一、课程基本信息
1.课程名称：自动控制原理（The Principle of Automatic Control ）
2.课程编码：01122170
3.学时与学分：64学时（理论授课56学时、实验8学时），4学分
4.适用专业：自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化
5.课程性质与属性：学科基础课（必修）
6.先修课程：《高等数学》、《工程数学》、《电路理论》、《模拟电子技术》、Matlab等
7.课程管理单位：电气与信息工程学院
8.课程负责人：秦斌
二、课程简介
《自动控制原理》是本课程是为理工科电气信息类专业开设的专业基础课之一,它以拉氏变换理论为数学基础，传递函数描述为数学模型，研究单输入-单输出，线性，定常、时不变系统。以课堂教学为主，要求在理解有关基本概念的基础上，理解和掌握系统时域分析，根轨迹分析、频域分析与系统设计的关系，掌握并灵活运用设计方法对系统进行设计。通过本课程学习，主要培养学生进行控制系统分析、设计的能力,提高学生分析、解决问题的能力和创新实践能力。
三、课程目标
1、深入掌握从事控制工程所需的建模、时域、根轨迹和频域分析和校正等控制方面的专业知识，并采用恰当的方法解决自动化复杂工程问题。(对应毕业要求1)
2、能够综合运用所学的科学原理，针对机械、电路、电力电子等相关的工程问题，设计合适的研究方案，并建立合适的数学模型。(对应毕业要求2)
3、综合运用微分方程、传递函数、根轨迹、频率特性等技术，针对具体的工程问题进行观测，分析判定系统稳定性和性能指标，并能明确其中的关联因素和本质特征。(对应毕业要求4)
4、能够采用现代工程工具对自动化领域的复杂工程问题进行分析，对控制系统特性进行预测和校正，并分析其与实际系统的差别。(对应毕业要求5)
四、课程对培养方案中“毕业要求”的支撑
1．问题分析：能够应用数学、控制理论和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析工业过程控制、电气控制等相关领域的复杂工程问题，以获得有效结论。（对应毕业要求2.3。）
2．设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的自动化系统、单元或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（对应毕业要求3.2）
3．研究：能够基于科学原理并采用科学方法对工业过程控制、电气控制等相关领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。（对应毕业要求4.2）
4．职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。（对应毕业要求8.2）
5．沟通：能够就工业过程控制、电气控制等相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（对应毕业要求10）
6．终身学习：具有自主学习和终身教育的意识，有不断学习和适应发展的能力。（对应毕业要求12.1）
五、教学内容、基本要求与学时分配
教学内容：
第一章 绪论
1．自动控制的基本概念和组成。
2．自动控制系统的分类。
3．自动控制系统的发展历史。
4．对自动控制系统的基本要求及本课程研究内容与学习方法。t
教学要求：讲述本课程的教学目标以及本课程在本专业人才培养的地位、作用和任务。
理解控制系统的工作原理和开环控制与闭环控制的概念；掌握反馈控制系统的基本组成、自动控制系统的基本类型和对控制系统的基本要求。t
学时：4t
教学方式：OBE教学+讨论t
对应课程目标：1
教学内容：
第二章 系统的数学模型
1．控制系统微分方程。
2．传递函数，传递函数方框图及其简化。
3．自动控制系统的传递函数。
4．信号流图。
5．脉冲响应函数。
6. 典型反馈控制系统的传递函数。t掌握拉氏变换的含义及方法；
教学要求：
对于线性定常系统，能够列写其微分方程，会求其传递函数，会画其函数框图，并掌握框图的变换及化简方法；掌握信号流图及梅逊公式的应用。掌握典型反馈控制系统传函的求解。t
学时：12t
教学方式：案例式教学+研讨式教学t
对应课程目标：2，3
教学内容：
第三章 自动控制控制系统的时域分析
1．典型输入信号和阶跃响应性能指标。
2．一阶系统的动态性能指标。
3．二阶系统的动态性能指标。
4．高阶系统的动态性能。
5．稳定性和代数稳定判据。
6．稳态误差分析。
7．基本控制规律的分析。t
教学要求：
掌握一阶及二阶系统的阶跃响应；
掌握二阶系统的其他输入信号下的时间响应；
了解其它输入信号下的高阶系统时间响应；
掌握稳定性和代数稳定判据；
掌握不同系统在不同输入情况下的稳态误差分析与计算。
了解基本控制规律。
学时：12
教学方式：案例式教学+研讨式教学t
对应课程目标：3
教学内容：
第四章 根轨迹分析法
1．根轨迹的基本概念。
2．绘制根轨迹的基本法则。
3. 控制系统根轨迹的绘制。
4．求取闭环极零点的方法。
5. 开环极零点对根轨迹的影响。
6． 控制系统根轨迹法分析举例。t
教学要求：
掌握根轨迹的基本概念；
熟练掌握根轨迹法绘制方法；
熟练掌握控制系统的根轨迹法分析方法；
了解根轨迹法极点配置设计方法。
学时：6t
教学方式：案例式教学+研讨式教学t
对应课程目标：3
教学内容：
第五章 频率特性分析法
1．频率特性的基本概念。
2．频率特性的几种图示方法。
3．典型环节的频率特性。
4．系统的开环频率特性。
5．Nyguist稳定判据。
6．稳态裕度。
7．利用开环频率特性分析系统性能。
8．利用闭环频率特性分析系统性能。t
教学要求：
掌握频率特性的基本概念；
熟练掌握开环系统频率特性的绘制；
熟练掌握奈奎斯特稳定性判据；
熟练掌握稳定裕度和波特图；
掌握闭环系统频率特性的绘制和闭环系统性能分析。
学时：12t
教学方式：案例式教学+研讨式教学t
对应课程目标：3
教学内容：
第六章 自动控制系统的校正
1．控制系统校正的基本概念。
2．常用校正装置及其特性。
3．自动控制系统的频率法校正。
4．串联校正装置的根轨迹法设计。
5．串联校正装置的期望对数频率特性设计。
并联校正装置设计。t
教学要求：
熟悉校正装置的特性；
熟练掌握校正装置的根轨迹综合；
熟练掌握频率法串联校正装置的综合；
掌握频率法并联装置的综合。
学时：10
教学方式：案例式教学+研讨式教学t
对应课程目标：4
六、课程教材及参考书目
[课程教材]：
黄坚等编著，《自动控制原理及其应用》（第4版），高等教育出版社，2014年
[课程主要参考书]：
胡寿松主编，《自动控制原理》（第5版），科学出版社，2011 年
R. C. Dorf and R. H. Bishop著，谢卫红 译Modern Control System，高等教育出版社
七、实验教学目的
1、能够应用控制理论的基本原理对相关的控制工程问题建立数学模型，设计模型参数。(对应毕业要求4)
2、能够根据相关控制工程问题的数学模型，采用半实物仿真等形式设计研究与实验方案，搭建实验系统进行实验，验证设计方案和结果的正确性。(对应毕业要求4)
八、实验教学内容及要求
1、循序渐进控制系统设计--建模及参数测量
①掌握控制系统中各典型环节的计算机模拟及其参数的测定方法；
②测量典型环节的阶跃响应曲线以及了解参数变化对环节输出性能的影响；
2、循序渐进控制系统设计--瞬态响应和稳定性分析实验
① 熟悉常用自动控制系统的结构原理、建模方法和数据采集方法；
② 观测系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
3、循序渐进控制系统设计--频率特性测量与传递函数
① 用计算机仿真实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。
② 用计算机仿真实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。
③ 根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。
④ 将方法应用到循序渐进设计系统中求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。
4、远程实验-液位温度控制系统
首先熟悉远程实验系统平台的操作方法
① 观测未校正系统的稳定性和动态特性。
② 按动态特性要求设计PID控制器。
③ 观测加PID控制后系统的稳定性和动态特性，并观测PID参数改变对系统性能的影响。
④ 对线性系统串联校正进行计算机仿真研究，并对实验结果与数字仿真结果进行比较研究。
⑤ 在温度控制系统上设置参数观察校正前后控制效果。
九、实验教学安排
序号t 实验项目t 实验学时 t 实验类型t 课程目标
1t循序渐进控制系统设计--建模t t 2 综合t 2
2 循序渐进控制系统设计--时域响应 t2t 综合 t 2
3t循序渐进控制系统设计--跟轨迹 t2t 综合t 2
4 循序渐进控制系统设计--频率特性 2 综合 2
5t线性系统串联校正实验-温度控制系统设计t2t 综合 t 1，2
十、实验成绩考核与评定
据学生的实验动手能力及实验报告，按百分制给出成绩。