自动控制原理是控制类学科有关专业的核心课程,它是讨论各类自动控制系统共性问题的一门技术科学。本课程依托我专业所编著国家级规划教材《自动控制原理》(高等教育出版社,第二版)为基础,精讲自动控制原理的基本概念、理论和方法,结合实验、竞赛及科研内容,通过案例分析进一步将控制理论进行拓展和综合。本课程适用于本科教学、竞赛科研使用,既可为学生课程学习提供进一步的帮助,加深和提高同学们对课程理论知识的理解;同时,又可帮助大家在竞赛、科研以及面试时增强对自动控制系统的整体分析和设计能力,亦是工程技术人员自学相关理论的好帮手。
本课程主讲团队包括多位经验丰富的老师,不同于传统的“原理灌输-练习题”的教学模式,本课程采用“提问-原理-案例-讨论”的反转式教学架构。为了保持学习者的注意力,知识点的讲解尽量从提出问题入手,接着融入十分精简的原理讲解,引导大家一步步解决问题,从而达到提高学习者对原理的理解和实践应用能力。我们希望通过本课程的学习,学习者能够真正理解自己在学什么?学了有什么用?能解决什么样的问题?如何解决这些问题?原理与实践间是怎样的关系?
除了让学习者掌握基本控制理论外,本课程旨在提高学习者解决实际问题的能力,课程中引入了包括速度反馈直流调速系统建模及仿真、双闭环直流调速系统设计及调试、RoboMaster机器人底盘控制以及平衡车控制等多个案例,并对各个案例进行了深入分析;还引入了我们基于Python自主开发的浸入式交互探索平台,包含系统模型转换、系统时域,频域分析、串联PID校正、非线性系统等多个功能模块,可方便学习者对课程原理进行自主探索和验证,辅助同学进行理解;此外本课程开设专题讨论课,并选择适宜的主题,让参与的同学按组讨论,并提交制作的PPT。由学习者自主票选,得票最高的几位可以留在精华区或置顶,供其他同学参考和学习。以此促进小组式和游戏式学习,并形成组间竞争,提高大家学习的挑战度和主动性。
1. 引导学习者自主探究以掌握自动控制的理论基础;
2. 具备一定的控制系统定性分析、定量估算、系统校正和仿真的能力;
3. 为相关专业课学习和从事工程实践打下必要的基础。
第1章 课程介绍及绪论
知识点1 课程介绍
知识点2 绪论
第1章课程作业
第1章单元测验
第2章 控制系统的数学模型
知识点1 输入输出微分方程的建立与线性化
知识点2 传递函数
知识点3 结构图化简以及传递函数
第2章课程作业
第2章单元测试
第3章 线性控制系统时域分析
知识点1 线性控制系统的暂态响应特性
知识点2 控制系统的稳定性
知识点3 线性控制系统的稳态误差
第3章单元测试
第3章课程作业
第4章 根轨迹分析法
根轨迹的意义、绘制及分析方法
第4章单元测试
第4章课程作业
第5章 频域响应分析法
知识点1 频率特性与幅相频率特性的绘制
知识点2 典型环节的频率特性与伯德图的绘制
知识点3 Nyquist稳定判据
知识点4 控制系统的稳定裕量、暂态和稳态性能的分析
第5章课程作业
第5章单元测试
第6章 控制系统综合及案例分析(一)
知识点1 综合的概念以及希望开环频率特性的特点
知识点2 串联校正中的超前校正
知识点3 滞后校正、滞后超前校正以及PID简介
知识点4 速度反馈直流调速系统建模及仿真案例
知识点5 双闭环直流调速系统设计及调试案例
知识点6 RoboMaster机器人底盘控制案例
第6章课程作业
第6章单元测验
第7章 线性系统的结构分析
知识点1 状态空间表达式及其与传递函数间的关系
知识点2 状态空间表达式的解及可控可观性
第7章课程作业
第7章单元测验
第8章 控制系统综合及案例分析(二)
知识点1 状态反馈及观测器
知识点2 智能平衡车竞赛综合案例1
知识点3 智能平衡车竞赛综合案例2
知识点4 智能平衡车竞赛综合案例3
知识点5 智能平衡车竞赛综合案例4
第8章课程作业
第8章单元测验
第9章 离散控制系统
知识点1 线性离散控制系统及其与连续系统间的关系
第9章课程作业
第9章单元测验
第10章 非线性控制系统
知识点1 非线性系统的特点
知识点2 基于相平面的非线性系统分析
第10章课程作业
第10章单元测验
电路原理、线性代数、复变函数、信号与系统,电机拖动等相关知识
1. 总分设置
单元测验占10%,单元作业占25%,讨论占20%,考试占45%;
本课程按百分制计分,分为合格证书和优秀证书:1)合格证书要求:60分-79分;2)优秀证书要求:80分-100分。
2. 题型设置
单选题:每题2分,答对2分,答错0分;
多选题:每题3分,答对3分,答错0分;
判断题:每题2分,答对2分,答错0分;
问答题/分析题/计算题:依具体情况设分。
3. 评分标准
1)作业互评最少需要完成5次;
2)互评完成度的奖惩计分规则为:
a.未参与互评的学生将给予原所得分数的50%;
b.未完成互评的学生将给予原所得分数的80%;
c.全部完成互评的学生将给予原所得分数的100%;
3)多次提交有效得分为最后一次的成绩。
教材:
《自动控制原理》第二版,黄家英,高教出版社,2010年;
参考书:
《现代控制系统》第13版,(美)Richard C. Dorf,Robert H. Bishop 著,谢红卫 等译,电子工业出版社,2018年;
《自动控制原理》第二版,程鹏,中国人民大学出版社,2014年。
《自动控制原理》第二版,吴麒,清华大学出版社,2015年。
《自动控制原理》 第七版,胡寿松,科学出版社,2019年。
《电机拖动自动控制系统-运动控制系统》第四版,阮毅和陈伯时,机械工业出版社,2017年。