自动控制原理与系统课程标准.doc

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《自动控制系统与应用》学习领域（课程）标准课程编号：适用专业：电子信息工程技术应用电子技术课程类别：专业课修课方式：必修教学时数：60 一、课程的性质和任务（一）课程定位本课程是电子、应用电子类专业的重要专业课，其教学任务是使学生掌握自动控制系统的基本概念和自动控制系统分析、设计(校正)的基本方法，初步掌握系统实验技能，学会运用Matlab进行控制系统辅助分析设计的方法，为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础，掌握必要的基本技能。（二）学习目标 1.专业能力（职业能力）目标（1）掌握自动控制系统的两种基本形式的特点（2）掌握线性系统的传递函数描述方法（3）掌握控制系统时域分析方法（4）了解控制系统的根轨迹法（5）掌握控制系统的频域分析法（6）掌握控制系统的校正和采样控制 2.社会能力目标（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力。（2）具有团队精神和协作精神。（3）具有良好的心理素质和克服困难的能力。 3. 方法能力目标（1）具有资料学习和吸收能力；（2）具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力。（3）具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力。（4）具有将知识与技术综合运用与转换的能力。（三）前导课程本课程的前导课程有《高等数学》、《模拟电路》、《数字电路》（四）后续课程本课程的后续课程《EDA技术》、《电子产品创新设计》二、课程内容标准（一）学习情境划分及学时分配学习情境教学学时学习情境名称学习任务课堂教学时数实践教学时数自动化控制系统的一般概念 1.1开环控制和闭环控制 2 1.2自动控制系统中的术语和定义 2 控制系统的数学模型 2.1性系统的输入一输出时间函数描述 2 2 2.2典型环节的数学模型 2 2.3框图及其化简方法 4 线性系统的时域分析方法 3.1 线性定常系统的时域响应 2 4 3.2劳斯-赫尔维茨稳定判据 4 3.3线性系统时域响应的计算机辅助分析 2 线性系统的根轨迹法 4.1根轨迹的基本概念 2 4.2绘制根轨迹的基本条件和基本规则 4 4.3用MATLAB绘制系统的根轨迹 2 4 线性系统的频域分析 5.1典型环节的频率特性 2 5.2乃奎斯特定判据和系统的相对稳定性 4 5.3用MATLAB进行系统的频域分析 2 6 系统的分析与校正 6.1线性系统校正的概念 2 6.2常用校正装置及其特性 2 6.3串联校正的设计 4 小计 44 16 （二）学习情境描述学习情境1 自动化控制系统的一般概念教学时间 4学时学习目标使学生对古典反馈控制的基本理论和方法有一全面、整体的了解；了解自动控制理论发展简况及反馈控制理论的研究对象和方法；掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成和分类，及对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。教学内容【知识点】自动控制的任务：参数状态控制，过程控制。基本控制方式：开环、闭环（反馈）控制。自动控制的性能要求：稳、快、准及最优化。【技能点】反馈控制原理与动态过程的概念，以及建立原理方块图的方法。教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识学习情境2 控制系统的数学模型教学时间 10学时学习目标一般了解数学模型的概念、表达方式，建模的方法；能够列写一般物理系统的微分方程；熟悉拉氏变换的定义、性质，记住常见的简单时间函数的拉氏变换式，能根据拉氏变换的性质求解较复杂时间函数的拉氏变换式，会求拉氏反变换；掌握传递函数的概念及典型环节的传递函数；重点掌握控制系统的方框图及方框图的化简方法；重点掌握用梅逊公式求取系统传递函数的方法。教学内容【知识点】线性系统的输入一输出传递函数描述，非线性数学模型的线性化，典型环节的数学模型，建立数学模型的实验方法简介，框图及其化简方法【技能点】典型环节的数学模型教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识学习情境3 线性系统的时域分析方法教学时间 12学时学习目标了解控制系统的典型输入信号；了解线性定常系统的时域响应组成，熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义；掌握一阶系统的暂态响应及性能指标；掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系，重点掌握二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算；一般了解高阶系统的暂态响应，掌握闭环主导极点的概念；了解稳定的概念，掌握扰动稳态误差终值的计算及减小稳态误差的方法，一般了解稳态误差级数的计算。教学内容【知识点】线性定常系统的时域响应控制系统时域响应的性能指标，一阶系统的暂态响应，二阶系统的暂态响应，控制系统的稳态误差，给定稳态误差和扰动稳态误差【技能点】线性定常系统的时域响应教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识学习情境4 线性系统的根轨迹法教学时间 12学时学习目标了解根轨迹的概念、意义；重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本规则；掌握参量根轨迹的绘制和正反馈根轨迹的绘制；了解多回路控制系统的根轨迹和迟后系统根轨迹；掌握增加开环零极点对根轨迹的影响；了解利用根轨迹分析系统的暂态响应。教学内容【知识点】根轨迹的基本概念，绘制根轨迹的基本条件和基本规则，广义根轨迹，利用根轨迹分析系统的性能，用MATLAB绘制系统的根轨迹【技能点】绘制根轨迹。教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识学习情境5 线性系统的频域分析教学时间 4学时学习目标掌握频率特性的基本概念，幅相频率特性图与对数频率特性图的建立；熟悉典型环节的频率特性及其Nyquist图与Bode图；掌握系统开环频率特性（Nyquist图和Bode图）的绘制；了解最小相位系统的概念；重点掌握利用实测开环幅频特性确定最小相位系统的开环传递函数的方法；重点掌握判断系统稳定性的几何判据：乃奎斯特稳定判据（包括利用幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线进行判断）；熟悉控制系统相角裕度、幅值裕度的基本定义和概念及计算方法；一般了解闭环幅频特性（等M圆）的求解方法，掌握频域性能指标及频域指标与时域指标的关系。教学内容【知识点】频率特性，典型环节的频率特性，系统开环频率特性的绘制，乃奎斯特定判据和系统的相对稳定性，系统的频率特性及频域性能指标，频率特性的实验确实方法，用MATLAB进行系统的频域分析【技能点】系统频率特性的绘制。教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识学习情境6 系统的分析与校正教学时间 8学时学习目标了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正方式；熟悉串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性；重点掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法；简单了解反馈校正、前馈校正及复合控制。教学内容【知识点】线性系统的校正，线性系统校正的概念，线性系统的基本控制规律，常用校正装置及其特性，校正装置设计的方法和依据，串联校正的设计，MATLAB在线性系统校正中的应用。【技能点】校正的设计教学方法演示法讲授法多媒体法教学条件 ppt课件任务单工作单补充资料视频文件考核评价理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度学生自评小组成员互评教师评价学生的知识和能力要求具有综合应用所学知识的能力具有自主学习的能力教师的知识和能力要求具备一定的设计控制系统的能力具备较丰富的控制知识三、课程实施建议（一）教学方法 1.教学内容组织方式与目的 1）由于《自动控制系统与应用》课的理论性和抽象性都很强，具有一定的深度和复杂性，我们对各章的基本内容都进行了深入剖析，找出其关键内容、重点和难点，并在此基础之上制定了比较完善的教学大纲，将教学内容分为了解、掌握、熟练运用等几个层次。主要内容：控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的轨迹法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统分析。 2）在课堂上，采用了多媒体教学手段，采用“启发式”教学方法，由浅入深地讲解有关概念、定义和分析方法，积极引导学生主动思考问题；因材施教，根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度；同时还注意将自动化领域最新进展适时地介绍给学生等等。并要求学生课前预习，带着问题来听课；课后要在阅读大量参考书和做一些概念性强的习题的前提下，领会本课程的要点，以利于消化课程内容。教师在教学计划与大纲指导下，进行教学过程, 根据学生的课堂表现、考试成绩、问卷调查,教师及时调整讲课内容和方法。 3）在授课过程当中，我们随时布置一定量的课后作业题，使学生巩固对课堂上所学知识的理解和掌握，并且对学生也有一定的约束力和督促作用。教师对作业进行定期检查，以便了解学生对已学内容的理解和掌握情况，并依此及时纠正学生在对基本概念和方法理解上的偏差、调整课堂教学的进度。我们在授课过程当中还采用了课堂练习的方式，即先进行阶段性随堂测验，然后再集体答疑，集中解决具有共性的问题，收到了良好的效果。。（二）教学条件 1.标准与规范 1、编制学期授课计划规范学期授课计划是任课教师进行教学工作的依据，是教学的基本文件之一，必须认真编制。 2、备课规范备好课是提高教学质量，上好课的一个关键。任课教师在深刻领会大纲的基础上，认真备好内容、备教材、备教法、备学生、不上无准备的课。 3、课堂教学规范课堂教学是教学的基本形式，讲好课是提高教学质量的中心环节。任课教师在备好课的基础上遵循教学规律和原则，运用科学的教学方法和手段，上好每一堂课。 4、作业、练习规范作业是学生进一步理解和巩固知识，熟练运用知识和重要环节。任课老师要十分重视对学生作业的布置、指导、检查和批改。 5、教学辅导工作规范教学辅导工作是对学生因材施教，解决学生课堂学习存在的疑难问题的重要教学活动，教师应主动认真地做好这一工作。 6、实践教学规范实践教学是学好这门课程的关键部分，老师在学生实习前一定要给学生讲清楚安全以及维护风机时的操作规程。 2.教学设施自动控制实训室、多媒体教室。。 3.实训条件（1）自动控制实训中心（2）校外企业（三）课程考评方法 1. 作业布置8-10次，以习题为主，其平均成绩记为平时成绩，占总成绩的20%-40% 2. 本课程考核以笔试方式进行，考核成绩占总成绩的80%-60% 3. 课程总成绩 = 平时成绩+考核成绩四、参考文献 1．《现代控制工程》绪方胜彦著（卢伯英佟明安罗维铭译）科学出版社 2．《自动控制原理与系统》上、下册清华大学吴麒等国防工业出版社 3.《自动控制原理》孙德宝主编化学工业出版社 4．《自动控制原理》天津大学李光泉主编机械工业出版社 5．《自动控制理论》侯夔龙主编西安交通大学出版社 9

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