控制工程基础课程简介

1 自动控制的基本概念

使学生了解自动控制的起源、发展历史和理论的成熟过程，了解控制系统的分类和控制系统的基本要求等，通过本章学习对课程内容和控制理论的工程背景有总体的认知

课时

1.1 自动控制的基本原理与方法

1.1.1 自动控制技术及其应用

1.1.2 自动控制发展简史

1.1.3 反馈控制原理

1.2 自动控制系统基本控制方式

1.2.1 开环控制

1.2.2 闭环控制

1.2.3复合控制

1.3 闭环控制基本组成

1.4 自动控制系统的分类

1.5 自动控制系统的基本要求

1.5.1 稳定性

1.5.2 快速性

1.5.3准确性

2 控制系统的数学模型

使学生掌握自动控制理论的基本数学工具，以及系统数学模型的表示方法，了解系统动态特性的概念，从而掌握常见控制系统的建模方法。

课时

2.1 微分方程和传递函数

2.1.1线性常微分方程及求解

2.1.2 传递函数

2.1.3 传递函数的性质

2.2 常用控制元件的传递函数

2.2.1 无源网络

2.2.2 有源网络

2.2.3 常用检测元件

2.2.4 常用执行元件

2.3 方块图及其等效变换

2.3.1 控制系统的方块图

2.3.2 方块图的等效变换

2.3.3 用Mason公式求传递函数

2.4典型环节及其传递函数

2.5 反馈控制系统的传递函数

2.5.1 开环传递函数

2.5.2 闭环系统的传递函数

2.5.3闭环系统的输出

2.5.4闭环系统的误差

3 线性系统的时域分析法

使学生掌握控制系统的时域分析方法，深入理解传递函数的概念及其物理意义，掌握系统稳定性的概念和时域分析方法，从而掌握常见系统的时域分析方法，为系统控制策略的设计奠定理论基础。

课时

3.1 典型控制过程及性能指标

3.1.1典型输入信号

3.1.2 时域性能指标

3.2 一阶系统分析

3.2.1一阶系统的数学模型

3.2.2 一阶系统的阶跃响应

3.2.3 一阶系统的斜坡响应

3.2.4一阶系统的脉冲响应

3.2.5 线性定常系统的重要结论

3.3 二阶系统时域分析

3.3.1 二阶系统的数学模型

3.3.2 二阶系统的阶跃响应

3.3.3 二阶系统的性能指标

3.3.4二阶系统的斜坡响应

3.3.5二阶系统的脉冲响应

3.4 高阶系统的时域分析

3.4.1高阶系统的数学模型

3.4.2 高阶系统的阶跃响应

3.4.3 高阶系统的性能分析

3.4.4 主导极点的概念

3.5 控制系统的稳定性分析

3.5.1 稳定的概念

3.5.2 线性定常系统稳定的充要条件

3.5.3 劳斯稳定判据

3.5.4劳斯稳定判据的应用

3.6 控制系统的稳态误差分析

3.6.1 误差与稳态误差的概念

3.6.2 系统的类型

3.6.3 静态误差系数

3.6.4 扰动作用引起的稳态误差

4 线性系统的根轨迹法

使学生了解根轨迹法在分析系统稳定性、系统性能以及系统控制参数设计中的应用方法。

课时

4.1 根轨迹方程

4.1.1 根轨迹概念

4.1.2 根轨迹与系统性能

4.1.3 根轨迹方程

4.2 根轨迹绘制的基本法则

4.2.1根轨迹绘制的七条基本法则

4.2.2 闭环极点的确定

4.3 广义根轨迹

4.3.1 参数根轨迹

4.3.2等效开环传递函数

4.3.3 附加开环零点的作用

4.3.4 附加开环极点的影响

4.3.5 零度根轨迹

5 线性系统的频率响应法

使学生深入掌握频域分析的方法，理解系统频域特性的物理概念，掌握控制系频域曲线的图形绘制，以及与时域特性的对应关系。

课时

5.1 频率特性和频率特性图

5.1.1 频率特性的基本概念

5.1.2频率特性的几何表示法

5.1.3 典型环节的频率特性图

5.2 控制系统的开环频率特性图

5.2.1 对数坐标图

5.2.2 极坐标图

5.2.3最小相位系统与非最小相位系统

5.3 奈奎斯特稳定判据

5.3.1 幅角原理

5.3.2 奈奎斯特稳定判据

5.3.3对数稳定判据

5.3.4 稳定裕量

5.4 频率特性与时域性能的关系

5.4.1典型系统的对数幅频特性

5.4.2 开环对数幅频特性与时域性能的关系

5.4.3 闭环频率特性

5.4.4 闭环频率特性与时域性能的关系

6 控制系统的校正方法

使学生掌握控制系统PID调节器的原理，并初步掌握PID控制器的参数设计方法；深入掌握超前、滞后两种频域校正方法。

课时

6.1 控制系统设计的基本概念

6.1.1 性能指标

6.1.2 初步设计

6.1.3 校正的作用

6.1.4 校正方式

6.1.5 校正装置

6.2 时域法校正

6.2.1 二阶系统的比例微分控制

6.2.2 二阶系统的速度反馈控制

6.2.3 比例积分控制

6.2.4 PID控制

6.3 频率法校正

6.3.1 串联超前校正

6.3.2 串联迟后校正

6.3.3 迟后—超前校正

6.3.4 反馈校正

6.4 复合控制校正

6.4.1 复合控制的特点

6.4.2 按扰动补偿的复合控制系统

6.4.3 按输入补偿的复合控制系统

第1次开课

2018年10月25日 ~ 2018年12月30日

待定

吴晓蓓、戚国庆、李银伢、张益军、张保勇

2529

第2次开课

2019年03月10日 ~ 2019年06月28日

3~6小时每周

2394

第3次开课

2019年09月23日 ~ 2019年12月31日

5小时每周

2198

第4次开课

2020年02月24日 ~ 2020年05月31日

吴晓蓓、戚国庆、李银伢、张益军、张保勇、马倩

1913

第5次开课

2020年08月31日 ~ 2021年01月16日

4小时每周

吴晓蓓、戚国庆、李银伢、张益军、张保勇

2705

第6次开课

2021年03月10日 ~ 2021年06月30日

2511

第7次开课

2021年08月24日 ~ 2022年01月15日

待定

《控制工程基础（第3版）习题解》

9787302221715

清华大学出版社

董景新、郭美凤、陈志勇、刘云峰

“控制工程基础（第三版）”数字课程

高等教育出版社

2019年2月

王积伟、吴振顺