《自动控制原理与系统》课程
教学大纲
大连职业技术学院
200 5年6月
一、课程名称
《自动控制原理与系统》
二、学分及学时
4学分、64学时
三、适用专业
电气自动化技术专业 （高中毕业生三年制）
四、教学目的
本课程是电气自动化专业必修的一门专业主干课。主要教学内容以反馈控制理论为核心，研究控制系统建模方法、线性系统的分析与设计方法及自动控制系统的工作原理、自动调节过程等内容。通过本课程的学习，培养学生掌握自动控制理论、具有自动控制系统的安装、调试、运行、维护等应用能力。
五、教学要求
通过本课程的学习，使学生达到以下要求：
1．明确自动控制的概念，基本控制方式及特点以及对控制系统性能的基本要求；
2．掌握自动控制系统数学模型的建立、系统性能分析方法以及改善系统性能的途径；
3．掌握直流调速系统的工作原理、自动调节过程及分析方法；
4．掌握直流调速系统工程设计方法以及系统的实例分析与调试；
5．掌握自动控制的基础理论及对连续系统的定性分析和初步设计方法，并具有运用反馈控制原理解决实际工程中的相关问题，提高分析问题和解决问题的能力。
六、教学学时数分配表
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章次 |
教学内容 |
学时数分配 |
作业次数 |
备注 |
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总学时数 |
理论 |
实践 |
习题 |
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第一章 |
自动控制系统概述 |
2 |
2 |
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1 |
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第二章 |
自动控制系统的数学模型 |
12 |
9 |
2 |
1 |
4 |
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第三章 |
自动控制系统的时域分析法 |
10 |
5 |
4 |
1 |
2 |
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第四章 |
频率特性 |
10 |
6 |
2 |
2 |
2 |
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第五章 |
自动控制系统的校正 |
6 |
4 |
2 |
|
1 |
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第六章 |
直流调速系统 |
18 |
10 |
8 |
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4 |
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|
第七章 |
直流调速系统的工程设计方法 |
6 |
6 |
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3 |
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合计 |
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64 |
42 |
18 |
4 |
17 |
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七、理论教学内容
第一章 自动控制系统概述 （2学时）
内容提要：
自动控制系统的基本概念，主要包括自动控制、自动控制系统、自动控制的基本方式、自动控制系统的分类和对自动控制系统的性能要求。
教学重点和难点：
重点：自动控制的概念，基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。
难点：基本控制方式。
§1.1 自动控制系统的基本概念
一、何谓自动控制
二、常用术语
§1.2 自动控制的基本方式（0.5学时）
一、开环控制系统
二、闭环控制系统
§1.3 自动控制系统的组成（0.5学时）
一、组成
二、各种作用量
三、系统的分析方法
§1.4 自动控制系统的分类（0.5学时）
一、按输入量变化规律分类
二、按系统传输信号对时间的关系分类
三、按系统输出量和输入量间的关系分类
四、按系统中的参数对时间的变化情况分类
§1.5 自动控制系统的性能指标（0.5学时）
一、系统的稳定性
二、系统的动态性能指标
三、系统的稳态性能指标
第二章 自动控制系统的数学模型（ 10 学时）
内容提要：
传递函数的定义与性质，典型环节的传递函数，系统框图的建立与变换及传递函数的求取。
教学重点和难点：
重点：典型环节的传递函数，系统框图的建立及系统传递函数的求取。
难点：系统框图的建立及系统传递函数的求取。
§2.1 系统的微分方程（1学时）
一、系统微分方程的建立
二、微分方程建立举例
§2.2 传递函数（1学时）
一、传递函数的定义
二、传递函数的一般表达式
三、传递函数的求取
四、传递函数的性质
§2.3 典型环节的传递函数（1学时）
§2.4 系统框图（结构图）（2学时）
一、框图的组成
二、框图的画法
§2.5 系统框图的等效变换和化简（2学时）
一、系统框图的等效变换
二、系统框图的化简
§2.6 系统传递函数的求取（2学时）
一、系统对给定作用和扰动作用的闭环传递函数
二、系统对给定作用和扰动作用的误差传递函数
三、多回环系统的闭环传递函数
习题课 （1学时）
系统框图的建立与变换及传递函数的求取。
第三章 控制系统的时域分析法 （6学时）
内容提要：
系统稳定性的概念，从时域分析系统稳定的条件、系统的稳定程度；Hurwitz 代数稳定判据，系统各项动态性能指标的求取，稳态误差的概念，系统稳态误差的求取及改善系统稳态性能的方法。
教学重点和难点：
重点：Hurwitz 代数稳定判据，系统各项性能指标的求取，稳态误差的计算。
难点：Hurwitz 代数稳定判据，稳态误差的计算。
§3.1系统的稳定性分析（2学时）
一、系统稳定性概念
二、系统稳定的充要条件
三、Hurwitz 代数稳定判据
§3.2自动控制系统的动态性能分析（1学时）
一、一阶系统
二、二阶系统
§3.3控制系统的稳态性能分析（2学时）
一、系统误差与稳态误差
二、输入信号作用下的稳态误差
三、扰动信号作用下的稳态误差
习题课 （1学时）
Hurwitz 代数稳定判据，系统稳态误差的求取方法。
第四章
控制系统的频率特性
（8学时）
内容提要：
频率特性的基本概念，典型环节和自动控制系统的Bode图的画法，控制系统的频域性能分析。
教学重点和难点：
重点：自动控制系统的Bode图的画法，控制系统的频域性能分析。
难点：自动控制系统的Bode图的画法。
§4.1频率特性的基本概念（1学时）
一、频率特性的基本概念
二、频率特性与传递函数的关系
三、频率特性的表示方式
§4.2典型环节的Bode图（2学时）
§4.3控制系统的开环Bode图的简便画法（2学时）
一、系统开环对数频率特性的简便画法
二、最小相位系统和非最小相位系统
三、由系统的对数频率特性求相应的传递函数
§4.4控制系统的频域性能分析（1学时）
一、系统稳定性的频域判据
二、动态性能的频域分析
三、稳态性能的频域分析
习题课 （2学时）
典型环节和自动控制系统的Bode图的画法，控制系统的频域性能分析。
第五章
自动控制系统的校正（4学时）
内容提要：
校正的基本概念和基本方式，串联校正、反馈校正对系统性能的影响。
教学重点和难点：
重点：串联校正、反馈校正对系统性能的影响；
难点：串联校正、反馈校正对系统性能的影响。
§5.1 校正的基本概念（1学时）
一、校正的基本概念
二、校正的方式
三、校正方式
§5.2 串联校正（2学时）
一、三频段对系统性能的影响
二、串联校正的方法
三、比例—积分—微分校正
§5.3 反馈校正（1学时）
一、反馈校正的方式
二、反馈校正的作用
第六章 直流调速系统（10学时）
内容提要：
闭环直流调速系统的组成，闭环直流调速系统的工作原理、自动调节过程，闭环直流调速系统实例分析方法。
教学重点和难点：
重点：闭环直流调速系统的工作原理、自动调节过程，闭环直流调速系统实例分析方法。
难点：闭环直流调速系统的自动调节过程，闭环直流调速系统实例分析方法。
§6.1 有静差转速负反馈有静差直流调速系统（2学时）
一、开环调速系统
二、转速负反馈有静差直流调速系统
§6.2 无静差直流调速系统（1学时）
一、比例—积分调节器
二、无静差的实现
§6.3 单闭环直流调速系统的限流保护（1学时）
一、限流保护环节的组成及工作原理
二、带电流截止负反馈环节的转速负反馈调速系统
§6.4 电压负反馈和电流正反馈调速系统（1学时）
一、电压负反馈调速系统
二、电压负反馈加电流正反馈调速系统
§6.5 小功率有静差晶闸管直流调速系统实例分析（2学时）
一、系统结构特点和技术数据
二、定性分析
三、系统的自动调节过程
§6.6 速度和电流双闭环直流调速系统（2学时）
一、闭环调速系统的组成
二、闭环调速系统的工作原理
三、双闭环调速系统的机械特性
四、双闭环调速系统的特点
§6.7 可逆直流调速系统（1学时）
一、可逆直流调速电路的几种形式
二、可逆拖动的四种工作状态
三、逻辑控制的无环流可逆调速系统
第七章 自动控制系统的设计方法 （6学时）
内容提要：
典型系统，系统结构的近似处理和非典型系统的典型化，双闭环直流调速系统工程设计方法。
教学重点与难点：
重点：非典型系统的典型化，双闭环直流调速系统工程设计方法。
难点：双闭环直流调速系统工程设计方法。
§7.1 典型系统（2学时）
一、典型I型系统
二、典型II型系统
三、典型I型系统和典型II型系统性能指标的比较
§7.2 系统结构的近似处理和非典型系统的典型化（2学时）
一、系统结构的近似处理
二、非典型系统的典型化
§7.3 双闭环直流调速系统工程设计举例（2学时）
一、系统数学模型的建立
二、电流调节器设计
三、速度调节器的设计
八、实践教学内容
第二章 自动控制系统的数学模型（ 2 学时）
内容提要：
典型环节阶跃响应的研究。
教学重点和难点：
重点：在自动控制原理学习机上完成各典型线性环节的模拟。
难点：研究系统参数对典型环节阶跃响应的影响。
实训一 典型环节的电模拟 （ 2 学时）
第三章 控制系统的时域分析法 （ 6学时）
内容提要：
二阶系统阶跃响应的研究，控制系统稳定性研究和控制系统的稳态误差研究。
教学重点和难点：
重点：研究系统参数对控制系统阶跃响应曲线。
难点：稳定性和稳态误差的影响。
实训二 系统的稳定性分析 （2学时）
实训三 自动控制系统的动态性能分析 (2学时)
实训四 控制系统的稳态性能分析 （2学时）
第四章 控制系统的频率特性 （ 2 学时）
内容提要：
控制系统的频率特性研究。
教学重点和难点：
重点：学习频率特性的测试原理和频率特性测试仪的使用方法。
难点：研究参数变化对频率特性的影响。
实训五 控制系统的频率特性 （ 2 学时）
第五章
自动控制系统的校正（2学时）
内容提要：
控制系统的串联校正研究。
教学重点和难点：
重点：根据待校正系统的特点，确定串联校正方式的选择，校正装置电路的设计和参数的计算。
难点：研究校正环节对系统性能的影响。
实训六 自动控制系统的校正（2学时）
第六章 直流调速系统 （8学时）
内容提要：
晶闸管—直流电动机参数和环节特性测定， 带电流截止负反馈的电压负反馈电流正反馈调速系统，带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统 ，双闭环不可逆直流调速系统，逻辑无环流可逆调速系统。
教学重点和难点：
重点：闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理，直流调速系统的一般调试方法及参数的整定。
难点：参数变化对系统性能的影响，系统的工作过程。
实训七 有静差转速负反馈有静差直流调速系统（2学时）
实训八 单闭环直流调速系统的限流保护（2学时）
实训九 电压负反馈和电流正反馈调速系统（2学时）
实训十 速度和电流双闭环直流调速系统（2学时）
九、使用教材
《自动控制原理与系统》 沈玉梅主编，自编教材，2005年6月
十、参考书目
1．《自动控制原理与系统》
孔凡才编著，机械工业出版社，2004年8月第2版
2．《自动控制原理与系统》
陈渝光主编，机械工业出版社，2004年9月第1版
3．《自动控制原理》
孙虎章编著，中央电大出版社
4．《电力拖动自动控制系统》（第二版）
陈伯时编，机械工业出版社