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自控原理B教案
自控原理B教案
副教授:
钱慧芳
教案
第一章 自动控制的一般概念(2H)
基本内容
1.自动控制基本概念
2.自动控制技术的应用及自动控制理论的发展
3.基本控制方式
4.控制系统分类
5.对控制系统的基本要求
基本要求
1.了解自动控制的基本概念:
被控对象、控制器;
2.正确理解和掌握负反馈控制原理;
3.了解控制系统的组成与分类;
4.能确定控制系统的被控对象、被控量和给定量;能根据控制系统工作原理图绘制方块图。
重点
负反馈控制原理
难点
根据控制系统工作原理图绘制方块图
课后作业
1-1
1-5
备注
第二章控制系统的数学模型(4H)
基本内容
2-1控制系统的时域数学模型(1H)
2-2控制系统的复数域数学模型(1H)
2-3控制系统的结构图(2H)
基本要求
1、了解建立系统微分方程的一般方法;
2、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法;
3、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质;
4、明确传递函数与微分方程之间的关系;
5、能熟练地进行结构图等效变换;
6、明确结构图与信号流图之间的关系;
7、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数;
8、掌握从不同途径求传递函数的方法。
重点
传递函数的概念、定义、性质和求取
难点
结构图等效变换;梅森公式的应用
课后作业
备注
2-1
控制系统的时域数学模型与复域数学模型(2H)
基本内容
1.线性元件的微分方程
2.控制系统微分方程的建立
3.传递函数的定义与性质
4.典型环节及其传递函数
基本要求
1、了解建立系统微分方程的一般方法;
2、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法;
3、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质;
4、明确传递函数与微分方程之间的关系。
重点
各类控制系统微分方程的建立
传递函数的概念、定义和性质
难点
非线性微分方程的线性化
元部件传递函数的求取
课后作业
2-1
2-9
备注
2-2控制系统的结构图与信号流图(2H)
基本内容
1.结构图组成
2.控制系统结构图绘制步骤
3.结构图的等效变换
4.信号流图
5.Mason公式及应用
基本要求
1.能熟练地进行结构图等效变换;
2.明确结构图与信号流图之间的关系;
3.熟练运用梅逊公式求系统的传递函数;
4.掌握从不同途径求传递函数的方法。
重点
结构图等效变换;梅森公式的应用
难点
结构图等效变换;梅森公式的应用
课后作业
2-11
2-12
2-14
备注
第三章线性系统的时域分析法(10H)
基本内容
3-1系统时间响应的性能指标
3-2一阶系统的时域分析(2H)
3-3二阶系统的时域分析(4H)
3-4稳定性分析(2H)
3-5稳态误差计算(2H)
基本要求
1、稳定性判断
1)正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。
2)熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性,并进行分析计算。
2、稳态误差计算
1)正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。
2)牢固掌握计算稳态误差的一般方法。
3)牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。
3、动态性能计算
1)了解一阶、二阶系统的数学模型和典型响应的特点。
2)牢固掌握一阶、二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态
性能计算。
3)掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态
性能的关系
4)了解附加闭环零极点对动态性能的影响,并理解主导
极点的概念
重点
二阶系统动态性能计算及劳斯判据
难点
扰动作用下减小或消除稳态误差的措施
课后作业
备注
3-1系统时间响应的性能指标
3-2一阶系统的时域分析(2H)
基本内容
1.典型输入信号
2.时间响应的性能指标
3.一阶系统的数学模型
4.一阶系统的时间响应及指标
基本要求
1.了解一阶系统的数学模型和典型响应的特点。
2.牢固掌握一阶系统性能指标的求取及系统参数变化对性能指标的影响。
重点
一阶系统的数学模型、典型响应及特征参数对性能指标的影响
难点
一阶系统的各种典型响应及其性能指标
课后作业
3-3
备注
3-3二阶系统的时域分析(4H)
基本内容
1.二阶系统的数学模型
2.二阶系统的单位阶跃响应
3.欠阻尼二阶系统的动态性能指标
4.二阶系统的参数调节
5.二阶系统性能的改善
基本要求
1.了解二阶系统的数学模型和典型响应的特点。
2.牢固掌握二阶系统特征参数及欠阻尼系统动态性能计算。
3.掌握典型欠阻尼二阶系统特征参数、极点位置与动态性能的关系。
重点
二阶系统动态性能计算
难点
比例微分与测速反馈两种控制方式的特点
课后作业
3-4
3-6
3-8
备注
3-4
稳定性分析(2H)
基本内容
1.稳定的概念和定义
2.系统稳定的充要条件
3.劳斯(ROTH)稳定判据
基本要求
1.正确理解系统稳定性概念及稳定的充要条件。
2.熟练运用代数稳定判据判定系统稳定性,并进行分析计算。
重点
稳定的充要条件及劳斯判据的应用
难点
劳斯判据的特殊情况及其在相对稳定性中的应用
课后作业
3-9
3-11
备注
3-5 稳态误差计算(2H)
基本内容
1.误差的定义
2.稳态误差计算
3.扰动作用下的稳态误差
基本要求
1.正确理解系统稳态误差的概念及终值定理应用的限制条件。
2.牢固掌握计算稳态误差的一般方法。
3.牢固掌握静态误差系数法及其应用的限制条件。
重点
稳态误差计算的一般方法
难点
两种误差定义及扰动作用下减小或消除稳态误差的措施
课后作业
3-13
3-14
3-15
备注
第四章线性系统的根轨迹法(6H)
基本内容
4-1根轨迹法的基本概念(1H)
4-2根轨迹绘制的基本法则(1H)
4-3广义根轨迹(2H)
4-4系统性能的分析(2H)
基本要求
1、充分理解根轨迹方程;
2、掌握根轨迹的绘制法则,能熟练地绘制大致根轨迹图;
3、了解广义根轨迹;
4、掌握由根轨迹图确定闭环传递函数的方法,并能估算其相应的静态,动态指标。
重点
由根轨迹分析系统性能
难点
广义根轨迹的分析与应用
课后作业
备注
4-1根轨迹法的基本概念
4-2根轨迹绘制的基本法则(2H)
基本内容
1、根轨迹概念、系统性能
2、闭环零极点与开环零极点的关系
3、根轨迹方程
4、绘制根轨迹的基本方法
5、根轨迹法则应用举例
6、闭环极点的确定
基本要求
1、充分理解根轨迹方程;
2、了解利用根轨迹分析系统性能的方法。
3、掌握根轨迹的绘制法则,能熟练地绘制大致根轨迹图。
重点
根轨迹方程
根轨迹绘制八大法则
难点
幅值条件与相角条件的应用
起始角与终止角
课后作业
4-1
4-3
(1)
(2)
4-4
(1)
备注
4-3 广义根轨迹(2H)
基本内容
1、参数根轨迹
2、附加开环零点的作用
3、零度根轨迹
基本要求
1.了解参数根轨迹的绘制方法;
2.了解零度根轨迹的来历和绘制方法。
重点
参数根轨迹绘制
难点
多参数根轨迹与非最小相位零度根轨迹
课后作业
4-10
备注
4-4 系统性能的分析(2H)
基本内容
1、在根轨迹上确定闭极点
2、用根轨迹分析系统性能(稳定性,稳态性能,动态性能)
3、实数零极点影响
4、偶极子及其处理
5、主导极点
基本要求
掌握由根轨迹图确定闭环传递函数的方法,并能估算其相应的静态,动态指标。
重点
利用根轨迹分析系统性能
难点
由根轨迹确定闭环传递函数
课后作业
4-8
备注
第五章线性系统的频域分析法(12H)
基本内容
5-1引言
5-2频率特性(2H)
5-3开环频率特性曲线的绘制(4H)
5-4频域稳定判据(2H)
5-5稳定裕度(1H)
5-6闭环系统的频域性能指标(3H)
基本要求
1、充分理解频率特性的物理意义;
2、掌握作极坐标图的方法,并能熟练绘制出系统的对数频率特性曲线;
3、熟练运用频率域稳定判据;
4、充分理解稳定裕度的概念;
5、了解闭环频域性能指标,掌握三频段分析系统的方法,掌握与时域指标的关系和指标估算方法。
重点
利用频率特性曲线分析系统性能
难点
多环系统的开环幅相曲线、对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定。
课后作业
备注
5-1引言
5-2频率特性(2H)
基本内容
1、频率特性的基本概念
2、频率特性的几何表示
基本要求
1、充分理解频率特性的物理意义;
2、理解幅相曲线和对数频率特性曲线的意义、作法。
重点
幅相曲线和对数频率特性曲线的意义
难点
对数坐标分度
课后作业
5-5
5-8
备注
5-3开环频率特性曲线的绘制(4H)
基本内容
1、典型环节频率特性
2、系统开环幅相曲线绘制
3、开环波德图绘制
基本要求
掌握作幅相图的方法,能熟练绘制对数频率特性曲线
重点
波德图绘制
难点
波德图绘制
课后作业
5-9
5-10
备注
5-4
频域稳定判据(2H)
基本内容
1、辅助函数
2、幅角原理
3、奈魁斯特稳定判据
4、对数频率稳定判据
基本要求
掌握作幅相图的方法,能熟练绘制对数频率特性曲线
重点
波德图绘制
难点
波德图绘制
课后作业
5-12
5-13
5-14
备注
5-5稳定裕度(1H)
基本内容
1、相角裕度,幅值裕度的概念
2、相角裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法
3、幅值裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法
基本要求
充分理解稳定裕度的概念和计算
重点
稳定裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法
难点
稳定裕度的奈奎斯特图及波德图表示方法
课后作业
5-16
备注
5-6闭环系统的频域性能指标(3H)
基本内容
1闭环频率特性的一般形状与特点
2系统频域指标和时域指标的转换
基本要求
了解闭环频域性能指标,掌握与时域指标的关系和指标估算方法,掌握三频段分析系统的方法,
重点
三频段系统分析
难点
三频段系统分析
课后作业
备注
《自动控制原理B》实验教案
序号
名称
实验性质
学时
实验一
典型环节和二阶系统的阶跃响应分析
验证性
2
实验二
频率特性测试
综合性
2
实验三
MATLAB环境下系统分析
综合性
2
实验一典型环节和二阶系统的时域分析(2H)
一、实验目的
1.掌握各典型环节的模拟电路、传递函数及阶跃响应;
2.了解参数变化对典型环节性能指标的影响。
二、实验内容
1.比例环节
2.积分环节
3.比例-微分环节
4.惯性环节(一阶系统)
5.振荡环节(二阶系统)
三、实验报告
1.提前预习,根据电路图推导各典型环节的传递函数,并绘制各阶跃响应理论曲线;
2.按照实验指导书要求,记录各实际响应曲线,并与理论曲线比较;
3.分析参数变化对阶跃响应的影响。
实验二频率特性测试(2H)
一、实验目的
1.加深理解频率特性的物理意义;
2.掌握频率特性的测试方法。
二、实验内容
1.惯性环节的频率特性曲线
2.频率特性的时域分析
3.二阶系统的闭环频率特性曲线
4.二阶系统的开环频率特性曲线(选作)
三、实验报告
1.提前预习,根据电路图推导各典型环节的传递函数,并绘制各频率特性理论曲线;
2.按照实验指导书要求,记录各实际响应曲线,并与理论曲线比较;
3.说明实验中频率特性曲线(波德图和奈氏图)的绘制方法。
实验三 MATLAB环境下系统分析(2H)
一、实验目的
1.熟悉MATLAB编程环境;
2.了解MATLAB软件在自动控制原理中的应用。
二、实验内容
1. 时域分析
2. 根轨迹分析
3. 频域分析
4. 离散系统分析
5. 非线性系统分析
三、实验报告
1.参考例题,对闭环系统进行时域分析,求出性能指标,将实验程序及仿真结果写入报告中;
2.绘制系统根轨迹,并进行相关分析。
将实验程序及仿真结果写入报告中。
3.对系统进行频域分析。
将实验程序及仿真结果写入报告中。
4.在SIMULINK环境下进行非线性和离散系统分析。
- 配套讲稿:
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