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1、1控制工程基础控制工程基础教教 学学 大大 纲纲英文名称：英文名称：Control Engineering Foundation 学学 分：分：2.5 学分 学学 时：时：40 学时 实验学时：实验学时：4 学时 先修课程：先修课程：高等数学、电工与电子学、复变函数、工程力学教学对象：教学对象： 过程装备与控制工程系的本科生教学目的：教学目的： 本课程为过程装备与控制工程的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业科研、 生产所必备的理论基础。通过本课程的学习，能够使学生熟悉过程控制系统的数学模型， 掌握控制系统分析的一般方法和基本理论，为过程装备控制工程的分析和设计打下基础。教学要求：教学要求
2、：控制工程基础主要介绍反馈控制系统的经典控制理论及其工程分析和设计方法，使学 生掌握反馈系统的基本工作原理，物理系统的数学模型、典型环节和系统的时域和频域特 性的基本概念及分析方法，使学生能顺利学习后续的专业课。教学内容：教学内容： 第一章 绪论（2 学时） 1-1 控制理论的发展概述自动控制概念；发展概述 1-2 控制系统组成 过程控制示例；控制系统组成；基本术语； 1-3 方框图 1-4 控制系统分类 系统结构；按给定值分类；按系统特性分类；按系统信号分类 1-5 对控制系统要求 基本要求：基本要求： 了解自动控制的基本概念、控制理论的发展及控制系统分类；掌握控制系统性能指 标。 重重 点
3、：点： 了解自动控制的组成及反馈原理。 难难 点：点： 控制系统方框图代表含义。第二章 控制系统的数学模型（10 学时） 2-1 概述 2-2 数学模型的建立 理论推导的一般步骤；示例（机械系统，电气系统） ；非线性微分方程的线性化 2-3 控制系统的复域数学模型传递函数拉氏变换；传递函数（典型环节） ； 2-4 控制系统方框图 动态结构图的建立及示例；动态结构图的常用符号及连接式；方框图的等效变换； 方框图的等效变换示例22-5 反馈控制系统的传递函数 闭环控制系统的开环传递函数；给定输入下的闭环传递函数；扰动信号下的闭环传递函数； 系统输出；闭环控制系统误差传递函数 基本要求：基本要求：
4、掌握控制系统数学模型理论推导的一般步骤和拉氏变换的含义，熟悉典型环节的传 递函数，了解动态结构图的建立方法，能确定系统的开环传递函数、给定输入下的闭环传 递函数及扰动信号下的闭环传递函数和闭环控制系统误差传递函数。 重重 点：点： 确定系统（环节）的传递函数。 难难 点：点： 方框图的等效变换。第三章 时域分析法（12 学时） 3-1 引言 典型输入信号；随动系统性能指标 3-2 一阶系统时域分析 数学模型；单位阶跃响应；单位斜坡响应；单位脉冲响应；三种响应间的关系； 3-3 二阶系统时域分析 二阶系统标准数学模型；单位阶跃响应（无阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼） ；欠 阻尼二阶系统动态过程分
5、析；改善欠阻尼二阶系统性能的措施分析调节动态过程；比例微 分调节； 3-4 高阶系统分析 闭环主导极点；高阶系统的主导极点分析法 3-5 劳斯稳定判据 系统稳定性定义；稳定性条件；劳斯判据及应用 3-6 控制系统的稳态误差 控制系统的稳态误差的计算；系统型别；用误差系数法求稳态误差 3-7 常规调节规律及其对调节误差的影响 常规调节规律；常规调节规律对调节质量的影响 基本要求：基本要求： 熟悉典型输入信号、随动系统性能指标，一阶系统的数学模型、单位斜坡响应、单 位斜坡响应、单位脉冲响应及三者间的关系，掌握二阶系统标准数学模型、单位阶跃响应 （无阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼） 、欠阻尼二阶系统
6、动态过程分析、改善欠阻尼二阶 系统性能的措施，了解高阶系统分析中的主导极点分析法，准确理解劳斯稳定判据，能分 析控制系统的稳态误差和常规调节规律及其对调节误差的影响。 重重 点：点： 一阶、二阶系统的时域分析方法及影响性能的参数；劳斯稳定判据及应用；常规调 节规律及其对调节误差的影响。 难难 点：点： 二阶系统动态过程分析，特殊情况下的劳斯稳定判据应用，用误差系数法求稳态误差。第四章 频域分析法（12 学时） 4-1 频率特性及其图示方法 频率特性的基本概念；频率特性与传递函数的关系；频率特性的图示方法 4-2 典型环节的频率特性 比例环节；积分环节；惯性环节；震荡环节； 微分环节；延迟环节；
7、非最小相位环3节 4-3 系统开环频率特性 开环幅相频率特性；开环幅相频率特性的绘制；由开环对数频率特性实验曲线确定 相应的传递函数 4-4 NYQUIST 稳定判据 判据内容（狭义和广义） ；当开环传递函数具有积分环节时判据应用；举例；对数频 率特性下的乃氏判据 4-5 控制系统的相对稳定性稳定裕度 相角裕度；幅值裕度；开环截止频率、相角交界频率与稳定性的关系；工程设计中 对稳定裕度的要求 4-6 频域指标与时域指标的关系 基本要求：基本要求： 理解频率特性的基本概念，频率特性与传递函数的关系，掌握频率特性的图示方法、 典型环节的频率特性，开环幅相频率特性的绘制，由开环对数频率特性实验曲线确
8、定相应 的传递函数的方法，准确理解 NYQUIST 稳定判据的内容，理解相角裕度、幅值裕度、开 环截止频率等概念，频域指标与时域指标的关系。 重重 点：点： 典型环节的频率特性，开环对数频率特性实验曲线确定相应的传递函数，NYQUIST 稳定判据的应用。 难难 点：点： 开环传递函数具有积分环节时 NYQUIST 判据应用，开环对数频率特性实验曲线确 定相应的传递函数。实验（实验（4 学时学时） 验证性实验验证性实验 实验名称：二阶系统的瞬态响应和稳定性 基本要求：基本要求： 熟悉各典型环节的传递函数及阶跃响应曲线，观察参数变化对典型环节动态特性的 影响；了解二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法；掌握二阶系统的参数对阶跃响应指标 的影响。 重重 点：点： 参数对典型系统的瞬态响应和稳定性的影响 难难 点：点： 典型环节和系统模拟电路的连接参考教材： 1.涂植英，何均正编。自动控制原理，重庆大学出版社，1994 2.王显正，陈正航，王旭永编。控制理论基础，科学出版社，2000 3.胡寿松编。自动控制原理（第三版） ，国防工业出版社，1994 4. 薛惠芳编。控制工程基础/计算机控制技术实验指导书，2002
