《自动控制原理C》课程教学大纲
一、课程基本信息（黑体、小四、加粗、行距20磅）
课程编号： AS31103
课程名称： 自动控制原理C
英文名称： Automatic Control Theory C
课程学时：56 讲课学时：46 实验学时：10 上机学时：0 习题学时：0
课程学分：3.5
开课单位： 航天学院 控制科学与工程系
开课学期：3秋
先修课程： 线性代数、复变函数、电子技术方面的有关课程
二、课程目标（黑体、小四、加粗、行距20磅）
自动化技术已经广泛应用于现代社会的各个领域，例如电子、通信、交通和国防，自动控制系统分析和设计的理论应用具有巨大实用价值。自动控制的概念、方法和理论体系已经应用到了许多科学领域，例如复杂网络，形成了一大批新的交叉科学、例如经济领域、复杂网络和系统生物学。
课程目标1：掌握并熟练运用自动控制系统的数学建模、经典控制理论系统响应及指标、线性定常系统的时域分析法和频域分析法、现代控制理论分析与设计方法，并在单变量实际系统中进行实践运用。
课程目标2：具备对单变量控制系统的初步建模能力、对控制系统的指标分析能力、对控制系统进行校正设计的能力、以及在上述定量分析后综合判定系统任务或目标的可达性、完成度。
课程目标3：借助控制系统方框图、极坐标图、伯德图以及传递函数、频率特性函数等表达方式，建立对控制系统设计的“数形结合”思想，从而加深对具体控制问题的理解，并有效利用反馈控制校正方法设计满足时域、频域等指标要求的工程控制系统。
三、课程目标与毕业要求对应关系（黑体、小四、加粗、行距20磅）（毕业要求具体描述按指标点分解列写）
毕业要求 | 毕业要求具体描述 | 课程目标 |
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。 | 课程目标1 |
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。 | 课程目标3 |
四、课程目标与课程内容对应关系（黑体、小四、加粗、行距20磅）
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 | 第一章 自动控制概述 1．本课程的目的及讲授内容 2．自动控制的基本概念和自动控制系统 3．开环控制与闭环控制 4．控制系统的组成 5．控制系统的基本要求 | 1．了解控制学科发展历程 2．了解控制系统组成部件及其功能 3．了解控制系统指标：稳定性指标、准确性（精确性）指标、快速性及平稳性指标（过渡过程指标） | 4 | 讲授 | 课程目标1 |
2 | 第二章 系统的数学模型 1．控制系统微分方程的建立、 2．传递函数的基本概念和定义 3．传递函数的几个性质 4．基本环节及传递函数 5．控制系统方框图及其绘制 6．方框图的变换规则 7．典型系统的方框图与传递函数 8．方框图化简 9．梅森增益公式 | 1．了解控制系统建模方法：理论法、实验法 2．了解控制系统方框图的规则 3．掌握方框图化简的两种方法：框图变换法、梅森公式法 | 6 | 讲授 | 课程目标1 |
3 | 第三章 控制系统的时域分析法 1．典型输入信号 2．一阶系统的瞬态响应 3．线性定常系统的重要性质 4．二阶系统的标准型及其特点 5．二阶系统的单位阶跃响应 6．二阶系统的性能指标 7．二阶系统的脉冲响应 8．二阶系统的单位速度响应 9．初始条件不为零时二阶系统的过渡过程 10．闭环主导极点的概念 11．高阶系统性能指标的近似计算 12．稳定的基本概念和定义 13．线性系统的稳定条件 14．劳斯稳定判据 15．控制系统的稳态误差 16．稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法 17．控制系统的无静差度 18．用终值定理计算稳态误差 19．减小稳态误差的方法 | 1．了解控制系统时域输出的各种模态与特征根的对应关系 2．掌握控制系统时域输出信号的求取方法，通过拉普拉斯变化求取输出并进行反变换 3．掌握一阶、二阶控制系统的阶跃信号响应及其过渡过程指标 4．掌握控制系统稳定性的劳思判别方法 5．理解并掌握控制系统误差的概念，并掌握稳定误差的计算方法 | 12 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
4 | 实验一 二阶线性系统的模拟机仿真分析 1．二阶系统的动态过程。 2．阻尼比对二阶系统性能的影响。 | 1．了解二阶系统的动态过程 2．了解阻尼比与二阶系统输出特性之间的关系 | 3 | 实验 | 课程目标3 |
5 | 第五章 频率特性法 1．频率特性 2．典型环节频率特性的极坐标图 3．典型环节频率特性的对数坐标图 4．开环系统的对数频率特性 5．最小相位系统 6．v=0,1,2时开环系统的极坐标图 7．Nyquist稳定判据 8．控制系统的相对稳定性 9．控制系统的性能指标 10．二阶系统性能指标间的关系 11．高阶系统性能指标间的关系 12．开环对数频率特性和性能指标的关系 13．控制系统校正的基本方法 14．基本控制规律 15．相位超前校正网络 16．相位滞后网络 17．相位滞后-超前校正网络 | 1．了解频率特性函数与传递函数之间的深层次关系，前者对应微分方程的傅里叶变换，后者对应微分方程的拉普拉斯变换 2．了解频率特性函数的极坐标表示方法 3．掌握频率特性函数的伯德图画法及其理论依据 4．掌握系统型别与稳态误差之间的理论关系 5．掌握Nyquist稳定判据 6．掌握控制系统的相对稳定性 7．了解开环对数频率特性和性能指标的关系 8．了解控制系统校正的各种方法，熟练掌握串联校正方法 | 16 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
6 | 实验二 调速系统分析与校正 1．稳定性分析 2．稳态误差分析与测定 3．频率特性测试 4．并联反馈校正及其参数 | 1．了解调速系统的稳定性及频率特性 2．了解调速系统的误差计算、反馈校正 | 3 | 实验 | 课程目标3 |
7 | 实验三 随动系统的分析与校正 1．静态特性测试与分析 2．动态特性分析 3．串、并联校正及参数的确定 | 1．了解随动系统的静态特性及动态特性 2．掌握随动系统串、并联校正 | 4 | 实验 | 课程目标3 |
8 | 第八章 控制系统状态空间分析法 1．状态空间的基本概念 2．控制系统状态空间表达式 3．状态变量唯一与特征值不变性 4．根据传递函数求状态方程 5．根据方框图建立状态方程 6．能控性和能观性基本概念 7．线性定常系统能控性和能观性 8．用状态反馈配置系统的极点 9．状态观测器 | 1．掌握控制系统状态空间表达式的建模理论 2．了解状态变量的唯一性与特征值不变性 3．掌握能控性和能观性判据 4．掌握用状态反馈配置系统极点的方法 5．了解状态观测器的原理及构造方法 | 8 | 讲授 | 课程目标1 课程目标2 |
五、课程教学方法（黑体、小四、加粗、行距20磅）
1．课堂讲授
采用启发式教学，激发学生主动学习的兴趣，增设课堂提问、随堂联系等，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。
采用PPT、实例视频等电子教案，结合板书，特别是理论公式推导方面板书，综合提高教学信息量，增强教学的直观性。
采用理论教学与工程实践相结合，配套三个独立实验，引导学生应用控制理论的现代设计方法和手段，进行系统指标分析与仿真，培养其解决工程问题的思维方法及实践能力。
专门为每个实验设置一节独立课程，三个实验内容分别针对时域法、控制系统频域分析及反馈系统的串联校正，讲授实验涉及的理论知识、实验手段、调试方案，使得学生在专业指导下有效突破实验的难点、疑点，通过动手环节加深对理论的理解，对工程实践方法的认知。
六、课程考核方法（黑体、小四、加粗、行距20磅）
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
出勤及随堂练习 | 10 | 针对学生解决问题的思维能力培养，优选有启发性的试题、开放性小试题，随堂完成并上交，由教师批改 | |
作业 | 15 | 各章节均精选课后作业若干，题量适中，难度覆盖各个档次，由助教批改 | 课程目标2 |
实验 | 15 | 每个实验5分，共计三个实验，由专职实验教师带领进行动手实验并独立完成实验报告书，之后由助教批改、打分 | 课程目标3 |
考试 | 60 | 考试题型为问答题和计算题，卷面成绩60，加上出勤10分，作业15分，实验15分，总计100分 | 课程目标1 |
七、主要教材与参考书（黑体、小四、加粗、行距20磅）
1．教材：
《自动控制原理》（第三版），梅晓榕主编，科学出版社，2013年．
2．参考书：
《自动控制原理》（第六版），胡寿松主编，科学出版社，2013年．
《控制系统设计指南》（第四版），[美]George Ellis著，汤晓君译，机械工业出版社，2016年．
《自动控制原理与设计》（第六版），[美]Gene F. Franklin等著，李中华等译，电子工业出版社，2014年．
《反馈控制系统》（第五版），[美]Charles L. Phillips等著，詹俦军译，清华大学出版社，2017年．
大纲撰写人： 张淼 大纲审核人：
