控制工程基礎課程大綱

1 自動控制的基本概念

使學生了解自動控制的起源、發(fā)展歷史和理論的成熟過程，了解控制系統的分類和控制系統的基本要求等，通過本章學習對課程內容和控制理論的工程背景有總體的認知

課時

1.1 自動控制的基本原理與方法

1.1.1 自動控制技術及其應用

1.1.2 自動控制發(fā)展簡史

1.1.3 反饋控制原理

1.2 自動控制系統基本控制方式

1.2.1 開環(huán)控制

1.2.2 閉環(huán)控制

1.2.3復合控制

1.3 閉環(huán)控制基本組成

1.4 自動控制系統的分類

1.5 自動控制系統的基本要求

1.5.1 穩(wěn)定性

1.5.2 快速性

1.5.3準確性

2 控制系統的數學模型

使學生掌握自動控制理論的基本數學工具，以及系統數學模型的表示方法，了解系統動態(tài)特性的概念，從而掌握常見控制系統的建模方法。

課時

2.1 微分方程和傳遞函數

2.1.1線性常微分方程及求解

2.1.2 傳遞函數

2.1.3 傳遞函數的性質

2.2 常用控制元件的傳遞函數

2.2.1 無源網絡

2.2.2 有源網絡

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

2.4典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數

2.5 反饋控制系統的傳遞函數

2.5.1 開環(huán)傳遞函數

2.5.2 閉環(huán)系統的傳遞函數

2.5.3閉環(huán)系統的輸出

2.5.4閉環(huán)系統的誤差

3 線性系統的時域分析法

使學生掌握控制系統的時域分析方法，深入理解傳遞函數的概念及其物理意義，掌握系統穩(wěn)定性的概念和時域分析方法，從而掌握常見系統的時域分析方法，為系統控制策略的設計奠定理論基礎。

課時

3.1 典型控制過程及性能指標

3.1.1典型輸入信號

3.1.2 時域性能指標

3.2 一階系統分析

3.2.1一階系統的數學模型

3.2.2 一階系統的階躍響應

3.2.3 一階系統的斜坡響應

3.2.4一階系統的脈沖響應

3.2.5 線性定常系統的重要結論

3.3 二階系統時域分析

3.3.1 二階系統的數學模型

3.3.2 二階系統的階躍響應

3.3.3 二階系統的性能指標

3.3.4二階系統的斜坡響應

3.3.5二階系統的脈沖響應

3.4 高階系統的時域分析

3.4.1高階系統的數學模型

3.4.2 高階系統的階躍響應

3.4.3 高階系統的性能分析

3.4.4 主導極點的概念

3.5 控制系統的穩(wěn)定性分析

3.5.1 穩(wěn)定的概念

3.5.2 線性定常系統穩(wěn)定的充要條件

3.5.3 勞斯穩(wěn)定判據

3.5.4勞斯穩(wěn)定判據的應用

3.6 控制系統的穩(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 系統的類型

3.6.3 靜態(tài)誤差系數

3.6.4 擾動作用引起的穩(wěn)態(tài)誤差

4 線性系統的根軌跡法

使學生了解根軌跡法在分析系統穩(wěn)定性、系統性能以及系統控制參數設計中的應用方法。

課時

4.1 根軌跡方程

4.1.1 根軌跡概念

4.1.2 根軌跡與系統性能

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)極點的確定

4.3 廣義根軌跡

4.3.1 參數根軌跡

4.3.2等效開環(huán)傳遞函數

4.3.3 附加開環(huán)零點的作用

4.3.4 附加開環(huán)極點的影響

4.3.5 零度根軌跡

5 線性系統的頻率響應法

使學生深入掌握頻域分析的方法，理解系統頻域特性的物理概念，掌握控制系頻域曲線的圖形繪制，以及與時域特性的對應關系。

課時

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 控制系統的開環(huán)頻率特性圖

5.2.1 對數坐標圖

5.2.2 極坐標圖

5.2.3最小相位系統與非最小相位系統

5.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據

5.3.1 幅角原理

5.3.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據

5.3.3對數穩(wěn)定判據

5.3.4 穩(wěn)定裕量

5.4 頻率特性與時域性能的關系

5.4.1典型系統的對數幅頻特性

5.4.2 開環(huán)對數幅頻特性與時域性能的關系

5.4.3 閉環(huán)頻率特性

5.4.4 閉環(huán)頻率特性與時域性能的關系

6 控制系統的校正方法

使學生掌握控制系統PID調節(jié)器的原理，并初步掌握PID控制器的參數設計方法；深入掌握超前、滯后兩種頻域校正方法。

課時

6.1 控制系統設計的基本概念

6.1.1 性能指標

6.1.2 初步設計

6.1.3 校正的作用

6.1.4 校正方式

6.1.5 校正裝置

6.2 時域法校正

6.2.1 二階系統的比例微分控制

6.2.2 二階系統的速度反饋控制

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 串聯超前校正

6.3.2 串聯遲后校正

6.3.3 遲后—超前校正

6.3.4 反饋校正

6.4 復合控制校正

6.4.1 復合控制的特點

6.4.2 按擾動補償的復合控制系統

6.4.3 按輸入補償的復合控制系統

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小時每周

2394

第3次開課

2019年09月23日 ~ 2019年12月31日

5小時每周

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（第3版）習題解》

9787302221715

清華大學出版社

董景新、郭美鳳、陳志勇、劉云峰

“控制工程基礎（第三版）”數字課程

高等教育出版社

2019年2月

王積偉、吳振順