控制工程基礎(chǔ)課程大綱

1 自動(dòng)控制的基本概念

使學(xué)生了解自動(dòng)控制的起源、發(fā)展歷史和理論的成熟過程，了解控制系統(tǒng)的分類和控制系統(tǒng)的基本要求等，通過本章學(xué)習(xí)對課程內(nèi)容和控制理論的工程背景有總體的認(rèn)知

課時(shí)

1.1 自動(dòng)控制的基本原理與方法

1.1.1 自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用

1.1.2 自動(dòng)控制發(fā)展簡史

1.1.3 反饋控制原理

1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本控制方式

1.2.1 開環(huán)控制

1.2.2 閉環(huán)控制

1.2.3復(fù)合控制

1.3 閉環(huán)控制基本組成

1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求

1.5.1 穩(wěn)定性

1.5.2 快速性

1.5.3準(zhǔn)確性

2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

使學(xué)生掌握自動(dòng)控制理論的基本數(shù)學(xué)工具，以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的表示方法，了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的概念，從而掌握常見控制系統(tǒng)的建模方法。

課時(shí)

2.1 微分方程和傳遞函數(shù)

2.1.1線性常微分方程及求解

2.1.2 傳遞函數(shù)

2.1.3 傳遞函數(shù)的性質(zhì)

2.2 常用控制元件的傳遞函數(shù)

2.2.1 無源網(wǎng)絡(luò)

2.2.2 有源網(wǎng)絡(luò)

2.2.3 常用檢測元件

2.2.4 常用執(zhí)行元件

2.3 方塊圖及其等效變換

2.3.1 控制系統(tǒng)的方塊圖

2.3.2 方塊圖的等效變換

2.3.3 用Mason公式求傳遞函數(shù)

2.4典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

2.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

2.5.1 開環(huán)傳遞函數(shù)

2.5.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

2.5.3閉環(huán)系統(tǒng)的輸出

2.5.4閉環(huán)系統(tǒng)的誤差

3 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法

使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，深入理解傳遞函數(shù)的概念及其物理意義，掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念和時(shí)域分析方法，從而掌握常見系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，為系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

課時(shí)

3.1 典型控制過程及性能指標(biāo)

3.1.1典型輸入信號

3.1.2 時(shí)域性能指標(biāo)

3.2 一階系統(tǒng)分析

3.2.1一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3.2.2 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)

3.2.3 一階系統(tǒng)的斜坡響應(yīng)

3.2.4一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)

3.2.5 線性定常系統(tǒng)的重要結(jié)論

3.3 二階系統(tǒng)時(shí)域分析

3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3.3.2 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)

3.3.3 二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)

3.3.4二階系統(tǒng)的斜坡響應(yīng)

3.3.5二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)

3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析

3.4.1高階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3.4.2 高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)

3.4.3 高階系統(tǒng)的性能分析

3.4.4 主導(dǎo)極點(diǎn)的概念

3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

3.5.1 穩(wěn)定的概念

3.5.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件

3.5.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)

3.5.4勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用

3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析

3.6.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的概念

3.6.2 系統(tǒng)的類型

3.6.3 靜態(tài)誤差系數(shù)

3.6.4 擾動(dòng)作用引起的穩(wěn)態(tài)誤差

4 線性系統(tǒng)的根軌跡法

使學(xué)生了解根軌跡法在分析系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)性能以及系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。

課時(shí)

4.1 根軌跡方程

4.1.1 根軌跡概念

4.1.2 根軌跡與系統(tǒng)性能

4.1.3 根軌跡方程

4.2 根軌跡繪制的基本法則

4.2.1根軌跡繪制的七條基本法則

4.2.2 閉環(huán)極點(diǎn)的確定

4.3 廣義根軌跡

4.3.1 參數(shù)根軌跡

4.3.2等效開環(huán)傳遞函數(shù)

4.3.3 附加開環(huán)零點(diǎn)的作用

4.3.4 附加開環(huán)極點(diǎn)的影響

4.3.5 零度根軌跡

5 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法

使學(xué)生深入掌握頻域分析的方法，理解系統(tǒng)頻域特性的物理概念，掌握控制系頻域曲線的圖形繪制，以及與時(shí)域特性的對應(yīng)關(guān)系。

課時(shí)

5.1 頻率特性和頻率特性圖

5.1.1 頻率特性的基本概念

5.1.2頻率特性的幾何表示法

5.1.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖

5.2 控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性圖

5.2.1 對數(shù)坐標(biāo)圖

5.2.2 極坐標(biāo)圖

5.2.3最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)

5.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

5.3.1 幅角原理

5.3.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

5.3.3對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)

5.3.4 穩(wěn)定裕量

5.4 頻率特性與時(shí)域性能的關(guān)系

5.4.1典型系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性

5.4.2 開環(huán)對數(shù)幅頻特性與時(shí)域性能的關(guān)系

5.4.3 閉環(huán)頻率特性

5.4.4 閉環(huán)頻率特性與時(shí)域性能的關(guān)系

6 控制系統(tǒng)的校正方法

使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的原理，并初步掌握PID控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法；深入掌握超前、滯后兩種頻域校正方法。

課時(shí)

6.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念

6.1.1 性能指標(biāo)

6.1.2 初步設(shè)計(jì)

6.1.3 校正的作用

6.1.4 校正方式

6.1.5 校正裝置

6.2 時(shí)域法校正

6.2.1 二階系統(tǒng)的比例微分控制

6.2.2 二階系統(tǒng)的速度反饋控制

6.2.3 比例積分控制

6.2.4 PID控制

6.3 頻率法校正

6.3.1 串聯(lián)超前校正

6.3.2 串聯(lián)遲后校正

6.3.3 遲后—超前校正

6.3.4 反饋校正

6.4 復(fù)合控制校正

6.4.1 復(fù)合控制的特點(diǎn)

6.4.2 按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)

6.4.3 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)

第1次開課

2018年10月25日 ~ 2018年12月30日

待定

吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇

2529

第2次開課

2019年03月10日 ~ 2019年06月28日

3~6小時(shí)每周

2394

第3次開課

2019年09月23日 ~ 2019年12月31日

5小時(shí)每周

2198

第4次開課

2020年02月24日 ~ 2020年05月31日

吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇、馬倩

1913

第5次開課

2020年08月31日 ~ 2021年01月16日

4小時(shí)每周

吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇

2705

第6次開課

2021年03月10日 ~ 2021年06月30日

2511

第7次開課

2021年08月24日 ~ 2022年01月15日

待定

《控制工程基礎(chǔ)（第3版）習(xí)題解》

9787302221715

清華大學(xué)出版社

董景新、郭美鳳、陳志勇、劉云峰

“控制工程基礎(chǔ)（第三版）”數(shù)字課程

高等教育出版社

2019年2月

王積偉、吳振順