《自动控制原理与应用》自动控制原理（郭卉）大纲.docx

1、自控原理课程教学大纲课程编号：QS40315课程类型：专业(技能)课课程名称：自控原理学时学分：48学时，3学分（其中：理论 32学时，实践 16学时）适用专业：电气自动化专科自主学习：0开课单位：智能制造学院开课时间：第4学期一、课程定位自控原理是高职院校自动化专业的专业必修课程，其目的是引导学生理解和掌握其基本理论知识，指导学生运用自控理论的思想和方法对实际工程系统进行综合分析，逐步培养学生解决自动控制系统调试与维护方面实际问题的能力，达到电气从业人员从事相关工作的基本要求。二、课程目标通过本课程的学习，使学生理解和掌握现代自动控制原理的基本理论知识，启发和引导学生灵活自如地运用所学知识分

2、析解决实际问题，为后续专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础，掌握必要的基本技能。1. 知识目标（1）掌握自动控制系统的基本概念、基本结构、工作原理；（2）正确理解自动控制系统的数学模型； （3）掌握积分变换等数学工具；（4）掌握系统性能分析和PID控制方法。2.能力目标（1）能够运用仿真软件对自动控制系统进行时域和频域性能分析（2）能够分析自动控制系统性能；（3）能够建立和简化系统的数学模型；（4）能够分析与解决典型的工程实际问题。3.素质目标（1）培养诚实守信、爱岗敬业的精神；（2）培养严谨、踏实的工作作风；（3）培养学生的团队协作精神和安全意识。三、教学内容与要求序号教学内容教学要求

3、建议学时重点难点教学方法和手段1自动控制基础理论自动控制系统的分类自动控制系统性能的基本要求1.了解自控理论的发展历史2.掌握自动控制基本原理3.了解控制系统的分类4.掌握系统性能的基本要求6重点：1.系统工作原理分析2.系统性能的基本要求讲授、演示2典型元部件的数学模型及时域响应1.掌握线性系统的数学模型2.掌握拉氏变换3.掌握齿轮减速器、水箱、测速电机、单容水箱及输水管道的数学模型及时域响应6重点和难点：1.系统的数学模型2.各类典型元部件的数学模型及时域响应讲授、演示3实验1：典型环节电路仿真和时域特性测试1.能够建立比例、积分、微分环节的数学模型2.能够得到各环节的阶跃、脉冲或斜坡响应

4、曲线3.能够归纳出各环节参数对时域响应的影响4重点：1.建立各环节的数学模型难点：1.得到各环节的阶跃响应曲线实验4LED光强控制系统时域性能分析及PID控制1.掌握LED光强开环系统时域分析2.掌握LED光强闭环系统的PID控制6重点及难点：1. LED光强开环系统时域分析2. LED光强闭环系统的PID控制讲授、演示5实验2：LED光强控制系统的PID控制仿真及时域性能分析1.正确操作设备、仪器，独立完成光强闭环控制系统PID控制实验2.能够总结比例系数、积分和微分时间常数对系统性能的影响4重点和难点：1.独立完成实验2.总结实验结果实验6直流电动机控制系统性能分析及PID控制器参数整定1

5、.掌握直流电动机控制系统数学模型及时域性能分析2.掌握直流电动机控制系统频域性能分析3.掌握直流电动机控制系统PID控制器参数整定6重点：1.时域性能分析2.PID控制器参数整定难点：1.频域性能分析讲授、演示7实验3：直流电动机控制系统时域及频域性能分析及PID控制器参数整定1.独立完成直流电动机控制 系统的仿真实验2.通过仿真得到其开环性能指标和稳定裕度3.正确操作设备、仪器，独立完成直流电动机闭环控制系统搭建，测量出CHR整定法的参数并对系统进行整定4重点和难点：1.直流电动机控制系统的仿真2.PID控制器参数整定实验8直流伺服电动机控制系统性能分析及校正1.掌握直流伺服电动机数学模型及

6、时域性能分析2.掌握直流伺服时机控制系统基于频域法的校正4重点和难点：1.直流伺服电动机的时域、频域性能分析2.直流伺服电动机频域法校正讲授、演示9实验4：直流伺服电动机控制系统串联校正1.独立完成直流伺服电动机的仿真实验2.得到系统的阶跃响应曲线3.找出系统的主导极点，对系统进行降阶处理4.完成直流伺服电动机的串联校正4重点和难点：1.直流伺服电动机控制系统的降阶2.直流伺服电动机的串联校正实验10复习4讲授合计48 1.备课准备提前了解所授课班级学生学习的基本情况，提前了解实验课程所使用设备及实验内容。2.课后答疑第一次上课与学生预定答疑时间、地点等，与全体学生或学生干部、课代表建立通畅的

7、信息沟通渠道，及时了解学生学习中遇到的问题和困难并给予指导。并在答疑的过程中收集学生对本次课的反馈信息，作为后续授课方法、思路调整的依据。四、实践教学该课程的实践教学类型为实验，每组1人，实验室仪器设备使用说明及安全注意事项见实验指导书。项目一：典型环节电路仿真和时域特性测试（建议学时：4学时）1.目的和要求得到各典型环节的各类响应曲线，归纳各环节参数对时域响应的影响。2.内容和步骤：（1）创建水箱系统积分环节的Simulink仿真模型，运行并观察积分环节各类响应波形 （2）搭建积分环节的模拟电路，观察示波器随信号发生器的变化（3）创建测速电机微分环节的Simulink仿真模型，运行并观察微分

8、环节各类响应波形（4）创建惯性环节的Simulink仿真模型，运行并观察惯性环节各类响应波形项目二：LED光强控制系统的PID控制仿真及时域性能分析（建议学时：4学时）1.目的和要求完成光强闭环控制系统PID控制.能够总结比例系数、积分和微分时间常数对系统性能的影响。2.内容和步骤：（1）搭建光强控制系统，观察记录系统的输入输出量，得到系统的单位阶跃响应曲线（2）增大比例控制器的比例系数，观察光强控制系统输出量的变化（3）搭建光强闭环控制系统，观察记录其在比例积分控制作用下的输入输出量（4）观察记录其在比例微分控制作用下的输入输出量项目三：直流电动机控制系统时域及频域性能分析及PID控制器参数

9、整定（建议学时：4学时）1.目的和要求得到直流电动机控制系统的开环性能指标和稳定裕度，完成其闭环系统搭建，测量CHR整定法的参数并对系统完成整定。2.内容和步骤：（1）根据直流电动机的传递函数，在Matlab中绘制其单位阶跃响应曲线（2）绘制直流电动机的伯德图（3）计算系统的稳定裕度（4）搭建直流电动机控制系统，根据CHR法提供的经验公式，计算PID控制的最优比例系数、积分时间常数和微分时间常数项目四：直流伺服电动机控制系统串联校正（建议学时：4学时）1.目的和要求得出直流伺服电机系统的阶跃响应曲线，找出系统的主导极点，对其进行降阶处理，完成直流伺服电机的串联校正。2.内容和步骤：（1）根据直

10、流伺服电机开环和闭环控制系统的传递函数，分别绘制其单位阶跃响应曲线（2）根据直流伺服电机开环传递函数，绘制其伯德图（3）计算串联超前校正电路的传递函数，绘制校正后的伯德图（4）计算串联滞后校正电路的传递函数，绘制校正后的伯德图五、考核及成绩评定方式1.考核方式考试2.成绩评定办法（1）成绩评定构成：课堂表现20%实验报告成绩20%+期末成绩60%总成绩（2）成绩评定细则：出勤及课堂表现：缺勤率超过三分之一的学生，取消考核资格；老师根据学员在平时课堂上的表现（包括是否认真听讲，是否踊跃提出问题，是否能按要求完成课堂练习等）给出相应的成绩。实践报告：学生应根据实验内容提交实验报告，根据实验报告计算

11、出实验平均成绩。期末成绩：总分为100分，内容涵盖课程大纲的全部内容。六、与其他课程的联系1.先修课程高等数学、电路原理、电工电子技术2.后续课程电机控制技术、可编程控制器、工业控制网络集成七、教材及参考资料1.推荐教材：郭卉.自动控制原理.西安电子科技大学出版社.20182.参考资料：1 胡寿松.自动控制原理基础教程, 科学出版社, 2013.2 孔凡才.自动控制原理与系统, 机械工业出版社, 2007.3 白淑贤.自动控制原理与仿真, 上海交通大学出版社, 2012.执笔人： 日 期：2022年08月19日 系（教研室）审核： 日 期：2022年08月19日教学单位审核： 日 期：2022年08月19日4