《自动控制原理》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 课程代码 课程性颜 专业必修课程 授现对像 能源与动力工程专业 学分 2 学 主讲教师 叶庆 修订日期 2023年5月15日 指定教材 宋绕悬，《自动控制原理》（第二版），中国电力出版社，2017 二、课程目标 (一)总体目标 《自动控制原理》课程的理论性和工程应用性都很强，是数学思在工程实中的应用拓展旨在使学生了解控制系统的基本组成、结构、分类和基本 要求：掌握控制系统建模方法：攀摆线性定常系统的分析方法，并采用分析方法分析系统的动态性能和稳态性能：拿挥线性定常系统的各种校正方法。 (二)课程目标： 通过学习本课程，使学生获得控制理论与工程应用相关的基本知识和基本技能，培养严谨的科学作风，为学习后续课程及从事本专业的工程技术工作和 科学研究打下基础。 课程目标1：通过学习控制理论的发展历程、基本瓶念、数学模型，能够利用控刺理论的基础知识，理解控制系统常用概念，推演、分析控制系统的数 学模型等工程问题， 1.1熟练攀探自动整制系统的方式、组成、类型和本要求。 12熟练掌捏自动控制系统静态特性和动态特性的数学建模，掌捏求取系统动态特性的传递函数和输出响应的方法。 21章自动控制系统的时分析、根迹分析、城分析方法。 22掌握自动控制系统的参数整定方法， 课程目标3：能够针对能源与动力工程额城中复杂控制题，选择与使用恰当的技术。现代工程工具和信皂技术工其，对复杂控制同题选行预测与模 拟。 31针对不同被控对象。可以选择合话的调量、调节作用量，设计控制系统进行自动控制。 3.2景握使用matlab设计控制系统并进行仿真模拟和分析。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表山，误程日标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 课程子目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 11熟练掌型自动控制系统的方 第1章概述1114 毕业要求1：11通过系统学习，熟练学据 式、组成、类型和基本要求， 热工基础理论与基猫知识。 12熟练掌握自动控制系统静态 常用概念，推滨、分析拉 特性和动态特性的数学建横，草 毕业要求1：11通过系统学习，熟练草据 制系统的收学模型等工程 程求取系统动老特性的传递函数 第2章线性系统的数学型2125 热工基璃理论与基础知识， 问题。 和输出响应的方法
《自动控制原理》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Automatic Control Theory 课程代码 BEEE0401 课程性质 专业必修课程 授课对象 能源与动力工程专业 学 分 2 学 时 36 主讲教师 叶庆 修订日期 2023年5月15日 指定教材 宋晓燕，《自动控制原理》（第二版），中国电力出版社，2017 二、课程目标 （一）总体目标： 《自动控制原理》课程的理论性和工程应用性都很强，是数学思维在工程实践中的应用拓展，旨在使学生了解控制系统的基本组成、结构、分类和基本 要求；掌握控制系统建模方法；掌握线性定常系统的分析方法，并采用分析方法分析系统的动态性能和稳态性能；掌握线性定常系统的各种校正方法。 （二）课程目标： 通过学习本课程，使学生获得控制理论与工程应用相关的基本知识和基本技能，培养严谨的科学作风，为学习后续课程及从事本专业的工程技术工作和 科学研究打下基础。 课程目标1：通过学习控制理论的发展历程、基本概念、数学模型，能够利用控制理论的基础知识，理解控制系统常用概念，推演、分析控制系统的数 学模型等工程问题。 1.1 熟练掌握自动控制系统的方式、组成、类型和基本要求。 1.2 熟练掌握自动控制系统静态特性和动态特性的数学建模，掌握求取系统动态特性的传递函数和输出响应的方法。 课程目标2：通过学习控制理论的时域分析法、根轨迹分析法、频率特性分析法，能够运用分析方法，借助文献研究，分析控制系统性能，并获得有效 结论，培养学生的问题分析能力。 2.1掌握自动控制系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析方法。 2.2掌握自动控制系统的参数整定方法。 课程目标3：能够针对能源与动力工程领域中复杂控制问题，选择与使用恰当的技术、现代工程工具和信息技术工具，对复杂控制问题进行预测与模 拟。 3.1 针对不同被控对象，可以选择合适的被调量、调节作用量，设计控制系统进行自动控制。 3.2 掌握使用matlab设计控制系统并进行仿真模拟和分析。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 课程子目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标1 通过学习控制理论的发展 历程、基本概念、数学模 型，能够利用控制理论的 基础知识，理解控制系统 常用概念，推演、分析控 制系统的数学模型等工程 问题。 1.1熟练掌握自动控制系统的方 式、组成、类型和基本要求。 第1章 概述 1.1-1.4 毕业要求1：1-1 通过系统学习，熟练掌握 热工基础理论与基础知识。 1.2熟练掌握自动控制系统静态 特性和动态特性的数学建模，掌 握求取系统动态特性的传递函数 和输出响应的方法。 第2章 线性系统的数学模型 2.1-2.5 毕业要求1：1-1 通过系统学习，熟练掌握 热工基础理论与基础知识
课程目标2 2.1自动控制系的时域分 中业要求1：11通过系统学习，熟练草握 第3章时城分析法3.134，第4章根执 通过学习控制理论的时城 析、根轨迹分析、频城分析方 热工基础理论与基础知识。 迹法4144，第5章期城分析法51-5 法 率特性分析 毕业要求1：11通过系统学习，熟练草损 热工基瑞理论与基础知识。 并获得有效结论，培养 第6章线性系统的校正6166 中业要求4：41具有针对隆源动力系统提 生的问分析能力. 出、分析及解决门题的能力。 毕业要求4：41具有针对伦源动力系统提 出、分析及解决日题的能力， 误程目标3 能成针计使可与动力工程 领城中复杂控制问题，选 在第2章26节，第3章35，第4章45 毕业要求3：32熟练使用专业相关的始 择与使用恰当的技术、 国。设计拟计等款件 代工程工具和信息技术 节第5章56节，第6章6.7节中介绍 具对复条控制进行 中分析控制系统性能的方法，通过发布份 法至我6,61改统世报型作丁四工且 62能g熟练运用相关工具对复杂工程间慰 慎测与榄拟。 进行桃极。并分析其同限性和信息技术 行分析和参数整定 三、敦学内容 第一章概述 1教学目标 ()了解家自动控制系统的方式、组成、分类 (2)堂提白动控制系统的性能指标】 2教学重难点 (1)垂点：型解白动控制系统的方式、组成、分类 (2)难点：李白动控制系统的性能要求。 3.教学内容 第一节自动控制系统的方式 第二节闭环控制系统的组成 第三节自动控制系统的分类 第四节对自动控制系统的基本受求 4教学方法 (1)自主学习：预习课程内容并完成课后作业： (2)讲授法：讲授相美概念和原理 5教学评价 回答以下句置： 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优族点。 在下列过程中，试问些是开环控制系统，哪些是用环控制系统，并指出各控制系统的入量和输出量。空调制冷。b人的体温控制系统。微波 炉做饭。d机器人足球。 有人认为“如果开环控制系统不稳定，可以利用反馈提高其稳定性，你认为这种说法正确吗？为什么？ 第二章线性系统的数学模型 1教学目标
课程目标2 通过学习控制理论的时域 分析法、根轨迹分析法、 频率特性分析法，能够运 用分析方法，借助文献研 究，分析控制系统性能， 并获得有效结论，培养学 生的问题分析能力。 2.1掌握自动控制系统的时域分 析、根轨迹分析、频域分析方 法。 第3章 时域分析法 3.1-3.4，第4章 根轨 迹法 4.1-4.4，第5章 频域分析法 5.1-5.5 毕业要求1：1-1 通过系统学习，熟练掌握 热工基础理论与基础知识。 2.2掌握自动控制系统的参数整 定方法。 第6章 线性系统的校正 6.1-6.6 毕业要求1：1-1 通过系统学习，熟练掌握 热工基础理论与基础知识。 毕业要求4：4-1 具有针对能源动力系统提 出、分析及解决问题的能力。 课程目标3 能够针对能源与动力工程 领域中复杂控制问题，选 择与使用恰当的技术、现 代工程工具和信息技术工 具，对复杂控制问题进行 预测与模拟。 3.1针对不同被控对象，可以选 择合适的被调量、调节作用量， 设计控制系统进行自动控制。 在第2-6章中通过课程作业，要求学生针对 不同的调节对象和控制需求，自主选择设 计自动调节系统 毕业要求4：4-1 具有针对能源动力系统提 出、分析及解决问题的能力。 3.2掌握使用matlab设计控制系统 并进行仿真模拟和分析。 在第2章 2.6节，第3章3.5节，第4章 4.5 节，第5章5.6节，第6章6.7节中介绍Matlab 中分析控制系统性能的方法，通过发布仿 真实验任务，要求学生利用Matlab及其 simulink工具箱设计、仿真控制系统，并进 行分析和参数整定 毕业要求3：3-2 熟练使用专业相关的绘 图、设计、模拟计算等软件。 毕业要求6：6-1 熟练掌握现代工程工具。 6-2 能够熟练运用相关工具对复杂工程问题 进行模拟，并分析其局限性和信息技术工 具。 三、教学内容 第一章 概述 1.教学目标 （1）了解掌握自动控制系统的方式、组成、分类； （2）掌握自动控制系统的性能指标。 2.教学重难点 （1）重点：理解自动控制系统的方式、组成、分类； （2）难点：掌握自动控制系统的性能要求。 3.教学内容 第一节 自动控制系统的方式 第二节 闭环控制系统的组成 第三节 自动控制系统的分类 第四节 对自动控制系统的基本要求 4.教学方法 （1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业； （2）讲授法：讲授相关概念和原理； 5.教学评价 回答以下问题： 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 在下列过程中，试问哪些是开环控制系统，哪些是闭环控制系统，并指出各控制系统的输入量和输出量。a空调制冷。b人的体温控制系统。c微波 炉做饭。d机器人踢足球。 有人认为“如果开环控制系统不稳定，可以利用反馈提高其稳定性”，你认为这种说法正确吗？为什么？ 第二章 线性系统的数学模型 1.教学目标
(1)了解控制系统微分方程的建立方法。 (2)理解传递雨数的概念，熟悉各类型环节的传通函数 (3)掌握动态结构图，并利用等效变换和Ms公式求等效传递函数， (4)掌握闭环控制系统在给定信号下和扰动信号下的闭环传递函夏和误差传递函数 (S)掌握MAAB在数学植型中的应用。 2.教学重难点 ()点：整制系统数学型：传递函粉 (2)难点：方都图的等效变换：公式的应用 3.教学内容 第一节线性系统的微分方程描述 第二节线性系统的传递函数描述 第三节典型环节的数学模型及特性 第四节动态结构图 第五节闭环控制系统的几种传函 第大节用MATLAB处理数学模型 4.教学方法 (1)白主学习：预习课程内容并完成课后作业： (2)讲授法：讲授相关概念和数学推导： (3)实验法：b建立系统传递函数等演示和学生动手操作 5教学评价 回答以下问愿： (1)什么是对象的数学模型？ (2)为什么要研究对象的数学模型？ (3)什么是传递函数的零点、极点？ (4)方框图的等效变换遵篇零些基本原则 完成设后习愿：2-1、2-5、2-8、2-9、2-11.利用b建立系统传遇函数.求基本连接的等效传递函整。 第三章时城分析法 1.教学目标 (1)了解时域分析法、高阶系统基本概念 《2)理解控制系统的时性能指标 (3)掌握一阶系统和二阶系烧动态结构图、数学模型及阶跃响应。 (4)巢握整制系统稳定性及劳斯利据。 (5)报态误差及计算方法。 (6)苹MATLAB在时域分析法中的应用 2教学原难点 (1)重点：二阶系统的时域分析：稳定性列帮：稳态误差计算。 (2)难点：稳定性判新：高阶系统的时域分析 3教学内容 第一节时域分析基础
（1）了解控制系统微分方程的建立方法。 （2）理解传递函数的概念，熟悉各典型环节的传递函数。 （3）掌握动态结构图，并利用等效变换和Mason公式求等效传递函数。 （4）掌握闭环控制系统在给定信号下和扰动信号下的闭环传递函数和误差传递函数 （5）掌握MATLAB在数学模型中的应用。 2.教学重难点 （1）重点：控制系统数学模型；传递函数 （2）难点：方框图的等效变换；Mason公式的应用 3.教学内容 第一节 线性系统的微分方程描述 第二节 线性系统的传递函数描述 第三节 典型环节的数学模型及特性 第四节 动态结构图 第五节 闭环控制系统的几种传递函数 第六节 用MATLAB处理数学模型 4.教学方法 （1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业； （2）讲授法：讲授相关概念和数学推导； （3）实验法：Matlab建立系统传递函数等演示和学生动手操作。 5.教学评价 回答以下问题： （1）什么是对象的数学模型？ （2）为什么要研究对象的数学模型？ （3）什么是传递函数的零点、极点？ （4）方框图的等效变换遵循哪些基本原则？ 完成课后习题：2-1、2-5、2-8、2-9、2-11，利用Matlab建立系统传递函数，求基本连接的等效传递函数。 第三章 时域分析法 1.教学目标 （1）了解时域分析法、高阶系统基本概念。 （2）理解控制系统的时域性能指标。 （3）掌握一阶系统和二阶系统动态结构图、数学模型及阶跃响应。 （4）掌握控制系统稳定性及劳斯判据。 （5）掌握稳态误差及计算方法。 （6）掌握MATLAB在时域分析法中的应用。 2.教学重难点 （1）重点：二阶系统的时域分析；稳定性判据；稳态误差计算。 （2）难点：稳定性判断；高阶系统的时域分析 3.教学内容 第一节 时域分析基础
第二节一、二阶系统的时规分析 第三节系统稳定性分析 第四节稳态误差分析与计算 第五节MAAB在时域分析中的应用 4教学方法 (1)自主学习：预习课程内容并完成课后作业 (2)讲授法：讲授相美概念和数学推导。 (3)实验法：利用M如b对系统进行时域动态性能分析和稳定性分析的滴示和学生动手操作. 5.教学评价 国答以下问题： (1)时城分析中常用输入信号有哪些 (2)如何理解二阶系统阶跃响应过渡过程分析中的欠阻尼、临界阻尼以及过阻尼意义？ (3)线性系统稳定性的物理意义是什么？ (4)如何运用劳南判据和古尔维茨判据判断控制系统的稳定性？ 完成误后习感：32,4,738,1一0,2，位用mb的对一个二阶系统求解共阶跃应画线。 第四章根轨迹法 1.教学目标 (1)了解零度根轨迹及广义根轨迹的基本概念。 (2)理解根轨迹方程、幅值方程、相角方程的基本概念： (3)学握根轨迹绘制的基本法测。 (4)掌握利用根轨迹分析系统的性能 (5)学操MLAB在根轨连分析中的应用 2教学丽难点 (1)承点：银轨迹的绘制法则：利用根轨迹对系统性能进行分析 (2)难点：广义根轨迹的绘制。 3.教学内容 第一节根轨迹法的基本内容 第二节绘制根轨迹的基本法则 第三节广义根轨迹 第四节系统性能分析 第五节线性系统根轨迹分析的MAAB方法 4.教学方法 (1)白主学习：预习课程内容并完成误后作业： (2)讲授法：讲授相关概念和数学推导. (3)实验法：利用Mab绘制系统根轨迹图的演示和学生动手操作。 5.教学评价 完成误后习愿：42、44、45,4-6，使用malb绘制一个控制系统的根轨迹图。 第五章频城分析法 1.教学目标
第二节 一、二阶系统的时域分析 第三节 系统稳定性分析 第四节 稳态误差分析与计算 第五节 MATLAB在时域分析中的应用 4.教学方法 （1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业； （2）讲授法：讲授相关概念和数学推导。 （3）实验法：利用Matlab对系统进行时域动态性能分析和稳定性分析的演示和学生动手操作。 5.教学评价 回答以下问题： （1）时域分析中常用输入信号有哪些？ （2）如何理解二阶系统阶跃响应过渡过程分析中的欠阻尼、临界阻尼以及过阻尼意义？ （3）线性系统稳定性的物理意义是什么？ （4）如何运用劳斯判据和古尔维茨判据判断控制系统的稳定性？ 完成课后习题：3-2，3-4，3-7，3-8，3-10，3-12，使用matlab的simulink对一个二阶系统求解其阶跃响应曲线。 第四章 根轨迹法 1.教学目标 （1）了解零度根轨迹及广义根轨迹的基本概念。 （2）理解根轨迹方程、幅值方程、相角方程的基本概念。 （3）掌握根轨迹绘制的基本法则。 （4）掌握利用根轨迹分析系统的性能。 （5）掌握MATLAB在根轨迹分析中的应用。 2.教学重难点 （1）重点：根轨迹的绘制法则；利用根轨迹对系统性能进行分析 （2）难点：广义根轨迹的绘制。 3.教学内容 第一节 根轨迹法的基本内容 第二节 绘制根轨迹的基本法则 第三节 广义根轨迹 第四节 系统性能分析 第五节 线性系统根轨迹分析的MATLAB方法 4.教学方法 （1）自主学习：预习课程内容并完成课后作业； （2）讲授法：讲授相关概念和数学推导。 （3）实验法：利用Matlab绘制系统根轨迹图的演示和学生动手操作。 5.教学评价 完成课后习题：4-2、4-4、4-5、4-6，使用matlab绘制一个控制系统的根轨迹图。 第五章 频域分析法 1.教学目标
(1)了解频率特性的物意文、基本概念 (2)理解典型环节频率特性的求取方法。 《3)学握幅相频率特性曲线、对数频率特性曲线的绘制方法。 (4)掌握频率特性稳定性分析方法。 (S)掌握MATLAB在频城分析法中的应用。 2.教学重难点 ()点：半转性基本概多：对数顿半特作曲线的验制：奈李斯特稳定判据。 (2)难点：解相频率特性曲线的验制：套季斯特稳定性判据 3.教学内容 第一节须半特性 第二节典到环节的频特性 第三节控制系统的开环顿半特性 第四节缅域稳定判据 第五节用频或分析法分析系统性能 第六节线性系统频城分析的MATLAB方法 4.教学方法 (1)白主学习：利用雨课堂平台预习课程内容并完成课后作业： (2)讲授法：相关概念和数学推导。 (3)实验法：利用M蛤制对数频率特性由找和奈圭斯特曲线的滴示和学生动手操作 5教学评价 回答以下问愿： 频串特性的基本瓶念？ 奥型环节的频率特性有哪些 线性系统的類率响应和頓南特性是什么？ 如何应用奎斯特判据对系统进行分折 完成误后习：53、54、5，使用mb绘制一个控制系统的对数频车特性曲线和奈查斯特曲线 第六章线性系统的校正 1.教学目标 《1)了解自动透节系统整定的基本概多 (2)了解常用校正装置。 (3)章探PD控制器及其设计方法。 (4)反馈校正和复合校正。 《5)家探MATLAB在系统校正中的应用， 2教学重难点 (I)重点：D校正 (2)难点：反镇校正 3教学内容 第一节线性系统校正的概之 第二节常用校正装置 第三节卡联校正
（1）了解频率特性的物理意义、基本概念。 （2）理解典型环节频率特性的求取方法。 （3）掌握幅相频率特性曲线、对数频率特性曲线的绘制方法。 （4）掌握频率特性稳定性分析方法。 （5）掌握MATLAB在频域分析法中的应用。 2.教学重难点 （1）重点：频率特性基本概念；对数频率特性曲线的绘制；奈奎斯特稳定判据。 （2）难点：幅相频率特性曲线的绘制；奈奎斯特稳定性判据 3.教学内容 第一节 频率特性 第二节 典型环节的频率特性 第三节 控制系统的开环频率特性 第四节 频域稳定判据 第五节 用频域分析法分析系统性能 第六节 线性系统频域分析的MATLAB方法 4.教学方法 （1）自主学习：利用雨课堂平台预习课程内容并完成课后作业； （2）讲授法：相关概念和数学推导。 （3）实验法：利用Matlab绘制对数频率特性曲线和奈奎斯特曲线的演示和学生动手操作。 5.教学评价 回答以下问题： 频率特性的基本概念？ 典型环节的频率特性有哪些？ 线性系统的频率响应和频率特性是什么？ 如何应用奎斯特判据对系统进行分析？ 完成课后习题：5-3、5-4、5-11，使用matlab绘制一个控制系统的对数频率特性曲线和奈奎斯特曲线。 第六章 线性系统的校正 1.教学目标 （1）了解自动调节系统整定的基本概念 （2）了解常用校正装置。 （3）掌握PID控制器及其设计方法。 （4）掌握反馈校正和复合校正。 （5）掌握MATLAB在系统校正中的应用。 2.教学重难点 （1）重点：PID校正 （2）难点：反馈校正 3.教学内容 第一节 线性系统校正的概念 第二节 常用校正装置 第三节 串联校正