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1、自动控制原理课程标准第一部分 课程概述一、课程名称中文名称：自动控制原理英文名称：Automatic control theory二、学时与适用对象课程总计70学时，其中理论课68学时，考试2学时。本标准适用于五年制本科生物医学工程专业。三、课程地位、性质自动控制原理是研究自动控制共同规律的技术科学，是工科高等院校电类、控制类、机械类及生物医学工程等专业的一门主干技术基础课程。该课程的开设重在使学生掌握与自动控制原理相关的专业知识和综合应用能力，培养解决自动控制系统调试与维护方面实际问题的能力，尤其是让学员掌握与医学相关常用设备的理解、设计、改进的能力，为学习医疗卫生装备（如核磁共振、CT、超
2、声等医疗设备）提供预备知识。随着生产的发展和科学技术的进步，自动控制原理已广泛地应用于工农业生产、医疗卫生服务、军队卫勤保障、交通运输和宇航等领域，并成为当今倍受重视的高新技术之一。掌握和了解自动控制的基本理论和方法，对从事生物医学工程专业的工程技术人员是很有必要的。四、课程基本理念自动控制原理教学应遵循的指导思想是适应于社会和军队国防建设发展需求，满足国防现代化建设对军队生物医学工程专业技术干部的基本需求。按照第四军医大学生物医学工程专业人才培养方案的要求，体现对自动控制相关医学设备的原理理解、功能开发、维修能力的技能教育，将素质教育、创新教育思想贯穿于整个教学过程之中。这门课程在第7学期开
3、设，教学活动中应尊重学生的主体地位，应注意发挥学员的积极性、主动性，努力为学员创造良好的学习环境。强调理论联系实际，鼓励大胆创新，培养一丝不苟的工作态度。本课程的教学应把握以下几点基本原则：一是增加对前沿和最具特色的医疗卫生装备研发、使用、推广等背景知识的介绍，激发学员对该课程的探索兴趣；二是突出从理工类专业的角度理解设备运行原理和设计思路的方法，向学员强调学好这门课必须具备数学、电子学、计算机软硬件方面坚实的知识基础，重在自动控制系统的分析与改进，体现有别于理工院校自动控制课程的强调理论探索、侧重系统设计及实现等的教学模式；三是鼓励学员查询相关资料、书籍，不要满足于仅仅了解系统原理的简单程度
4、，强化学员的自学能力，培养获取并运用信息的能力，为今后从事医疗卫生装备的创新型革新及研制打好基础；四是注重与学员的交流、并积极引导学员之间的相互交流，培养良好协作的团队精神。五、课程设计思路自动控制原理课程设计方案的制定，主要依据总参军训和兵种部印发的军队院校制定课程标准的基本要求和第四军医大学人才培养方案，并且参考了国内重点大学同类课程设置的经验。对于生物医学工程专业的自动控制原理课程，内容设置应保证知识结构的完整性和知识交代的严密性，突出知识结构之间的联系，强调工程应用在课程中的主体地位，有意识地淡化理论推导，用“提出需求、解决问题”的方法理顺各知识点之间的联系。在本课程开设之前，学员已经
5、具备了多门课程的先导知识。在教学过程中，鼓励学员学习和使用MATLAB软件，对于课堂作业，通过MATLAB进行验证。讲授中应力争多介绍自动化领域前沿成果，拓展学员的知识面，启发解决问题的思路。在总结教学经验和研究成果的基础上，对课程目标分别从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面进行具体明确的阐述。1依据课程特点，设计教学思路自动控制原理是研究在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行的原理及技术，数学基础要求较高，理论性很强。因此，在发挥信息化教学特点和优势的同
6、时，也要适当应用过去行之有效的传统教学方法，对于课程的核心内容，比如奈魁斯特稳定判据等提倡使用板书等进行逐步推导，体现自动控制理论的严密性和科学性，教学效果可能会更好一些。2强调学科结合，注重医学应用该课程的教学本身将对医学其他课程的改革起着积极地推动和促进作用。应强调以医学应用为主，特别是以军事医学应用为主。在教学中充分注意医科大学生的知识结构和思维特点，通过教学演示、使学生体验并逐步掌握自动控制原理的基本思想、分析问题的方法，提高该门课程在医疗活动中的应用能力。3充分利用现代化教学手段自动控制原理课程内容涉及数学、电子、机械学等多门学科知识，理论性强，与工程结合密切。课程以系统动态过程为研
7、究对象，内容比较抽象，因此教学设计上既要注意概念和理论内涵的介绍，又要注重工程上的分析和设计方法。由于动态过程比较抽象，讲授时要充分利用现代化教学手段将抽象的动态过程形象化。 4 以人为本, 因材施教 教学过程中注意根据学生的实际程度，采用因材施教的方法，充分体现以人为本的教学理念。讲授中着重讲概念、讲方法，提倡学生自主学习，采用讨论的形式，开展研究性学习。根据内容和要求，通过自控原理的学习，弄懂基本概念、掌握系统分析与设计方法，为后续课程的学习和今后的工作打下良好的基础。第二部分 课程目标一、总体目标通过对自动控制原理的学习，使学员理解和掌握现代自动控制原理的基本理论、基本知识和基本技能，了
8、解自动控制原理的发展现状。注重控制理论教学、实践的连续性，在课程教学的基础上，结合科研项目，介绍实际运用控制理论解决工程问题的思想和方法，启发引导学生灵活自如地运用所学知识分析解决实际问题，为专业课的学习和进一步深造打下必要的理论基础，掌握必要的基本技能。二、分类目标（一）知识与技能目标(1) 熟练掌握积分变换、概率论等数学工具；(2) 理解反馈控制系统的基本原理；(3 )理解根轨迹和相轨迹的概念，能够根据轨迹分析系统性能随参数变化的趋势，掌握反馈校正、复合校正和根轨迹校正的一般方法；（二）过程与方法目标（1）充分利用学校的电化教学环境，制作电子课件，PPT、计算机辅助教学软件、Matlab仿
9、真工具等多种形式进行教学，发挥多媒体手段的优势。（2）通过课外学习、自行查阅参考资料，解决课堂上的疑难问题；（3）参与对困难问题的小组讨论，培养团队协作的能力；（4）采用网络化教学，已建成自动控制原理课程的教学网站，将多种资源集成在网站的教学资源中，学生可以从网上获取课程学习的相关信息，方便学生自主学习。(5) 到临床医疗仪器的应用第一线，从自动控制原理角度，了解典型实际控制系统的组成、结构以及工作情况，增加感性认识，加深对自动控制理论的理解。（三）情感态度与价值观目标(1) 认同自动控制原理在军队卫勤建设和生物医学工程本科专业中的重要地位；(2) 接受自动控制原理在军事装备中得到广泛应用，在
10、医疗卫生装备中也起着核心的支持作用的观点；(3) 关注网络技术、计算机技术与电子技术的发展对于推动自动控制发展的创新方法、创新思想；(4) 体会微分方程、复变函数、积分变换等数学知识对于自动控制原理的基础地位，以及与生物医学工程专业技术干部素质的关系；(5) 遵守现代自动控制原理服务于人类健康和国防建设的职业和道德原则，抵制一切损害国家利益和伤害人民群众身体健康的违法行为；(6) 具有大胆探索、勇于创新、积极交流、密切协作的精神，善于在医学与自动控制原理的结合上寻找创新的突破点；(7) 养成积极思考的习惯，具有独立通过网络获取学习信息的能力。第三部分 内容标准一、教学内容与课时分配篇、章教学内
11、容学时分配理论实验小计第一章自动控制系统的基本概念4 4第二章自动控制系统的数学模型10 10第三章自动控制系统的时域分析14 14第四章根轨迹法88第五章频率响应法16 16第六章用频率法校正系统16 16 考 试合 计 270 270二、内容要点与基本要求【说明】 教学内容划分为三级，即核心内容、重点内容、一般内容。核心内容构成课程的主体框架，是教员必须在课堂上讲深讲透、学员必须掌握的内容；重点内容是核心内容的延伸和丰富，教员在课堂上可以少讲，但必须指导学员学习并熟悉的内容；一般内容指教员可以不讲，但学员必须通过自主学习并了解的内容。第一章 自动控制系统的基本概念基本要求：了解：自动控制系
12、统的基本组成及分类。理解：自动控制系统的基本任务、按偏差调节的闭式控制掌握：控制的基本方式；开环控制，闭环(反馈)控制；负反馈控制原理，对自动控制系统的基本要求重点：开环控制和闭环(反馈)控制的基本原理难点：负反馈控制的基本原理学时分配 学时主要内容教学要求教学方法与手段了解理解掌握1.1自动控制的基本原理与方式 方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯1、按给定值操纵的开式控制 2、按干扰补偿的开式控制 3、按偏差调节的闭式控制 1.2 自动控制系统的组成及分类 1、自动控制系统的组成 2、自动控制系统的分类1.3 对自动控制系统的基本要求 第二章 自动控制系统的数学模型基本要求：了解：建立自
13、动控制系统的数学模型的基本要求；非线性系统（元件）的线性化理解：动态(微分)方程线性化的基本规律；拉氏变换法及线性微分方程求解掌握：动态(微分)方程的建立；线性系统的传递函数；系统结构图的建立及其等效变换；自动控制系统的传递函数； 重点：系统结构图的建立及其等效变换；线性系统及典型元部件的传递函数难点：动态(微分)方程的建立；结构图的等效变换学时分配 10学时主要内容教学要求教学方法与手段了解理解掌握2-1 控制系统的数学模型方法：讲授法、信息化教学手段：电子幻灯2.2 线性系统的微分方程 1、建立系统或元件的微分方程的步骤 2、线性系统的特点3、非线性系统（元件）的线性化4 拉氏变换法及线性
14、微分方程求解5 运动的模态2-3 控制系统的复域数学模型 1、传递函数的定义和性质2、传递函数的一般形式3、传递函数的性质4 典型环节及其传递函数2.4 控制系统的结构图与信号流图1、 结构图的组成2、建立结构图的方法3、结构图的等效变换2.5 反馈控制系统的传递函数1、闭环系统的典型结构2、开环传递函数3、输入信号下的闭环传递函数4、扰动作用下的闭环传递函数5、系统的总输出6、闭环系统的误差传递函数7、系统的总误差第三章 自动控制系统的时域分析基本要求：了解：稳定性的概念和充要条件；改善二阶系统响应特性的措施；高阶系统动态性能估算理解：时域分析与校正的基本概念；系统的典型响应及性能指标；动态性能与稳态性能，误差、稳态误差的概念掌握：系统特征参数、闭环零点、极点分布对系统动态性能的影响；一、二阶系统的动态性能计算；计算稳态误差的一般方法及干扰作用下的稳态误差分析；反馈校正、复合校正的概念及方法；稳定判据重点：误差、稳态误差的计算方法难点：比较一、二阶系统的动态性能计算方法；静态误差系数法的应用学时分配 1时主要内容教学要求
