自动控制原理课程教案.docx
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自动控制原理课程教案.docx
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自动控制原理课程教案
《自动控制原理》课程教案
一、管理信息
课程代码:
制订人:
所属系部:
批准人:
制订时间:
二、基本信息
学分:
6
学时:
96学时,其中理论教学96学时,实践教学学时
课程类型:
专业课
适用专业:
机电一体化
先修课:
高等数学、电工电子技术、计算机基础
后修课:
自动生产线安装与调试、数控机床原理与编程
三、课程定位与设计思路
3.1课程定位
本课程是机电一体化专业基础课。
随着科学技术的不断发展各行各业对自动化程度的要求也越来越高,这就要求从事工业自动化等专业的工程技术人员要有扎实的专业技术基础,以适应技术发展的需要。
而《自动控制原理》是在学生掌握了必要的基础课程之后,向学习专业课阶段过渡的首要环节,是专业课程学习的重要特征,起到了承前启后的重要作用。
通过本课程的学习,要求学生掌握自动控制的基本原理和概念,并具备对自动控制系统进行分析、计算、实验的初步能力,从理论上为后续专业课程的学习创造必要的条件,为学生将来从事工业自动化专业的工程技术工作和科研工作打下坚实的基础。
教学方式:
课堂讲授为主,结合实验和课程设计,从理性和感性上了解、熟悉本课程基本知识、基本理论及基本方法,初步具备本课程应用能力。
3.2设计思路
本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。
课程采用“一纵三横”的设计思路,具体来说,“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线;“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性,稳准快三个字是分析的核心,也是设计的归宿。
在课程讲授中,贯彻少而精的原则,即对重点、难点讲深讲透;注意理论联系专业实际,例子贴近生活,注重揭示抽象概念的物理意义;注意传统教法与现代教法的有机结合,充分运用各种教学手段,特别注重发挥课程教学网站的作用。
在课程学习中,注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节,深刻理解课程内容中的重点和难点,重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。
四、课程目标
1.专业能力(职业能力)目标
(1)掌握自动控制系统的两种基本形式的特点
(2)掌握线性系统的传递函数描述方法
(3)掌握控制系统时域分析方法
(4)了解控制系统的根轨迹法
(5)掌握控制系统的频域分析法
(6)掌握控制系统的校正和采样控制
2.社会能力目标
(1)具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力。
(2)具有团队精神和协作精神。
(3)具有良好的心理素质和克服困难的能力。
3.方法能力目标
(1)具有资料学习和吸收能力;
(2)具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力。
(3)具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力。
(4)具有将知识与技术综合运用与转换的能力。
五、教学内容与学时分配
(一)学习情境划分及学时分配
学习情境
教学学时
学习情境名称
学习任务
课堂教学时数
实践教学时数
自动化控制系统的一般概念
1.1开环控制和闭环控制
4
1.2自动控制系统中的术语和定义
4
控制系统的数学模型
2.1性系统的输入一输出时间函数描述
4
2.2典型环节的数学模型
4
2.3框图及其化简方法
8
线性系统的时域分析方法
3.1线性定常系统的时域响应
4
3.2劳斯-赫尔维茨稳定判据
6
3.3线性系统时域响应的计算机辅助分析
4
线性系统的根轨迹法
4.1根轨迹的基本概念
4
4.2绘制根轨迹的基本条件和基本规则
6
4.3用MATLAB绘制系统的根轨迹
2
线性系统的频域分析
5.1典型环节的频率特性
4
5.2乃奎斯特定判据和系统相对稳定性
8
5.3用MATLAB进行系统的频域分析
2
系统的分析与校正
6.1线性系统校正的概念
4
6.2常用校正装置及其特性
4
6.3串联校正的设计
4
小计
96
(二)学习情境描述
学习情境1
自动化控制系统的一般概念
教学时间
8学时
学习目标
使学生对古典反馈控制的基本理论和方法有一全面、整体的了解;了解自动控制理论发展简况及反馈控制理论的研究对象和方法;掌握自动控制系统的基本概念、术语,了解自动控制系统的组成和分类,及对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。
教学内容
【知识点】
自动控制的任务:
参数状态控制,过程控制。
基本控制方式:
开环、闭环(反馈)控制。
自动控制的性能要求:
稳、快、准及最优化。
【技能点】
反馈控制原理与动态过程的概念,以及建立原理方块图的方法。
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
学习情境2
控制系统的数学模型
教学时间
16学时
学习目标
一般了解数学模型的概念、表达方式,建模的方法;能够列写一般物理系统的微分方程;熟悉拉氏变换的定义、性质,记住常见的简单时间函数的拉氏变换式,能根据拉氏变换的性质求解较复杂时间函数的拉氏变换式,会求拉氏反变换;掌握传递函数的概念及典型环节的传递函数;重点掌握控制系统的方框图及方框图的化简方法;重点掌握用梅逊公式求取系统传递函数的方法。
教学内容
【知识点】
线性系统的输入一输出传递函数描述,非线性数学模型的线性化,典型环节的数学模型,建立数学模型的实验方法简介,框图及其化简方法
【技能点】
典型环节的数学模型
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
学习情境3
线性系统的时域分析方法
教学时间
16学时
学习目标
了解控制系统的典型输入信号;了解线性定常系统的时域响应组成,熟悉控制系统暂态响应性能指标的定义;掌握一阶系统的暂态响应及性能指标;掌握二阶系统的暂态响应分析及其与极点之间的关系,重点掌握二阶系统的暂态响应性能指标公式及计算;一般了解高阶系统的暂态响应,掌握闭环主导极点的概念;了解稳定的概念,掌握扰动稳态误差终值的计算及减小稳态误差的方法,一般了解稳态误差级数的计算。
教学内容
【知识点】
线性定常系统的时域响应
控制系统时域响应的性能指标,一阶系统的暂态响应,二阶系统的暂态响应,控制系统的稳态误差
,给定稳态误差和扰动稳态误差
【技能点】
线性定常系统的时域响应
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
学习情境4
线性系统的根轨迹法
教学时间
12学时
学习目标
了解根轨迹的概念、意义;重点掌握绘制常规负反馈系统根轨迹的基本条件和基本规则;掌握参量根轨迹的绘制和正反馈根轨迹的绘制;了解多回路控制系统的根轨迹和迟后系统根轨迹;掌握增加开环零极点对根轨迹的影响;了解利用根轨迹分析系统的暂态响应。
教学内容
【知识点】
根轨迹的基本概念,绘制根轨迹的基本条件和基本规则,广义根轨迹,利用根轨迹分析系统的性能,用MATLAB绘制系统的根轨迹
【技能点】
绘制根轨迹。
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
学习情境5
线性系统的频域分析
教学时间
14学时
学习目标
掌握频率特性的基本概念,幅相频率特性图与对数频率特性图的建立;熟悉典型环节的频率特性及其Nyquist图与Bode图;掌握系统开环频率特性(Nyquist图和Bode图)的绘制;了解最小相位系统的概念;重点掌握利用实测开环幅频特性确定最小相位系统的开环传递函数的方法;重点掌握判断系统稳定性的几何判据:
乃奎斯特稳定判据(包括利用幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线进行判断);熟悉控制系统相角裕度、幅值裕度的基本定义和概念及计算方法;一般了解闭环幅频特性(等M圆)的求解方法,掌握频域性能指标及频域指标与时域指标的关系。
教学内容
【知识点】
频率特性,典型环节的频率特性,系统开环频率特性的绘制,乃奎斯特定判据和系统的相对稳定性,系统的频率特性及频域性能指标,频率特性的实验确实方法,用MATLAB进行系统的频域分析
【技能点】
系统频率特性的绘制。
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
学习情境6
系统的分析与校正
教学时间
12学时
学习目标
了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正方式;熟悉串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性;重点掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法;简单了解反馈校正、前馈校正及复合控制。
教学内容
【知识点】
线性系统的校正,线性系统校正的概念,线性系统的基本控制规律,常用校正装置及其特性,校正装置设计的方法和依据,串联校正的设计,MATLAB在线性系统校正中的应用。
【技能点】
校正的设计
教学方法
演示法讲授法多媒体法
教学条件
ppt课件任务单工作单补充资料视频文件
考核评价
理论知识掌握情况任务完成情况团队合作能力工作态度
学生自评小组成员互评教师评价
学生的知识和能力要求
具有综合应用所学知识的能力
具有自主学习的能力
教师的知识和能力要求
具备一定的设计控制系统的能力
具备较丰富的控制知识
六、实施建议
(一)教学方法
1.教学内容组织方式与目的
1)由于《自动控制原理》课课的理论性和抽象性都很强,具有一定的深度和复杂性,我们对各章的基本内容都进行了深入剖析,找出其关键内容、重点和难点,并在此基础之上制定了比较完善的教学大纲,将教学内容分为了解、掌握、熟练运用等几个层次。
主要内容:
控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的轨迹法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法、线性离散系统的分析与校正、非线性控制系统分析。
2)在课堂上,采用了多媒体教学手段,采用“启发式”教学方法,由浅入深地讲解有关概念、定义和分析方法,积极引导学生主动思考问题;因材施教,根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度;同时还注意将自动化领域最新进展适时地介绍给学生等等。
并要求学生课前预习,带着问题来听课;课后要在阅读大量参考书和做一些概念性强的习题的前提下,领会本课程的要点,以利于消化课程内容。
教师在教学计划与大纲指导下,进行教学过程,根据学生的课堂表现、考试成绩、问卷调查,教师及时调整讲课内容和方法。
3)在授课过程当中,我们随时布置一定量的课后作业题,使学生巩固对课堂上所学知识的理解和掌握,并且对学生也有一定的约束力和督促作用。
教师对作业进行定期检查,以便了解学生对已学内容的理解和掌握情况,并依此及时纠正学生在对基本概念和方法理解上的偏差、调整课堂教学的进度。
我们在授课过程当中还采用了课堂练习的方式,即先进行阶段性随堂测验,然后再集体答疑,集中解决具有共性的问题,收到了良好的效果。
。
(二)课程考评方法
1.作业布置5-6次,以习题为主,其平均成绩记为平时成绩,占总成绩的60%
2.本课程考核以笔试方式进行,考核成绩占总成绩的40%
3.课程总成绩=平时成绩+考核成绩
七、教材参考文献
1.《现代控制工程》绪方胜彦著(卢伯英佟明安罗维铭译)科学出版社
2.《自动控制原理与系统》上、下册清华大学吴麒等国防工业出版社
3.《自动控制原理》孙德宝主编化学工业出版社
4.《自动控制原理》天津大学李光泉主编机械工业出版社
5.《自动控制理论》侯夔龙主编西安交通大学出版社
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