《自动控制理论（2）》核心课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号： AS32106
课程名称： 自动控制理论
英文名称：Theory of Automatic Control
课程学时：48 讲课学时：26 实验学时：12 上机学时：4 习题学时：6
课程学分：3.0
开课单位：航天学院控制科学与工程学科
授课对象：自动化专业、探测制导与控制专业大三本科生
开课学期：4春
先修课程：高等数学、复变函数、线性代数、电路、数字电子技术、模拟电子技术、大学物理、理论力学
二、课程目标
自动控制理论是控制类专业非常重要的一门核心课程。这门课主要讲解自动控制理论的基本原理、自动控制系统的分析方法与设计方法。
本课程的主要任务是培养学生掌握建立控制系统数学模型的方法，掌握分析与综合控制系统的几种方法：时域法、根轨迹法、频率法、状态空间法。掌握线性控制系统、非线性控制系统、连续系统、离散系统的分析和综合方法。
课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1.使学生懂得如何从科学与工程问题中提炼系统的概念、反馈的概念，形成闭环思维；
课程目标2.引导学生学习如何从机理或实验出发建立复杂工程问题或对象的数学模型；
课程目标 3.能运用本课程的所学知识对自然科学和工程问题中的系统进行性能分析和描述；
课程目标4.能运用本课程的所学知识对自然科学和工程问题中的系统进行综合设计及优化。
三、课程目标与毕业要求指标点对应关系
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标 |
1. 工程知识 | 1-1 能运用数学和自然科学对自动化领域复杂工程问题中的系统进行机理或实验建模 1-2 能运用数学和专业知识对复杂工程问题中的系统进行分析、设计和优化 | 课程目标1 课程目标2 |
2. 问题分析 | 2-1 能应用数学和自然科学基本原理，对自动化领域的复杂工程问题进行建模，并能检验模型的合理性 2-2 能从系统的角度识别和表达自动化领域的复杂工程问题中的需求、制约和冲突因素 | 课程目标3 |
3. 设计/开发解决方案 | 3-1 能够根据指标需求及约束因素，确定系统的总体设计方案 3-2 能够把对系统的总体性能指标或功能要求分解到各个单元，为器件选型提供依据 | 课程目标4 |
9.个人和团队 | 9-1 能胜任团队成员的角色和责任，完成团队分配的工作 9-2 能与团队其他角色或学科的成员进行有效的沟通、协作和信息共享 9-3 能够组织团队成员开展工作，发挥团队中每个角色的作用 9-4 能够通过协调和听取反馈，综合自己和团队其他成员的意见，进行合理决策 | 课程目标1 |
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
16 | 五、线性控制系统的设计与综合（16学时讲授+4学时习题）——续 4.基于根轨迹法的系统综合（4学时） （1）基于根轨迹法的串联超前校正（1学时） （2）基于根轨迹法的串联迟后校正（1学时） （3）习题课（2学时） | 掌握基于根轨迹法的系统综合方法 | 4 | 讲授 | 课程目标4 |
17 | 5.基于传递函数的离散系统的综合（4学时） （1）离散系统的模拟化设计（注：不含PID控制） （2）离散系统的离散化设计——Z域法 （3）习题课（2学时） | 掌握脉冲传递函数的离散系统综合方法 | 4 | 讲授 | 课程目标4 |
实验6 | 控制系统设计之三（离散系统） | 通过实验手段深刻理解系统设计的各种方法 | 4 | 分组实验 | 课程目标4 |
实验7 | 控制系统设计之四（离散系统） | 通过实验手段深刻理解系统设计的各种方法 | 4 | 分组实验 | 课程目标4 |
18 | 6.基于状态空间法的系统综合（12学时讲授） （1）控制系统的状态能控性（2学时） ①状态能控性的定义 ②状态能控性的判定（包括连续系统的情形和离散系统的情形） （2）线性系统的状态反馈控制和输出反馈控制（2学时） （3）线性系统的极点配置（2学时） （4）控制系统的状态能观性（2学时） ①状态能观性的定义 ②状态能观性的判定（包括连续系统的情形和离散系统的情形） （5）线性系统的状态观测器设计（2学时） （6）带有观测器的状态反馈闭环系统（2学时） | 掌握基于状态空间模型的线性系统的能控、能观性，状态反馈控制及输出反馈控制设计，状态观 | 12 | 讲授 | 课程目标4 |
上机4 | 基于降维观测器的超精密车床振动控制 | 通过计算机仿真深刻理解带观测器的状态反馈控制系统的设计方法 | 4 | 上机 | 课程目标4 |
19 | 六、非线性控制系统（10学时讲授+2学时习题课） 1.非线性系统的小偏差线性化（2学时） 2.相平面法（4学时） 3.描述函数法（4学时） 4.习题课（2学时） | 对非线性系统有初步的了解，初步掌握非线性系统的分析方法 | 12 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 课程目标3 |
实验8 | 非线性控制系统的分析 | 掌握用实验手段分析非线性系统 | 4 | 分组实验 | 课程目标3 |
五、课程教学方法
1、课堂讲授
1.1 采用启发式教学，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，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
1.2 采用电子教案、课件，多媒体教学与传统板书、教具教学相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性。
1.3 采用案例教学：理论教学与工程实践相结合，引导学生应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，采用现代设计方法和手段，进行系统分析、综合与仿真，培养其识别、表达和解决自动化类专业相关工程问题的思维方法和实践能力。
1.4 采用互动式教学：课内讨论和课外答疑相结合，每周至少一次进行答疑。
2、上机教学
自动控制理论上机教学是自动控制理论核心课程中的一个重要环节，目的是培养学生运用计算机仿真的方法加深对课程内容的理解。课程必做上机题目4个，各题目按照上机指导书的要求学生独立或分组完成，并提交上机总结报告。
上机项目明细表（4学时）
序号 | 上机项目名称 | 学时 | 上机类型 | 每组人数 |
4 | 基于降维观测器的超精密车床振动控制 | 4 | 综合 | 1 |
3、实验教学
自动控制理论实验教学是自动控制理论核心课程中重要的实践环节，目的是培养学生运用实验方法研究解决实际工程问题的能力。课程必做实验8个，各实验按照实验指导书的要求学生独立或分组完成，并提交实验报告。
实验项目明细表（12学时）
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 实验类型 | 每组人数 |
6 | 控制系统设计之三（离散系统） | 4 | 综合 | 1 |
7 | 控制系统设计之四（离散系统） | 4 | 综合 | 1 |
8 | 非线性控制系统的分析 | 4 | 分析 | 1 |
六、课程考核方法
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
作业 | 10 | （1）主要考核学生对每章节知识点的复习、理解和掌握程度； （2）每次作业按10分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。 | 课程目标1 |
上机 | 10 | （1）根据每个上机的情况和上机报告质量单独评分，满分10 分； （2）取各次上机成绩的平均值作为此环节的最终成绩。 | 课程目标3 |
实验 | 10 | （1）根据每个实验的实验情况和实验报告质量单独评分，满分10 分； （2）取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。 | 课程目标4 |
阶段考试 | 20 | （1）结合教学进度安排阶段考试，考查学生对相关知识的掌握程度； （2）阶段考试成绩以百分计，乘以其在总评成绩中所占的比例计入总评成绩。 | 课程目标2 |
期末考试 | 50 | 卷面成绩100 分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。 | 课程目标4 |
七、主要教材与参考书
【1】裴润，宋申民，自动控制原理（上册），哈尔滨工业大学出版社，2005年
【2】胡寿松，自动控制原理（第五版），科学出版社，2007年
【3】吴麒，王诗宓，自动控制原理（上册）第二版，清华大学出版社，2006年
【4】刘豹，唐万生，现代控制理论，机械工业出版社，2006年
【5】张嗣灜，高立群，现代控制理论（第二版），清华大学出版社，2017年
【6】董宁，计算机控制系统，电子工业出版社，2017年
【7】张燕红，计算机控制技术（第二版），东南大学出版社，2014年
【8】王广雄，何朕，控制系统设计，清华大学出版社，2008年
【9】徐丽娜，数字控制——建模与分析、设计与实现，科学出版社，2006年
大纲撰写人：史小平 大纲审核人：何朕
