样过程与采样定理；
2.Z变换定理，闭环脉冲传递函数； 3.离散系统的稳定性与稳态误差。
[重 点]
1.闭环脉冲传递函数的求取；
2.离散系统的稳定性分析与稳态误差求取。
[难 点]
闭环脉冲传递函数的求法、稳定性分析。
[基本要求]
1.理解信号的离散化与信号保持器的物理意义，熟悉Z变换定理； 2.掌握闭环脉冲传递函数的求法；
3.初步掌握离散系统的稳定性判断方法及稳态误差计算方法。
[实践与练习]
三、学时分配
章目 第一章 概述 第二章 自动控制系统的数学模型 第三章 时域分析法 第四章 根轨迹分析法 第五章 频率特性法 第六章 控制系统的校正与设计 第七章 采样控制系统分析 机动 合计 讲课 4 8 14 8 12 12 2 4 64 实验 3 6 3 12 上机 合计 4 11 20 8 12 15 2 4 76
四、考核模式与成绩评定办法
考核方式：考试。
成绩评定：百分制，成绩构成：笔试（60%）+实验（30%）+平时（10%）。
五、推荐教材和主要参考资料
推荐教材：《自动控制原理及其应用（第2版）》，黄坚；高等教育出版社，2009年
主要参考资料：
1.《自动控制原理》，胡寿松；国防工业出版社，1994年 2.《自动控制原理及其应用》，黄坚；高等教育出版社，2004年 3.《自动控制原理》，黄家英；东南大学出版社，1991年
六、大纲说明
实践教学环节见“《自动控制原理》课程实验教学大纲”。
撰写人：李正斌 审定人： 李正斌 批准人：张继军 执行时间：2013级起
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