《自动控制理论》课程简介 Automatic Control Theory 课程简介 本课程是电气学科大类平台的必修课程,适用于电气学科大类的电气工程及其 自动化、水利水电工程两个专业,为学科大类的主要技术基础课程。 理论课程教学为56学时β3.5学分;课程编码为0800319。采用英文原版教材、 双语授课。课程的实践环节有实验(包含在综合性实验课程“信号与控制综合实验 中),以及课程设计等。其先修课程有:微积分,线性代数,复变函数与积分变换, 电路理论,电机学I,信号与系统,等。 课程的教学目标 1.引导学生系统地掌握线性连续自动控制系统部分(包括经典控制理论和现代 控制理论)的基础理论、基本概念和基本分析综合方法; 2通过本课程的学习,训练和增强学生定性分析能力、定量计算能力、综合设 计和应用能力、数—形结合能力以及初步联系工程实际的能力。 3.通过学习自动控制的基本理论和方法,培养学生理论联系实际的能力,为学 习其它专业基础课、专业课打下坚实的基础。 二、课程组成员: 姓名课程组职称学位 职责 职务 熊蕊课程组长教授硕士理论及实验教学、课程及实验室建设
1 《自动控制理论》课程简介 （Automatic Control Theory） 一、 课程简介 本课程是电气学科大类平台的必修课程，适用于电气学科大类的电气工程及其 自动化、水利水电工程两个专业，为学科大类的主要技术基础课程。 理论课程教学为 56 学时/3.5 学分；课程编码为 0800319。采用英文原版教材、 双语授课。课程的实践环节有实验（包含在综合性实验课程“信号与控制综合实验” 中），以及课程设计等。其先修课程有：微积分，线性代数，复变函数与积分变换， 电路理论，电机学 I，信号与系统，等。 课程的教学目标： 1．引导学生系统地掌握线性连续自动控制系统部分（包括经典控制理论和现代 控制理论）的基础理论、基本概念和基本分析综合方法； 2.通过本课程的学习，训练和增强学生定性分析能力、定量计算能力、综合设 计和应用能力、数—形结合能力以及初步联系工程实际的能力。 3. 通过学习自动控制的基本理论和方法，培养学生理论联系实际的能力，为学 习其它专业基础课、专业课打下坚实的基础。 二、 课程组成员： 姓 名 课程组 职务 职 称 学 位 职 责 熊 蕊 课程组长 教 授 硕士 理论及实验教学、课程及实验室建设
段善旭 教授博士 理论教学 林 副教授博士 理论教学 张凯 副教授博士 理论教学 彭力 副教授博士 理论教学 张蓉 讲师硕士 理论教学 王彬 工程师学士 实验教学、实验室建设 三、基本教学内容与学时安排 反馈控制系统导论(4学时) Introduction to Feed back Control( 4 Hours 自动控制的概念和基本原理 反馈控制系统的基本组成 自动控制系统分类;开环控制与闭环控制的比较 自动控制的有关术语 自动控制系统的方框图 分析自动控制系统的步骤及要点 传递函数和方框图代数(4学时) Transfer Function and Block Diagram Algebra(4 Hours 建立时域数学模型(微分方程)和复域数学模型(传递函数) 传递函数的定义和性质 用结构图等效变换方法,或利用系统信号流图(梅森公式)求系统传递函数
2 段善旭 教 授 博士 理论教学 林 桦 副教授 博士 理论教学 张 凯 副教授 博士 理论教学 彭 力 副教授 博士 理论教学 张 蓉 讲 师 硕士 理论教学 王 彬 工程师 学士 实验教学、实验室建设 三、基本教学内容与学时安排 ⚫ 反馈控制系统导论（4 学时） Introduction to Feedback Control（4 Hours） 自动控制的概念和基本原理 反馈控制系统的基本组成 自动控制系统分类；开环控制与闭环控制的比较 自动控制的有关术语 自动控制系统的方框图 分析自动控制系统的步骤及要点 ⚫ 传递函数和方框图代数（4 学时） Transfer Function and Block Diagram Algebra（4 Hours） 建立时域数学模型（微分方程）和复域数学模型（传递函数） 传递函数的定义和性质 用结构图等效变换方法，或利用系统信号流图（梅森公式）求系统传递函数
一阶系统(1学时) First Order Systems( 1 Hour 阶系统介绍 一阶系统的时域响应分析:动态性能和稳态性能 常值反馈对一阶系统性能的影响 S平面零点与极点分析——实数零极点及其对应的动态响应 二阶系统(1学时) Second Order Systems(I Hour) 二阶系统的传递函数模型 二阶系统的自然频率和阻尼比 二阶系统时域性能指标 S平面零点与极点分析—复数零极点及其对应的动态响应 ●二阶系统的时域响应分析(2学时) Second Order System Time -Domain Response(2 Hours) 二阶系统∶抑制扰动与速度反馈(1学时) Second -Order Systems: Disturbance Rejection and Rate Feedback(1 Hour) 高阶系统(1学时) Higher Order Systems(1 Hour) 用 Evans形式和Bode形式表示的传递函数 将高阶系统近似为一阶或二阶系统 暂态响应中零点和极点的作用 零点的来源 ●系统类型:稳态误差以及复合控制(2学时)
3 ⚫ 一阶系统（1 学时） First Order Systems（1 Hour） 一阶系统介绍 一阶系统的时域响应分析：动态性能和稳态性能 常值反馈对一阶系统性能的影响 S 平面零点与极点分析——实数零极点及其对应的动态响应 ⚫ 二阶系统（1 学时） Second Order Systems (1 Hour) 二阶系统的传递函数模型 二阶系统的自然频率和阻尼比 二阶系统时域性能指标 S 平面零点与极点分析——复数零极点及其对应的动态响应 ⚫ 二阶系统的时域响应分析（2 学时） Second Order System Time – Domain Response (2 Hours) ⚫ 二阶系统：抑制扰动与速度反馈（1 学时） Second – Order Systems: Disturbance Rejection and Rate Feedback (1 Hour) ⚫ 高阶系统（1 学时） Higher Order Systems (1 Hour) 用 Evans 形式和 Bode 形式表示的传递函数 将高阶系统近似为一阶或二阶系统 暂态响应中零点和极点的作用 零点的来源 ⚫ 系统类型：稳态误差以及复合控制（2 学时）
System Type: Steady State Errors and Muriple Control Systems(2 Hours) 系统类型定义 输入信号种类 系统类型与稳态误差计算 消除误差的方法 Routh判据;根轨迹的幅值和相角方程(4学时) Routh Method, Root Locus: Magnitude and Phase Equations(4 Hours) 稳定性分析, Routh判据 根轨迹的幅值和相角方程 绘制根轨迹的法则(4学时) Rules for Plotting the Root Locus(4 Hours 用根轨迹法设计控制系统(2学时) System Design Using the Root Locus(2 Hours) 频率响应与 Nyquist图(4学时) Frequency Response and Nyquist Diagrams (4 Hours Nyquist稳定性判据(3.5学时) Nyquist Stability Criterion(3. 5Hours Nyquist分析与相对稳定性(0.5学时) Nyquist Analysis and relative Stability (0.5 Hour) Bode图(2学时 Bode Diagrams 2Hours ●Bode分析,稳定性,增益裕度和相角裕度(2学时) Bode analysis, Stability, and Gain and Phase Margins(2 Hours) ●相角超前校正(4学时) Phase Lead Compensation (4 Hours
4 System Type: Steady State Errors and Muriple Control Systems (2 Hours) 系统类型定义 输入信号种类 系统类型与稳态误差计算 消除误差的方法 ⚫ Routh 判据；根轨迹的幅值和相角方程（4 学时） Routh Method, Root Locus: Magnitude and Phase Equations (4 Hours) 稳定性分析，Routh 判据 根轨迹的幅值和相角方程 ⚫ 绘制根轨迹的法则（4 学时） Rules for Plotting the Root Locus (4 Hours) ⚫ 用根轨迹法设计控制系统（2 学时） System Design Using the Root Locus (2 Hours) ⚫ 频率响应与 Nyquist 图（4 学时） Frequency Response and Nyquist Diagrams （4 Hours） ⚫ Nyquist 稳定性判据（3.5 学时） Nyquist Stability Criterion（3.5Hours） ⚫ Nyquist 分析与相对稳定性（0.5 学时） Nyquist Analysis and Relative Stability (0.5 Hour) ⚫ Bode 图 （2 学时） Bode Diagrams （2Hours） ⚫ Bode 分析, 稳定性, 增益裕度和相角裕度（2 学时） Bode Analysis, Stability, and Gain and Phase Margins (2 Hours) ⚫ 相角超前校正（4 学时） Phase Lead Compensation (4 Hours)
●相角迟后和迟后超前校正(4学时) Phase Lag and lead-Lag Compensation(4 Hours ●状态空间描述(4学时) State-Space System Descriptions(4 Hours ●状态空间响应;可控性和可观测性(2学时) State-Space System Response, Controllability, and Observability(2 Hours 状态空间控制器设计(2学时) State-Space Controller Design(2 Hours) 状态反馈和输出反馈的结构 极点配置原理 状态反馈控制器设计 状态观测器设计(2学时) State-Space Observer Design(2 Hours) 四、教材及参考书 Morris dries." Linear Control System Engineering".1995,北京:清华大学 出版社(原版影印版),2000
5 ⚫ 相角迟后和迟后超前校正（4 学时） Phase Lag and Lead-Lag Compensation (4 Hours ) ⚫ 状态空间描述（4 学时） State-Space System Descriptions (4 Hours) ⚫ 状态空间响应；可控性和可观测性（2 学时） State-Space System Response, Controllability, and Observability (2 Hours) ⚫ 状态空间控制器设计（2 学时） State-Space Controller Design (2 Hours) 状态反馈和输出反馈的结构 极点配置原理 状态反馈控制器设计 ⚫ 状态观测器设计 （2 学时） State-Space Observer Design (2 Hours) 四、教材及参考书 Morris Dries． “Linear Control System Engineering” ．1995，北京：清华大学 出版社（原版影印版），2000