spContent=导弹能准确命中目标，人造卫星能按预定的轨道运行并返回地面，天宫二号能与神舟十一号飞船成功交会对接，嫦娥三号探测器能成功软着陆月球，蛟龙号载人潜水器能成功深潜并收回，都离不开高水平的自动控制技术。目前，自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。本课程将为你讲述自动控制的基本概念和原理，以及自动控制系统的各种分析与设计方法。
导弹能准确命中目标，人造卫星能按预定的轨道运行并返回地面，天宫二号能与神舟十一号飞船成功交会对接，嫦娥三号探测器能成功软着陆月球，蛟龙号载人潜水器能成功深潜并收回，都离不开高水平的自动控制技术。目前，自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富和提高了人民的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。本课程将为你讲述自动控制的基本概念和原理，以及自动控制系统的各种分析与设计方法。
—— 课程团队
课程概述
"自动控制原理"是电气信息类各专业的专业基础课程，其教学目标是使学习者清晰地建立起线性反馈控制系统的基本架构和基本概念，掌握自动控制的基本理论及其工程分析和设计方法，学会利用经典控制理论的工程方法，即时域法、频率特性法、根轨迹法来分析、设计自动控制系统。培养学习者运用基本理论解决工程实际问题的能力，并为学习后续有关课程准备必要的知识，有助于学习者综合能力和整体素质的提高。
课程主要教学内容包括系统在三域（时域、复域、频域）中的数学模型、系统分析的三要素（稳定性、稳态特性、动态特性）、以及控制系统的设计方法。具体教学内容包括自动控制系统概述及系统原理框图的绘制、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、控制系统的复域分析（根轨迹法）、控制系统的频域分析（频率响应法）以及控制系统校正装置的设计。
本课程面向高等学校工科各专业，如电子信息类、机械工程类、电气工程类、仪器仪表类等专业本科生，以及相关领域专业技术人员。
授课目标
理解自动控制系统的基本概念。
掌握实际工程系统数学模型的建立方法。
掌握控制系统的分析与设计方法，并能将其运用于实际工程系统。
课程大纲
绪论
课时目标：理解自动控制的基本概念，了解自动控制的历史与现状、及其与人类文明进步的关系。了解自动控制系统的基本组成和分类，掌握常见控制系统原理框图的绘制。
1.1 初识自动控制
1.2 自动控制发展简史
1.3 身边的自动控制系统
1.4 自动控制系统的分类
控制系统的数学模型
课时目标：初步掌握建立电学系统、机械系统数学模型（微分方程、传递函数）的基本原理和方法。了解方块图化简的基本法则，能够通过方块图化简求取系统闭环传递函数。掌握利用Mason增益公式求取系统闭环传递函数的方法。
2.1 数学模型简介
2.2 时域数学模型——微分方程
2.3 复域数学模型——传递函数
2.4 方块图
2.5 信号流图及Mason增益公式
自动控制系统的时域分析
课时目标：理解稳定性的基本概念，掌握Routh稳定判据及其应用。掌握控制系统稳态误差的求取方法。熟练掌握二阶系统动态响应指标的计算。了解高阶系统动态响应指标的求取方法。
3.1 典型测试信号
3.2 稳定性的基本概念
3.3 Routh稳定性判据
3.4 Routh稳定性判据的应用实例
3.5 控制系统的稳态特性
3.6 稳态误差计算
3.7 控制系统的动态响应指标
3.8 二阶系统的动态响应
3.9 高阶系统的动态响应
根轨迹法
课时目标：了解根轨迹的定义，以及幅值条件和相角条件。掌握根轨迹的绘制方法。以及基于根轨迹的稳定性分析。了解开环零极点的变化对根轨迹的影响。
4.1 根轨迹的基本概念
4.2 绘制根轨迹的基本原则
4.3 根轨迹的绘制及稳定性分析
4.4 开环零极点的变化对根轨迹的影响
线性系统的频域分析
课时目标：了解控制系统频率特性的基本概念（定义、表示方式），以及极坐标图、对数频率特性图的绘制方法。掌握频域的稳定性分析方法—Nyquist稳定性判据。掌握基于频率特性的性能分析方法。熟练掌握基于对数频率特性图的传递函数求取方法。
5.1 频率特性
5.2 极坐标图
5.3 对数频率特性图
5.4 对数频率特性的绘制方法
5.5 奈氏稳定性判据
5.6 Bode图上的奈氏判据
5.7 基于频率特性的性能分析
5.8 闭环频率特性
5.9 频率特性测试和传递函数求取
线性控制系统的设计
课时目标：了解经典控制理论系统校正的一般方法以及串联校正、反馈校正、前馈校正的基本概念。熟练掌握基于Bode图的相位超前校正、相位滞后校正、相位超前—滞后校正方法。了解PID控制以及PID参数整定方法。
6.1 控制系统的校正方法
6.2 相位超前校正
6.3 相位滞后校正
6.4 相位超前-滞后校正
6.5 PID控制
6.6 PID参数整定
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预备知识
参考资料
翁正新，田作华等，工程控制基础(第2版)，清华大学出版社，2016年9月，ISBN：978-7-302-44619-4
杨明，翁正新，工程控制基础习题解答，清华大学出版社，2015年6月，ISBN：978-7-302-38434-2
R. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern control systems (13th ed.), Pearson Education, Inc., 2016, ISBN-13: 978-0-13-440762-3
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