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自动控制理论

发文时间：2025-07-04 撰稿人：

M307009B 自动控制理论

（3.5学分，56学时；专业教育平台/专业核心必修课程；适用专业：电气工程及其自动化；先修课：微积分、复变函数与积分变换、电路、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统）

本课程是电气工程及其自动化专业的专业核心课程，学习自动控制理论专业知识和技能，培养学生建立结合控制概念的系统观，学会用控制系统的思想解决工程问题。自动控制理论课程以系统建模、系统分析、系统综合为理论主线，以软件仿真和实验为辅助，其内容主要包括以传递函数为基础的控制系统建模方法、控制系统时域分析方法、根轨迹分析和频率特性分析与校正法、线性离散系统及非线性控制系统的分析方法。

课程教学内容和要求

1、理论教学内容和要求

序号	知识单元（章节）	知识点	教学要求	推荐学时	教学方式	支撑课程目标
1	自动控制理论概论	基本概念	了解自动控制系统的定义、组成等	0.5	讲授	1
		自动控制的基本方式和要求	了解开环与闭环、控制性能要求等基本概念	1	讲授	1
		自动控制理论发展历程及应用	了解自动控制理论的历史发展阶段和发展趋势；通过自动控制理论在电机、电力电子、电力系统、轨道交通、新能源等领域的典型应用，了解课程的意义。	0.5	讲授	1
2	控制系统的数学模型	微分方程、传递函数	掌握传递函数的定义和求法	3	讲授	2
		动态结构图与变换	掌握用框图表示控制系统的方法；理解框图变换及化简的方法	2	讲授	2、5
		自控案例之直流电机模型	直流电机的基本原理与模型	0.5	讲授	5
		应用软件进行建模及模型变换	掌握应用MATLAB/MWORKS等软件进行控制系统建模的方法	0.5	讲授	3
3	控制系统的时域分析	典型输入信号、时域性能指标、一阶系统分析	掌握时域的动态性能指标；掌握一阶系统的动态性能分析	2	讲授	2
		二阶系统分析及动态性能指标和改善	掌握二阶系统的动态性能指标计算方法；理解改善二阶系统动态性能的常用方法	3	讲授	2
		高阶系统分析	理解主导极点概念以及工程中应用主导极点进行系统分析的方法	1	讲授	2、5
		应用软件对系统动态性能分析；自控案例之直流电机动态性能分析	掌握应用MATLAB/MWORKS等软件求解控制系统动态性能指标的方法；利用软件建立直流电机动态仿真模型，了解系统参数对动态性能的影响	1	讲授	3
		劳斯判据与应用	掌握应用劳斯判据进行稳定性判别、稳定域分析的方法	2	讲授	2、5
		稳态误差计算与减小方法	掌握应用终值定理计算稳态误差的方法；掌握三种典型输入信号下系统稳态误差的分析方法	2	讲授	2、5
4	控制系统的根轨迹分析与设计	根轨迹及其方程、绘制根轨迹的基本原则	掌握根轨迹的定义和绘制法则	2	讲授	2、5
		用根轨迹法分析系统	理解如何应用根轨迹进行系统分析	2	讲授	2、5
		应用软件进行根轨迹分析和计算	掌握应用MATLAB/MWORKS等软件软件绘制根轨迹的方法	2	讲授	3
		控制系统复域设计	了解基于根轨迹的校正环节设计	0	自学	2
5	控制系统的频率特性分析	频率特性及其表示方法、典型环节的频率特性	掌握频率特性的定义及求法；掌握典型环节的频率特性	2	讲授	2
		开环频率特性绘制	掌握开环对数频率特性曲线的绘制方法；掌握Nyquist曲线的绘制方法	3	讲授	2、5
		奈氏判据、相角裕度和幅值裕度	掌握Nyquist稳定性判据；掌握相角裕度和幅值裕度的定义及求法；理解最小相位系统与非最小相位系统的概念	3	讲授	2、5
		应用软件求取系统的频率特性	掌握应用MATLAB/MWORKS等软件软件绘制频率特性曲线的方法	2	讲授	3
		开环频域性能指标与时域性能的关系	理解开环频域指标与时域性能指标之间的对应关系	2	讲授	2、5
6	控制系统校正	控制系统校正的基本概念	掌握常用的校正方式及结构	0.5	讲授	2、5
		基于频率特性的串联超前、滞后校正方法	掌握应用开环Bode图进行串联超前、滞后校正设计的方法	2	讲授	2、5
		PID控制	理解PID控制的基本概念	1.5	讲授	2、5
		自控案例之直流电机调速系统设计	掌握直流电机转速/电流双闭环控制环节设计方法	1	讲授	2、5
7	线性离散系统分析与设计	采样定理与应用、零阶保持器、脉冲传递函数	理解采样定理的基本概念；掌握零阶保持器的传递函数和特点；掌握脉冲传递函数的概念	2	讲授	2、5
		修正的劳斯判据及其应用、离散系统的动态性能和稳态误差分析	掌握离散系统稳定性判别的方法；掌握离散系统稳态误差的计算方法；了解离散系统动态性能分析的方法	3	讲授	2、5
		数字控制器的模拟化设计方法	理解数字式PID控制	1	讲授	2、5

2、实验教学内容和要求

序号	知识单元（章节）	知识点	教学要求	推荐学时	教学方式	支撑课程目标
1	控制系统的时域分析	典型输入信号、时域性能指标、一阶系统分析、二阶系统分析	1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系； 2. 掌握在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法； 3. 掌握阶跃响应的测试方法。	2	实验	4
2	控制系统的频率特性分析	频率特性及其表示方法、典型环节的频率特性	1.掌握频率特性的测试原理及方法； 2.学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。	2	实验	4
3	控制系统校正	基于频率特性的串联超前、滞后校正方法	1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法； 2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。	2	实验	4
4	能馈系统动态模拟实验	PID控制参数整定、采样定理与应用、数字控制器的模拟化设计方法	1. 了解PID控制的基本原理； 2. 信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农采样定理； 3. 数字PID的设计与实现	2	实验	4