《自动控制原理B》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号： AS31102
课程名称：自动控制原理B
英文名称：Automatic Control Theory
课程学时：64 讲课学时：54 实验学时：10 习题学时：10
课程学分：4
开课单位：航天学院控制科学与工程系
授课对象：非控制类专业本科生
开课学期：3春或3秋
先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数
二、课程目标（黑体、小四、加粗、行距20磅）
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理论、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自动控制系统的构成、工作原理和各部件的作用;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。了解线性控制系统的分析和综合方法，建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念、闭环反馈的概念、综合设计的概念。
通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本原理和方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所必需的基本工程实践能力的训练。自动控制理论核心课程是自动化专业及探测、制导与控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在上述专业的教学计划中占有十分重要的位置。
课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1.使学生了解和掌握控制系统的基本组成、工作原理、反馈的概念和基本要求，具备分
析控制系统问题的知识基础。
课程目标2.使学生掌握工程问题或对象的机理建模方法和主要的性能分析方法、综合设计方法，
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综合设计。
课程目标3.使学生熟悉和掌握自动控制系统问题的基本实验技能和计算机仿真方法，具备运用本
课程所学知识解决自然科学和工程实际问题的能力。
三、课程目标与毕业要求对应关系
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2 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3 |
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 |
1 | 一、绪论（2学时） 1.自动控制的概念 2.控制系统的基本结构和组成 3.对控制系统的基本要求 | 了解自动控制的基本概念、自动控制理论核心课程的基本内容 | 2 | 讲授 | 课程目标1 |
2 | 二、线性控制系统的数学模型（8学时） 1.控制系统的微分方程模型（2学时） 2.控制系统的传递函数模型（2学时） （1）拉氏变换的概念及性质 （2）传递函数的概念 （3）典型环节的传递函数 3.控制系统的方框图（4学时） （1）方框图的变换与化简 （2）梅森公式 | 能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，掌握系统数学建模的一般方法 | 8 | 讲授 | 课程目标2 |
实验1 | 二阶系统模拟机仿真 | 对控制系统的组成和结构形成直观的概念 | 2 | 分组实验 | 课程目标1 |
3 | 三、控制系统的时域分析（12学时） 1.时间响应与性能指标（1学时） 2.一阶系统的时域分析（2学时） 3.二阶系统的时域分析及时域性能指标（4学时） 4.高阶系统的时域分析（1学时） 5.稳定性与劳斯判据（2学时） 6.稳态误差与复合控制（2学时） | 能运用本课程的所学知识对自然科学和自动化领域中的系统进行性能分析和描述，掌握基于传递函数的时域分析方法 | 12 | 讲授 | 课程目标2 |
4 | 四、根轨迹法（6学时） 1.线性系统的根轨迹2.根轨迹的绘制 3．基于根轨迹法的稳定性分析及过渡过程分析 4．特殊根轨迹 | 学会根轨迹的绘制方法及应用其分析系统性能。 | 6 | 讲授 | 课程目标2 |
5 | 五、频率特性法（18学时） 1．线性系统的频率特性（6学时） （1）频率特性的定义 （2）频率特性的几种图形表示 （3）典型环节的频率特性 2． Nyquist稳定判据（4学时） （1）基于Nyquist图的Nyquist判据 （2）基于Bode图的Nyquist判据 3.基于频率响应法的系统综合（8学时） （1）PID控制原理 （2）相位超前补偿原理与方法 （3）相位滞后补偿的原理与方法 （4）按期望频率特性设计补偿 | 能运用本课程的所学知识对自然科学和自动化领域中的系统进行综合设计及优化。 | 18 | 讲授 | 课程目标2 |
实验2 | 小功率随动系统的分析与校正 | 熟悉随动系统的分析和校正，提高动手能力 | 4 | 分组实验 | 课程目标3 |
实验3 | 调速系统的分析与校正 | 熟悉调速系统的分析和校正，提高动手能力 | 4 | 分组实验 | 课程目标3 |
6 | 六、状态空间分析法（8学时） 1. 状态空间的基本概念 2．状态空间表达式的建立 3．线性状态方程的解 4．线性系统的能控性与标准型 5．线性系统的能观测性与标准型 6．状态反馈配置与系统的极点配置 7. 状态观测器的设计 | 初步掌握现代控制理论中的基本理论：状态分析法 | 8 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
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 采用传统板书教学，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。
2、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3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
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 实验要求 | 实验类型 | 每组人数 |
1 | 二阶系统模拟机仿真 | 2 | 必修 | 综合 | 2 |
2 | 小功率随动系统的分析与校正 | 4 | 必修 | 综合 | 2 |
3 | 调速系统的分析与校正 | 4 | 必修 | 综合 | 2 |
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 |
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3 |
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 | 60 | 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2 |
七、主要教材与参考书（黑体、小四、加粗、行距20磅）
【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
大纲撰写人： 大纲审核人：
附件：
毕业要求
（摘自工程教育认证通用标准）
专业必须有明确、公开的毕业要求，毕业要求应能支撑培养目标的达成。专业应通过评价证明毕业要求的达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：
1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
3.设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。
6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。
8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
9.个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。
10.沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
11.项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。
12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
