自动控制原理与系统课程标准

长春汽车工业高等专科学校

自动控制原理与系统

课程标准

2010年01月05日

自动控制原理与系统课程标准

一、课程的性质与任务

本课程是电气自动化专业的必修课。教学任务是使学生建立自动控制系统的基本概念, 掌握自动控制系统分析、设计(校正) 的基本方法，初步掌握系统实验技能。为了适应职业教育侧重现场技术应用的特点, 本课程突出了与实际应用方面相关的知识, 减少了理论与计算方面的内容, 为从事高新技术工作打下坚实的基础。

1．知识性目标：

（1）明确控制系统的任务、组成及自动控制的基本概念，开环控制和闭环控制的基本原理和特点。

（2）理解系统的微分方程，认识系统的传函和系统的结构图，熟悉拉普拉斯变换，掌握典型环节的传函

（3）掌握时域分析法和频率特性法

（4）掌握系统的稳定性概念、系统的稳定必要条件、代数判据、对数频率判据、自动控制系统的稳定性分析。掌握系统稳态误差的概念、系统稳态误差的求法。掌握系统动态性能指标的求取、动态性能指标与对数开环频特的关系

（5）理解校正的概念和基本过程；明确串联校正、反馈校正和顺馈校正的作用，并掌握利用这些手段提高系统性能的方法 2．技能性目标：

（1）在理解有关自动控制系统的基本概念的基础上建立控制系统数学模型的基础上，掌握并灵活运用时域法频率法进行系统分析及正确的性能分析。

（2）掌握系统分析、校正的思路和方法，为日后控制系统的分析设计打下基础。

（3）重点掌握实际的恒值系统的控制。系统的调试过程中体现实际问题的解决能力。具有清晰的系统概念，具有控制方法的软件实现能力，系统各个环节硬件的设计能力，总体调试能力是我们改革的宗旨

3．关键能力目标：

具有系统综合调试的能力，能够解决调试中出现的问题，完成系统 二、课程设计思路

课程教学内容源于企业岗位典型工作任务。但经过科学提炼与教学设计；课程教学目标源于企业岗位知识技能要求。突出能力培养但不放弃对基本知识的理解以及基本知识与实践现象的紧密联系；课程教学的实训系统源于企业岗位工作对象。生产线及其设备，任务及其工艺流程引入教学。学习情境是企业工作环境的缩影与再现。课程采用项目式教学及多种教学方法并用，素质教育引入专业课教学，明确学生的学习目的，激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜能，保证课程教学任务的完成与教学目标的达到。

为了提高实际操作和现场调试方面的能力，本课程抛弃了自控理论中的数学抽象，尽量地给出自控系统的定性概念及常用典型系统的经验结论。要求在理解有关自动控制系统的基本概念，建立控制系统数学模型的基础上，掌握并灵活运用时域法频率法进行系统分析及正确的性能分析。掌握系统分析、校正的思路和方法，为日后控制系统的分析设计打下基础。实验重点放在实际的恒值系统的控制实现上。系统的调试过程中体现实际问题的解决能力。具有清晰的系统概念，具有控制方法的软件实现能力，系统各个环节硬件的设计能力，总体调试能力是我们改革的宗旨。

三、教学内容

项目一：自动控制系统概述 （一）项目内容： 1. 自动控制系统的组成

2. 自动控制控制开环和闭环控制 3. 自动控制系统的分类 4. 自动控制系统的性能指标 5. 自动控制系统的研究方法 （二）工作任务：

通过示例和实训，建立起系统的基本概念，初步掌握由系统工作原理图画出系统方块图的方法。掌握系统的性能指标，正确理解对控制系统稳、准、快的要求。

（三）课时：8学时

（四）学习目标：

明确控制系统的任务、组成及自动控制的基本概念。侧重讲述开环控制和闭环控制的基本原理和特点。

项目二：自动控制系统的数学模型

（一）项目内容：

1. 系统的微分方程建立数学模型 2. 系统的传函

3. 拉普拉斯变换概念和应用 4. 系统的结构图

5. 典型环节的传函和功能框

6. 自动控制系统的框图的变换、化简和系统闭环传函求取 （二）工作任务：

了解系统的实际输入输出对系统数学模型的一一对应关系 （三）课时：16学时 （四）学习目标：

理解系统的微分方程，认识系统的传函和系统的结构图，熟悉拉普拉斯变换，掌握典型环节的传函，掌握自动控制系统的框图变换和闭环传函的求取。

项目三：分析自动控制系统性能常用的方法

（一）项目内容：

1. 通过求解微分方程举例，分析典型一、二阶系统的响应特性 2. 频率特性的基本概念 3. 频率特性的表示方式 4. 典型环节的对数频率特性 5. 系统的开环对数频率特性 （二）工作任务：

通过示例及相关实验，理解时域分析法和频率特性法 （三）课时：16学时 （四）学习目标：

掌握时域分析法和频率特性法

项目四：自动控制系统的性能分析 （一）项目内容：

1. 自动控制系统的稳定性分析：系统稳定性概念；系统稳定性的充要条件；奈氏稳定判据和对数频率判据；稳定裕量与系统的稳定性；自动控制系统的稳定性分析举例

2. 自动控制系统的稳态性能分析：系统稳态误差的概念；系统稳态误差与系统型别、系统开环增益间的关系；系统稳态误差与输入信号间的关系；由系统的开环对数频率特性去分析系统的稳态性能；自动控制系统稳态性能分析举例

3. 自动控制系统的动态性能分析：系统跟随动态指标的求取及分析；跟随动态性能分析；系统动态性能与开环频率特性间的关系

4. 系统分析举例 （二）工作任务：

通过实训了解调节系统那些参数可改变系统的稳定性，了解调节那些参数可提高系统的控制精度，了解改变系统那些参数可改变系统的性能。 （三）课时：20学时 （四）学习目标：

掌握系统的稳定性概念、系统的稳定必要条件、代数判据、对数频率判据、自动控制系统的稳定性分析。掌握系统稳态误差的概念、系统稳态误差的求法。掌握系统动态性能指标的求取、动态性能指标与对数开环频特的关系

项目五：自动控制系统的校正(改善系统性能的途径) （一）项目内容：

1．校正装置：无源校正装置；有源校正装置

2．串联校正：比例(P)校正；比例-微分(PD)校正(相位超前校正) ；比例-积分(PI)校正(相位滞后校正) ；比例-积分-微分(PID)校正(相位滞后-超前校正)

3．反馈校正

4．顺馈补偿：扰动顺馈补偿；输入顺馈补偿；顺馈补偿应用举例

（二）工作任务：

掌握串联（超前/迟后/迟后-超前和PID ）校正的作用及方法 （三）课时：12学时 （四）学习目标：

理解校正的概念和基本过程；明确串联校正、反馈校正和顺馈校正的作用，并掌握利用这些手段提高系统性能的方法。了解三种串联校正的特点和适用范围，掌握基本的校正步骤。

项目六：恒温控制系统分析

（一）项目内容：

1．各组依据项目功能及各组员的实际情况进行项目分工，确定工作步骤，提交项目实施计划

2. 根据系统分析，通过C 语言编程，设置数学模型。 3. 根据数学模型，写出程序清单并下载调试。 4. 项目验收并书写项目报告 （二）工作任务： 分析恒温控制系统 （三）课时：18学时

（四）学习目标：

具有分析系统的技能和校正系统的参数的技能。

四、课时安排

五、教学条件说明

该课程是在自动化控制技术实训室完成的，本实训室是一个一流的职业教育教学、实训基地。它由计算机及网络同步教学系统、视频，音频和投影仪等多媒体教学系统以及自动化控制技术实训系统，即工业自动化生产加工系统模型等组成。计算机网络及多媒体教学系统由24台计算机及服务器构成的局域网同步教学系统和投影仪、音频、视频等多媒体教学系统组成。它为大信息量的现代化网络教学提供了保证，配以职业技能培养的教学实践平台，为学习、培训机械、气动、电子工程、自动化控制技术提供了一个良好的教学环境。

六、课程考核（评价）要求 （一）考试形式

本课程为考试课。采用试卷和项目测答并用。注重学生的实际应用能力和专业技能的测试。以创造性能力考核为主、常规作业设计和实际技能测试相结合的考评制度，促进学生创新能力的发展。

（二）成绩评定

学生“项目”的功能演示，性能测试、知识技能答辩的考评。占总分值得30﹪.

试卷考试主要考核学生本门课程基本知识、概念的掌握、编程能力。占总分值得70﹪。

七、课程实施建议

（一）教学组织

本课程采用项目教学法。课程教学内容分为16个具有实际功能的项目模

块。模块由浅入深，循序渐进。由老师给出各项目模块的功能任务，提出完成项

目的基本知识、技能要求和要提交的项目资料；学生5～6个人为一学习小组，选择一个项目，由组长组织大家根据功能给出设计方案；经老师确认后制定出项目实施计划、对组员进行项目分工，组织实施共同完成项目，在此期间老师及时帮助解决各小组在项目制作过程中出现的各类问题；最后由老师组织学生对各组项目进行功能演示、答辩，进行测评，完成知识技能的再归纳

（二）教学方法

在教学方式上，我们主要以体现培养学生职业能力，尤其是方法能力与社会人性化能力的“项目教学法”来完成课程教学，教学过程充分调动学生的学习积极性，主动性。他们是主体，老师给与辅导。这样不仅培养了学生的知识技能，而且培养了他们的团队合作能力、交流沟通的社会能力。学生们在实际项目完成的过程中达到本课程的教学目的。

（三）实践教学

本课程教学已经实现课堂与实践一体化教学模式。学生在实践过程中学习知识，训练技能，掌握技术。在“做中学，学中练，练中用，用中强”。最终达到课程教学目标。

八、使用教材说明 （一）教材

《自动控制系统原理与应用》主编. 孔凡才，机械工业出版社 （二）参考书目

《自动控制系统原理》主编. 孔凡才，机械工业出版社