自动控制原理考试重点(北京交通大学)

教 学 日 历 2006 2007 学年 第 1 学期 课程名称： 控制理论（ I ） 任课教师： 蒋大明/苗宇 教师所在单位： 自控系 总学时： 64 课堂教学学时： 58 周学时： 4 共 16 周 教材及主要 参考资料 自动控制原理蒋大明 戴胜华编著 清华大学出版社 北京交通大学出版社 自动控制原理胡寿松 主编 国防工业出版社上课时间计 划 教 学 内 容 备 注授 课 内 容 授课方式作业 ( 实验 ) 第1周周 22 节 1 绪论：介绍自动控制理论的起源及发展； 2 第一章：自动控制的一般概念；介绍自动控制系统的概念、组成、分类、举例、性能指标。 课堂讲授 1-3第1周周 5 1 节第二章 模型 2 1 模型的定义和分类； 2 2 ， 3 ， 4 控制系统的数学模型之一微分方程的建立； 介绍微分方程模型的建立及用拉氏变换求解。 课堂讲授2-1 ， 补充题 1第2周周 22 节2 5 控制系统的数学模型之二传递函数的概念及建立 介绍传递函数的定义、含义；典型元部件的传递函数；建立；系统传递函数的方法。 课堂讲授2-4 （ b ） 补充题 1 ， 2 第2周周 5 1 节2 6 控制系统的数学模型之三动态结构图及化简； 介绍动态结构图的建立及化简方式。举例说明并做 1-2 道课堂练习 课堂讲授2-8 ，补充题 1 ， 2本章的重点内容， 第3周周 22 节接上节介绍动态图的化简； 2 7 自动控制系统的传递函数：介绍系统的四个闭环传递函数，做第二章小结并课堂测验及讲解 课堂讲授2-13 ， 2-14 ，补充题 1 第3周周 5 1 节第三章：自动控制系统的时域分析 3 1 控制系统的典型响应及性能指标； 3 2 一阶系统分析：重点是阶跃响应的分析。课堂讲授3-1 3-2第4周 周 22 节3 3 二阶系统分析： 重点介绍二阶系统的阶跃响应曲线与阻尼比的关系及欠阻尼系统的性能指标。 课堂讲授 讨论 3-4 ， 3-7 本章 重点一 第4周 周 51 节 接 二阶系统分析：二阶系统的脉冲、斜坡响应分析； 改善二阶系统响应特性的措施。 3 4 高阶系统分析：介绍高阶系统性能指标与零、极点之间的关系 课堂讲授 3-5 3-6 3-10 第5周 周 2 2 节 3 6 稳定性与代数判据： 介绍稳定性的概念及稳定判据。 课堂讲授 3-11 ， 3-13 本章 重点二 第5周 周 5 1 节 3 7 稳态误差分析： 介绍稳态误差定义，稳态误差的计算、系统型别、误差系数等 课堂讲授 3-17 3-19 本章 重点三 第6周 周 2 2 节 第三章小结及习题课 课堂练习及讲解 3-24 3-25 补 1 第6周 周 5 1 节 第四章根轨迹法 4.1 根轨迹的定义 4.2 绘制根轨迹的基本条件和基本规则 介绍根轨迹的定义 , 根轨迹方程及绘制根轨迹的规则 课堂讲授 4-1 4-2 4-3 第7周 周 2 2 节 接 4.2 绘制根轨迹的 8 条原则及应用 . 举例说明绘制根轨迹的原则及方法 ; 4.3 特殊根轨迹 . 介绍正反馈及参数根轨迹 . 课堂讲授 及讨论 4-6 4-7 4-11 本章 重点 第7周 周 5 1 节 4.4. 系统闭环零极点与阶跃响应的关系 讲述闭环零极点对阶跃响应的影响 ; 主导极点及利用主导极点估算系统的性能 课堂讲授 4-12 4-14 4-15 第8周 周 2 2 节 4.5 开环零、极点对根轨迹的影响 第四章小结及测验 课堂讲授及测验 4-19 4-22 第8周 周 5 1 节 第五章频率法 5.1 频率特性 . 介绍频率响应及频率特性的概念 5.2 典型环节的频率特性 课堂讲授 5-1 5-3 5-5 第9周 周 2 2 节 接 5.2 典型环节的频率特性 5.3 系统开环频率特性的绘制 . 介绍系统奈奎斯特曲线及波特图的绘制 课堂讲授 5-10 5-11 本章 重点 第9周 周 5 1 节 习题课 课堂讲授 及讨论 5-12 5-13 5-15 第10周 周 2 2 节 5.4 用频率法分析系统的稳定性 重点讲述奈奎斯特稳定判据 课堂讲授 5-18 5-19 本章 重点 第10周 周 5 1 节 接 5.4 控制系统的相对稳定性 讲述幅值裕度和相角裕度 5.5 开环频率特性与系统动态性能的关系 课堂讲授 5-20 5-22 第11周 周 2 2 节 第五章小结及习题课 习题及 讲解 补 1 补 2 第11周 周 5 1 节 第六章控制系统的校正 6 1 控制系统校正的概念 6 2 串联校正 课堂讲授 6-1 6-2 第12周 周 2 2 节 接 6 2 用频率法设计校正超前、滞后、超前滞后校正系统 6 3 反馈校正 反馈校正的原理及应用 课堂讲授 6-5 6-7 本章 重点 第12周 周 5 1 节 6 4 前馈校正 前馈校正原理及应用 课堂讲授 6-8 6-12 6-13 第13周 周 2 2 节 6 5 根轨迹法设计校正系统及举例 第六章课堂测验及讲解 课堂讲授 6-14 6-15 第13周 周 5 1 节 第七章采样系统分析 7 1 采样系统 7 2 采样过程与采样定理 7 3 信号保持与零阶保持器 7 4 Z 变换理论 课堂讲授 7-2 7-3 第14周 周 2 2 节 7 4 Z 变换理论 7 5 脉冲传递函数 介绍脉冲传递函数的定义及系统闭环脉冲传递函数的建立 课堂讲授 7-5 7-7 本章 重点 第14周 周 5 1 节 7 6 采样系统分析 采样系统稳定性分析 及根轨迹法与频率法在采样系统中的应用 课堂讲授 7-8 7-9 7-10 第15周 周 2 2 节 实验一 二阶系统阶跃响应 实验报告 第15周 周 5 1 节 实验二 系统频率特性测量 实验报告 第16周 周 2 2 节 实验三 控制系统的校正 实验报告 第16周 周 5 1 节 习题课 控制理论课程教学大纲 Control Theory 课程编号 : 1000191 适用专业 : 自动化 学时数 : 64 学分数: 4 执笔者 : 蒋大明 编写日期 : 1999年 6月 一、课程的性质和目的 本课程是自动化专业的主要专业基础课和骨干课。本课程的学习目的在于使学生掌握经典控 制理论的基本概念，基本原理和基本方法。要求学生在牢固掌握控制理论基本概念的基础上 ，具备对简单系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力，为专业课学习和参加控制工 程实践打下必要的基础。 BT二、课程教学内容 第一章 控制系统的一般概念 (4学时) 掌握自动控制系统的一般概念 , 重点是开环控制和闭环控制的概念, 理解对控制性能的基本 要求 , 了解各种典型控制系统的工作原理及控制理论的发展过程。 本章知识点为 : 自动控制的定义, 开环控制与闭环控制, 控制系统举例, 控制系统的组成及 对控制系统的基本要求 , 控制理论的发展。 第二章 控制系统的数学模型 (6学时) 掌握控制系统的数学模型的基本概念 , 了解微分方程一般建立方法, 理解传递函数的定义和 性质 , 掌握动态结构图的建立和化简规则。 本章知识点为 : 传递函数的定义和性质, 典型环节的传递函数, 动态结构图的建立, 动态结 构图的化简 , 自动控制系统的传递函数。 第三章 时域分析法 (13学时) 了解和掌握经典控制理论最基本的方法之一 时域分析法 , 能够用该方法分析控制系统的 各种控制性能 (包括稳定性, 快速性和稳态精度)。 本章知识点为 : 典型控制过程及性能指标, 一阶系统分析, 二阶系统分析, 稳定性与代数 判据 , 稳态误差分析。 为进一步加强对控制系统稳定性的理解 , 安排实验一次: 控制系统的稳定性分析。 第四章 根轨迹法 (11学时) 本章要求掌握各 种类型系统的根轨迹的绘制方法 , 并能通过根轨迹图来分析控制系统的控制性能。了解各种 特殊根轨迹的绘制方法。 本章知识点为 : 根轨迹的基本概念及根轨迹方程, 绘制根轨迹的基本法则, 特殊根轨迹, 系 统闭环零极点分布与阶跃响应的关系 , 开环零极点的变化对根轨迹的影响。 第五章 频率法（ 11学时） 要求掌握各种系统和环节的幅相频率特性和 对数频率特性的画法 , 并能通过频率特性分析控制系统的控制性能。 本章知识点为 : 典型环节的频率特性，系统开环频率特性，乃奎斯特稳定判据及对数稳定判 据，稳定裕度及计算，系统闭环频率特性。 第六章 控制系统的校正（ 11学时） 在对控制系统的控制性能进行分析的基础上 , 对控制性能的改进就涉及到系统的校正。要 求 在建立控制系统校正的一般概念的基础上 , 对串联校正, 反馈校正, 前置校正有较为全面的 理解。掌握频率法校正和根轨迹法校正的一般方法。 本章知识点为 : 控制系统校正的概念，串联校正，反馈校正，前置校正，根轨迹法在校正中 的应用。 本章安排实验 : 控制系统的校正。 第七章 采样控制系统（ 8学时） 要求理解和掌握采样控制系统的基本概念 , 采样定理, 采样信号的复现, 脉冲传递函数, 了 解采样系统的稳定性 , 稳态误差及瞬态分析等内容。 本章知识点为 : 采样控制的基本概念，采样过程和采样定理，采样信号的复现，变换，脉 冲传递函数，采样系统的稳定性分析，采样系统的稳态误差，采样系统的瞬态分析。 三、课程教学的基本要求 本课程是自动化专业的专业基础课程，理论性较强，是本专业的理论基础课程。在教学方法 上，采用课堂讲授，课后自学，课堂讨论等教学形式。 (一)课堂讲授 本课程属基础理论课程，涉及到较多的数学知识，在讲述的过程中教师应尽量联系生产生活 实际，注重物理意义，不要陷入到繁复的数学推导之中。在教学中要求同学重点掌握时域、 复域、频域的基本概念、基本方法和基本规律，要着重培养学生定性分析、定量估算和模拟 实验研究的能力，在课程内容方面既要保持理论的系统性，又要注意联系工程实际，并且重 视技术科学的一般方法学的培养。 （二）课后自学 为了培养学生整理归纳，综合分析和处理问题的能力，每章都安排一部分内容，课上教师只 给出自学提纲，不作详细讲解，课后学生自学。 （三）课堂讨论 课堂讨论的目的是活跃学习气氛，开拓思路，。教师应认真组织，安排重点发言，充分调动 每一名同学的学习积极性，做好总结。 （四）习题课 习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。共 4学时（已包 括在前述学时分配中）。 （五）课外作业 课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养综合计算和分析、判断能力以及使 用计算工具的能力。习题以计算性小题为主，平均每学时 -道题。 （六）平时测验 为及时了解教学情况，教师可适当安排平时课堂测验，每次测验不超过 30分钟。 （七）实验 实验以学习自动控制系统的基本试验方法和训练实验研究能力为主，验证理论为辅。通过实 验要求掌握自动控制系统的动态模拟以及性能测试方法。 （八）考试 考试可采用闭卷与开卷相结合的形式，以闭卷为主。闭卷部分的试题包括基本概念，基本理 论，分析计算和工程绘图，题型可采用填空，判断，计算，画图，简答等方式。开卷部分的 考试采用口试或笔试，难度可适当加大。 总评成绩：课外作业，平时测验，实验占 30%；期末闭卷考试占60%；期末开卷考试占10%。 四、本课程与其它课程的联系与分工 先修课程 : 线性代数, 复变函数与积分变换, 模拟电子电路。 五、建议教材与教学参考书 1 孙虎章主编，自动控制原理，中央广播电视大学出版社，1984 2 蒋大明主编，自控遥控基础，中国铁道出版社，1998 3 周雪琴主编，工程控制导论，西北工业大学出版社，1988 控制理论 II课程教学大纲 Control Theory II 课程编码： 1000202 适用专业：自动化 总 学 时： 32 学分数：2 执笔者：唐涛 编写时间： 1999年6月 一、课程的性质和目的 该课程是自动化专业的选修课。本课程的主要任务是讲授现代控制理论的基本概念、基 本原理和基本方法，使学生在学习了控制理论 I-经典控制理论的基础上，从一个全新的角 度了解控制系统的性能，掌握提出问题、分析问题、解决问题的方法、为研究设计控制系统 打下良好的基础。 二、课程教学内容 引论（ 2学时） 主要介绍现代控制理论的出现背景及现代控制理论研究的主要内容，使学生对现代控制理论 发展及所研究的主要问题有一个初步了解。 第一章 线性系统的状态空间描述（ 6学时） 本章的重点是状态空间描述的基本概念、状态方程建立的基本方法；线性定常系统状态方程 的解；状态转移矩阵的特点、性质。要求学生了解特征值规范型。 第二章 线性系统的结构分析（ 8学时） 本章主要介绍系统状态 的可控性、可观性，它们是状态空间描述中的重要概念，应掌握系统可控性、可观性的判据 及系统的对偶性原理，了解系统的可控性、可观性的结构分析。 本章要求重点掌握：状态可控性及可观性基本概念、状态可观性、可观性判据；对偶原理、 可控规范型和可观测规范型、状态反馈。 了解系统的结构分解、状态可控性可观性与传递函数矩阵。 第三章 线性定常系统的综合（ 8学时） 本章主要讨论状态空间分析综合问题中的极点配置问题、解耦问题、观测器问题。 本章要求学生重点掌握闭环系统的极点配置、解偶问题（掌握）、状态重构问题。 了解带有观测器的反馈控制系统的设计方法。 第四章 控制系统的稳定性分析（ 8学时） 本章主要介绍稳定性的基本概念及系统稳定性分析的基本方法和定律。 本章要求重点掌握稳定性的基本概念、稳定性基本定律、线性系统的稳定性分析。 了解构造李亚普诺夫函数的一些常用方法。 三、课程教学的基本要求 采用课堂讲授和课后自学结合的教学方法。 本课程作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固、培养综合计算和分析、判断能力。习 题以计算性小题为主，平均每学时 1道题。 四、本课程与其它课程的联系与分工 先修课程：控制理论 1 经典控制理论，线性代数 五、建议教材与教学参考书 1 尤昌德，现代控制理论基础， 电子工业出版社 2 吴麒 主编，自动控制原理（下册），清华大学出版社