课程概述

       本课程是一门面向工程应用、实践性较强的课程，也是后续学习运动控制系统、过程控制、飞行器控制、机器人设计与实践、无人机控制等课程的基础，在培养学生控制系统综合分析能力、综合设计能力等方面占有重要地位。本课程重点讲授三个部分内容：一是通过分析控制系统的输入信号、设计指标等，讲授构建控制系统的方法；二是分析解决控制系统设计中的主要问题，如谐振及滤波、扰动抑制等；三是结合实例讲授几种典型的控制系统设计方法，如伺服系统、调节系统等。通过本课程的课堂教学、后续的实验及计算机仿真等教学环节，着重培养学生进行控制系统设计的综合应用能力，以及控制工程科学知识的应用能力，增加创新意识，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。

证书要求

本课程教学环节包括：课堂授课；课堂提问；思考题；答疑；复习总结；考试。

1. 课堂授课

（1）采用启发式教学，通过提问和互动激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。典型的比如指令信号分析，系统灵敏度等。

（2） 采用CAI 课件、网络视频等多种辅助方式增强教学的直观性，提高课堂教学信息量，加深同学们的理解。典型的比如扰动响应、谐振抑制等。

（3）采用案例教学方式，通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合，学会应用自然科学和工程科学的基本原理，进行机理研究、仿真分析、实验验证等，进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。典型的比如火炮随动系统、化工厂物料控制等等。

（4）采用互动式教学，增加师生之间的面对面交流，提高学习效果。

2. 课堂提问：针对讲课的有关内容提问，同时适当展开讨论，引导同学进行独立思考。

3. 思考题：给学生留适当思考题引导学生思考和复习。

4. 答疑：单独时间进行答疑，对同学进行辅导。

5. 复习总结：课程结束后利用1课时左右的时间进行复习，对课程的有关问题和内容进行复习，使学生形成一个整体概念。

6. 考试：闭卷笔试。考试成绩：平时+作业20分；考试80分。



预备知识

       如果在本课程之前有过电路、模电、数电、计算机组成原理、自动控制原理、大学物理、信号与系统、自动控制元件等相关课程的学习经历，将对本课程的相关部分内容的学习有较大的帮助。

授课大纲

第1周 第一章绪论

1.01 什么是自动控制系统

1.02 自动控制系统的分类

1.03 自动控制系统的基本要求

1.04 自动控制的发展史

第一章绪论测试

第1周 第二章 数学模型1

2.01 数学模型的引出

2.02 微分方程模型

第2周 第二章 数学模型2

2.03 非线性微分方程的线性化

2.04 控制系统的传递函数

2.05 典型环节的传递函数

2.06 结构图的绘制

第3周 第二章 数学模型3

2.07 结构图等效变换准则

2.08 结构图等效变换的应用

2.09 信号流图

2.10 梅逊公式

第2章总测试

第4周 第三章 时域分析1

3.01 线性系统时间响应的性能指标

3.02 一阶系统的时域分析

3.03 二阶系统的时域分析

3.04 欠阻尼二阶系统的动态性能分析

第5周 第三章 时域分析2

3.05 二阶系统性能的改善

3.06 高阶系统的时域分析

3.07 线性系统的稳定性

3.08 稳定性的赫尔维茨判据

第6周 第三章 时域分析3

3.09 劳斯判据

3.10 稳态误差的定义域求取

3.11 稳态误差的减小与消除

第7周 第四章 根轨迹法1

4.1 根轨迹法的基本概念

4.2 普通根轨迹的绘制1

4.2 普通根轨迹的绘制2

4.2 普通根轨迹的绘制3

第3章测试题

测试

第三章时域分析测试

第8周 第四章 根轨迹法2

4.2 普通根轨迹的绘制4

4.3 正反馈根轨迹的绘制

4.4 参数根轨迹的绘制

4.5 基于根轨迹法的系统分析

第4章测试

第4章测试公告

第四章根轨迹法总测试

第9周 第五章 频域分析1

5.1 频率特性的基本概念

5.2 幅相频率特性曲线的绘制（一）

5.3 幅相频率特性曲线的绘制（二）

5.4 对数频率特性曲线的绘制（一）

第10周 第五章 频域分析2

5.5 对数频率特性曲线的绘制（二）

5.6 奈奎斯特稳定判据

5.7 控制系统的相对稳定性

5.8 闭环频域特性及时域频域指标

第11周 线性系统的校正方法1

6.1 综合与校正的基本概念

6.2 常用校正装置及其特性

6.3 串联校正

第5章测试公告

公告

第五章频域分析总测试

第12周 线性系统的校正方法2

6.4 串联校正实例分析

6.5 期望频率特性法校正

6.6 反馈校正

第6章测试

测试公告

第六章 线性校正总测试

参考资料

(1) 王广雄，何朕. 控制系统设计. 清华大学出版社. 2008

(2) 控制系统设计实验指导书.

(3) George Ellis. 刘君华，汤晓君译. 控制系统设计指南. 电子工业出版社. 2006年

(4) Sigurd Skoestad，Lan Postlethwaite. 韩崇昭，张爱民等译. 多变量反馈控制分析与设计. 西安交通大学出版社. 2011.12

(5) Graham C.Goodwin,Stefan F.Graebe,Mario E.Salgado著 控制系统设计. 清华大学出版社. 2002

(6) 裴润、宋申民：自动控制理论   哈尔滨工业大学出版社

(7) 胡寿松：自动控制原理（第六版） 科学出版社出版社 

(8) J.Dazzo、C.Houpis：Linear Control System Analysis and Design（第四版） 清华大学出版社

(9) 梅晓榕, 柏桂珍, 张卯瑞. 自动控制元件及线路（第五版）. 科学出版社. 2013

常见问题

课程难点：掌握控制系统设计中的主要问题及解决方法。

课程重点：通过一些实际问题的分析是同学们达到理论与工程实践相结合，学会应用自然科学和工程科学的基本原理，进行机理研究、仿真分析、实验验证等，进而培养同学们分析和解决本领域相关工程问题的思维方法和实践能力。