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自动控制原理
主讲教师 肖理庆/淮南师范学院
学习人数 1558
开课周期 2020年09月07日 ~ 2020年12月30日
教学进度
预报名
进行中
已结课
课程期次 共 17 周
  • 课程详情
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  • 常见问题

根据教育部高等教育司组织高等学校教学指导委员会研究制定的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》,《自动控制原理》属于电气类、自动化类、航空航天类、仪器类、能源动力类、土木类中建筑电气与智能化专业以及农业工程类中农业电气化专业的专业课程。目前自动控制技术在航空航天、工业生产、智能交通、物流配送以及工业机器人等领域具有广泛的应用,不仅有效提高了生产效率与产品质量,同时也改善了劳动条件,将人类从繁重、危险的工作环境中解放出来,在促进社会进步和改善人类生活质量方面起着举足轻重的作用。

《自动控制原理》是在自动控制、电气工程、信息工程以及计算机技术学科发展的基础上建立起来的一门理论与实践相结合的课程,不仅具有概念抽象、理论性强的特点,同时涉及面较广。根据《自动控制原理》课程的教学目的与任务,按问题组织了25个不同的知识点,由淮南师范学院肖理庆博士/教授主讲,并充分利用现代信息技术,配套主讲教师肖理庆博士/教授基于MATLAB自主开发的《自动控制原理》智慧教学工具:《自动控制原理》智慧教学软件、《自动控制原理》智慧测验软件、《自动控制原理》闯关游戏软件、《自动控制原理》期末考试软件、《自动控制原理》期末考试分析软件、《自动控制原理》实验考核软件以及《自动控制原理》辅导答疑软件。衷心希望大家通过《自动控制原理》课程的学习,能够对一个具体的自动控制系统,从理论上对其稳态性能与动态性能进行定性分析与定量计算,并根据对自动控制系统性能的具体要求,合理的设计校正装置,使自动控制系统的性能全面满足要求。

课程概述

通过学习《自动控制原理》,使学生理解控制理论专业术语及概念,掌握自动控制系统的工作原理、系统数学模型的建立、系统性能的分析方法(包括时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法)以及改善系统性能的途径,从而为学生今后的学习和工作打下基础。

课程大纲
  • 第一讲 自动控制系统概述
    • 第一讲 自动控制系统概述
    • 第一讲 课件
    • 第一讲 讲稿
  • 第二讲 根据控制系统工作原理图绘制方框图
    • 第二讲 根据控制系统工作原理图绘制方框图
    • 第二讲 课件
    • 第二讲 讲稿
  • 第三讲 控制系统数学模型概述
    • 第三讲 控制系统数学模型概述
    • 第三讲 课件
    • 第三讲 讲稿
  • 第四讲 建立电路系统微分方程与传递函数
    • 第四讲 建立电路系统微分方程与传递函数
    • 第四讲 课件
    • 第四讲 讲稿
  • 第五讲 控制系统结构图等效变换
    • 第五讲 控制系统结构图等效变换
    • 第五讲 课件
    • 第五讲 讲稿
  • 第六讲 利用梅森增益公式计算系统传递函数
    • 第六讲 利用梅森增益公式计算系统传递函数
    • 第六讲 课件
    • 第六讲 讲稿
  • 第七讲 控制系统时间响应的性能指标
    • 第七讲 控制系统时间响应的性能指标
    • 第七讲 课件
    • 第七讲 讲稿
  • 第八讲 一阶系统时域分析
    • 第八讲 一阶系统时域分析
    • 第八讲 课件
    • 第八讲 讲稿
  • 第九讲 典型二阶系统单位阶跃响应的特点
    • 第九讲 典型二阶系统单位阶跃相应的特点
    • 第九讲 课件
    • 第九讲 讲稿
  • 第十讲 典型二阶系统时域性能指标计算
    • 第十讲 典型二阶系统时域性能指标计算
    • 第十讲 课件
    • 第十讲 讲稿
  • 第十一讲 典型二阶系统响应特性的改善
    • 第十一讲 典型二阶系统响应特性的改善
    • 第十一讲 课件
    • 第十一讲 讲稿
  • 第十二讲 高阶系统时域性能指标计算
    • 第十二讲 高阶系统时域性能指标计算
    • 第十二讲 课件
    • 第十二讲 讲稿
  • 第十三讲 利用劳斯稳定判据分析系统稳定性
    • 第十三讲 利用劳斯稳定判据分析系统稳定性
    • 第十三讲 课件
    • 第十三讲 讲稿
  • 第十四讲 控制系统稳态误差计算
    • 第十四讲 控制系统稳态误差计算
    • 第十四讲 课件
    • 第十四讲 讲稿
  • 第十五讲 根轨迹概念与根轨迹方程
    • 第十五讲 根轨迹概念与根轨迹方程
    • 第十五讲 课件
    • 第十五讲 讲稿
  • 第十六讲 绘制根轨迹的基本法则
    • 第十六讲 绘制根轨迹的基本法则
    • 第十六讲 课件
    • 第十六讲 讲稿
  • 第十七讲 频率特性的基本概念
    • 第十七讲 频率特性的基本概念
    • 第十七讲 课件
    • 第十七讲 讲稿
  • 第十八讲 典型环节频率特性
    • 第十八讲 典型环节频率特性
    • 第十八讲 课件
    • 第十八讲 讲稿
  • 第十九讲 系统开环幅相频率特性曲线绘制
    • 第十九讲 系统开环幅相频率特性曲线绘制
    • 第十九讲 课件
    • 第十九讲 讲稿
  • 第二十讲 系统开环对数频率特性曲线绘制
    • 第二十讲 系统开环对数频率特性曲线绘制
    • 第二十讲 课件
    • 第二十讲 讲稿
  • 第二十一讲 对数幅频渐近特性曲线绘制逆问题
    • 第二十一讲 对数幅频渐近特性曲线绘制逆问题
    • 第二十一讲 课件
    • 第二十一讲 讲稿
  • 第二十二讲 控制系统频域稳定判据
    • 第二十二讲 控制系统频域稳定判据
    • 第二十二讲 课件
    • 第二十二讲 讲稿
  • 第二十三讲 控制系统相对稳定性
    • 第二十三讲 控制系统相对稳定性
    • 第二十三讲 课件
    • 第二十三讲 讲稿
  • 第二十四讲 PID校正控制
    • 第二十四讲 PID校正控制
    • 第二十四讲 课件
    • 第二十四讲 讲稿
  • 《自动控制原理》课程教学大纲
    • 《自动控制原理》课程教学大纲
  • 《自动控制原理》参考资料
    • 《自动控制原理》中英文词汇对照表
    • 《自动控制原理》相关MATLAB指令
    • 建立控制系统传递函数模型MATLAB程序
    • 建立控制系统零极点增益模型MATLAB程序
    • 控制系统传递函数模型转换为零极点增益模型MATLAB程序
    • 控制系统零极点增益模型转换为传递函数模型MATLAB程序
    • 环节串联MATLAB程序
    • 环节并联MATLAB程序
    • 反馈连接MATLAB程序
    • 控制系统稳定性判断MATLAB程序
    • 控制系统在单位阶跃输入信号作用下动态性能指标计算MATLAB程序
    • 典型二阶系统比例微分控制MATLAB程序
    • 典型二阶系统输出量速度反馈控制MATLAB程序
    • 绘制控制系统根轨迹MATLAB程序
    • 绘制控制系统伯德图MATLAB程序
    • 绘制控制系统幅频特性曲线MATLAB程序
    • 绘制控制系统相频特性曲线MATLAB程序
    • 绘制控制系统奈奎斯特曲线MATLAB程序
  • 第一讲 自动控制系统概述至第六讲 利用梅森增益公式计算系统传递函数考试
  • 第七讲 控制系统时间响应的性能指标至第十二讲 高阶系统时域性能指标计算考试
  • 第十三讲 利用劳斯稳定判据分析系统稳定性至第十八讲 典型环节频率特性考试
  • 第十九讲 系统开环幅相频率特性曲线绘制至第二十四讲 PID校正控制考试
  • 《自动控制原理》课程考试
  • 《自动控制原理》课程图片
    • 图1 恒温箱温度人工控制系统
    • 图2 恒温箱温度自动控制系统
    • 图3 指南车
    • 图4 机械臂
    • 图5 轮式移动机器人
    • 图6 履带式移动机器人
    • 图7 典型自动控制系统方框图
    • 图8 电炉温度自动控制系统工作原理图
    • 图9 电炉温度自动控制系统方框图
    • 图10 恒温箱温度自动控制系统方框图
    • 图11 水位自动控制系统工作原理图
    • 图12 水位自动控制系统方框图
    • 图13 液体储罐液位自动控制系统工作原理图
    • 图14 液体储罐液位自动控制系统方框图
    • 图15 他励直流电机转速开环控制系统工作原理图
    • 图16 他励直流电机转速闭环控制系统方框图
    • 图17 按输入前馈补偿的复合控制
    • 图18 按干扰前馈补偿的复合控制
    • 图19 《自动控制原理》智慧教学软件
    • 图20 学生版课程课件
    • 图21 自动控制系统概述专题测验软件
    • 图22 根据控制系统工作原理图绘制方框图专题测验软件
    • 图23 机械位移系统
    • 图24 电路系统
    • 图25 电路系统
    • 图26 电路系统
    • 图27 电路系统
    • 图28 电路系统
    • 图29 救援机器人柔性关节控制模型
    • 图30 信号线
    • 图31 引出点
    • 图32 比较点
    • 图33 方框
    • 图34 环节的串联
    • 图35 串联后等效的传递函数
    • 图36 环节的并联
    • 图37 并联后等效的传递函数
    • 图38 反馈连接
    • 图39 反馈连接等效的传递函数
    • 图40 比较点前移前的结构图
    • 图41 比较点前移后的结构图
    • 图42 比较点后移前的结构图
    • 图43 比较点后移后的结构图
    • 图44 相邻比较点移动前的结构图
    • 图45 相邻比较点移动后的结构图
    • 图46 引出点前移前的结构图
    • 图47 引出点前移后的结构图
    • 图48 引出点后移前的结构图
    • 图49 引出点后移后的结构图
    • 图50 控制系统结构图
    • 图51 将引出点a后移至b的控制系统结构图
    • 图52 根据反馈与并联运算公式化简后的控制系统结构图
    • 图53 等效变换后的控制系统结构图
    • 图54 信号流图
    • 图55 控制系统信号流图
    • 图56 控制系统结构图
    • 图57 控制系统信号流图
    • 图58 控制系统结构图
    • 图59 控制系统结构图
    • 图60 控制系统结构图
    • 图61 控制系统信号流图
    • 图62 控制系统结构图
    • 图63 控制系统信号流图
    • 图64 反馈控制系统结构图
    • 图65 控制系统数学模型概述专题测验软件
    • 图66 建立电路系统微分方程与传递函数专题测验软件
    • 图67 控制系统结构图等效变换专题测验软件
    • 图68 利用梅森增益公式计算系统传递函数专题测验软件
    • 图69 控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图70 一阶系统单位阶跃响应曲线
    • 图71 典型二阶系统动态结构图
    • 图72 动态演示部分
    • 图73 阻尼比小于-1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图74 阻尼比等于-1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图75 阻尼比等于-0.2时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图76 阻尼比等于-0.1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图77 阻尼比等于0且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图78 阻尼比等于0且无阻尼振荡频率等于2时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图79 阻尼比等于0.1且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图80 阻尼比等于0.5且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图81 阻尼比等于0.1且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图82 阻尼比等于0.5且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图83 阻尼比等于0.8且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图84 阻尼比等于0.82且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图85 阻尼比等于0.8且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图86 阻尼比等于0.82且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图87 阻尼比等于0.2且无阻尼振荡频率等于2时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图88 阻尼比等于0.2且无阻尼振荡频率等于5时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图89 阻尼比等于0.2且无阻尼振荡频率等于2时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图90 阻尼比等于0.2且无阻尼振荡频率等于5时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图91 阻尼比等于1且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图92 阻尼比等于5且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图93 阻尼比等于1且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图94 阻尼比等于1且无阻尼振荡频率等于2时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图95 阻尼比等于2且无阻尼振荡频率等于2时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图96 阻尼比等于2且无阻尼振荡频率等于5时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图97 阻尼比等于2且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图98 阻尼比等于5且无阻尼振荡频率等于1时控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图99 允许误差带宽度Δ=5%时过阻尼二阶系统调节时间特性曲线
    • 图100 允许误差带宽度Δ=2%时过阻尼二阶系统调节时间特性曲线
    • 图101 控制系统动态结构图
    • 图102 单位负反馈典型二阶系统单位阶跃响应曲线
    • 图103 比例-微分控制的典型二阶系统动态结构图
    • 图104 采用比例-微分控制前后控制系统单位阶跃响应曲线(微分时间常数为0.3)
    • 图105 采用比例-微分控制前后控制系统单位阶跃响应曲线(微分时间常数为0.5)
    • 图106 基于MATLAB编程实现比例-微分控制前后二阶系统单位阶跃响应曲线
    • 图107 系统采用比例-微分控制前时域性能指标
    • 图108 系统采用比例-微分控制后时域性能指标
    • 图109 测速反馈控制的典型二阶系统动态结构图
    • 图110 采用测速反馈控制前后控制系统单位阶跃响应曲线(测速反馈系数为0.3)
    • 图111 采用测速反馈控制前后控制系统单位阶跃响应曲线(测速反馈系数为0.5)
    • 图112 基于MATLAB编程实现测速反馈控制前后二阶系统单位阶跃响应曲线
    • 图113 系统采用测速反馈控制前时域性能指标
    • 图114 系统采用测速反馈控制后时域性能指标
    • 图115 采用比例-微分控制前控制系统时域性能指标
    • 图116 采用比例-微分控制后控制系统时域性能指标
    • 图117 利用MATLAB编程控制系统时域性能指标计算值
    • 图118 原控制系统与降阶系统在单位阶跃输入信号下响应曲线
    • 图119 控制系统动态结构图
    • 图120 控制系统单位阶跃响应时域性能指标
    • 图121 控制系统单位阶跃响应曲线
    • 图122 控制系统时间响应的性能指标专题测验软件
    • 图123 一阶系统时域分析专题测验软件
    • 图124 典型二阶系统单位阶跃响应的特点专题测验软件
    • 图125 典型二阶系统时域性能指标计算专题测验软件
    • 图126 典型二阶系统响应特性的改善专题测验软件
    • 图127 高阶系统时域性能指标计算专题测验软件
    • 图128 利用劳斯稳定判据分析系统稳定性专题测验软件
    • 图129 控制系统稳态误差计算专题测验软件
    • 图130 某单位负反馈控制系统动态结构图
    • 图131 控制系统根轨迹
    • 图132 根轨迹在实轴上的分布
    • 图133 根轨迹的分离点
    • 图134 控制系统根轨迹
    • 图135 控制系统根轨迹
    • 图136 控制系统根轨迹
    • 图137 利用rlocus( )函数绘制控制系统根轨迹
    • 图138 控制系统根轨迹
    • 图139 控制系统根轨迹
    • 图140 根轨迹概念与根轨迹方程专题测验软件
    • 图141 绘制根轨迹的基本法则专题测验软件
    • 图142 控制系统闭环传递函数与正弦输入信号设置
    • 图143 控制系统在正弦输入信号作用下的稳态响应
    • 图144 控制系统幅频特性曲线
    • 图145 控制系统相频特性曲线
    • 图146 控制系统幅相频率特性曲线
    • 图147 系统开环幅相频率特性曲线
    • 图148 系统开环幅相频率特性曲线
    • 图149 对数频率特性曲线
    • 图150 利用nyquist( )函数绘制系统开环幅相频率特性曲线
    • 图151 系统开环对数幅频渐近特性曲线
    • 图152 某最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线
    • 图153 控制系统开环幅相频率特性曲线
    • 图154 半闭合曲线
    • 图155 复平面中幅值裕度h的表示
    • 图156 系统A与系统B相对稳定性比较
    • 图157 复平面中相角裕度的表示
    • 图158 系统A与系统B相对稳定性比较
    • 图159 频率特性的基本概念专题测验软件
    • 图160 典型环节频率特性专题测验软件
    • 图161 系统开环幅相频率特性曲线绘制专题测验软件
    • 图162 系统开环对数频率特性曲线绘制专题测验软件
    • 图163 对数幅频渐近特性曲线绘制逆问题专题测验软件
    • 图164 控制系统频域稳定判据专题测验软件
    • 图165 控制系统相对稳定性专题测验软件
    • 图166 串联校正控制系统方框图
    • 图167 反馈校正控制系统方框图
    • 图168 复合校正控制系统方框图
    • 图169 串联超前校正装置
    • 图170 串联超前校正伯德图
    • 图171 串联超前校正设计
    • 图172 串联滞后校正装置
    • 图173 串联滞后校正伯德图
    • 图174 串联滞后校正设计
    • 图175 由PID控制器构成的控制系统结构图
    • 图176 PID校正前控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图177 PID校正前控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图178 PID校正后控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图179 PID校正前后控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图180 PID校正后控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图181 PID校正前后控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图182 PID校正后控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图183 PID校正前后控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图184 PID校正后控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图185 PID校正前后控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图186 确定临界比例度与临界振荡周期
    • 图187 救援机器人柔性关节PID控制模型
    • 图188 PID校正前控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图189 PID校正前控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图190 PID校正后控制系统在单位阶跃输入信号作用下时域性能指标
    • 图191 PID校正前后控制系统在单位阶跃输入信号作用下响应曲线
    • 图192 PID校正控制专题测验软件
  • 《自动控制原理》试题库
    • 《自动控制原理》试题库
授课目标

1.专业知识目标

1.1 了解控制理论的发展史;

1.2 理解控制理论专业术语及概念;

1.3 掌握自动控制系统的工作原理;

1.4 掌握系统数学模型(微分方程、传递函数、系统结构图)的建立;

1.5 掌握系统性能(稳定性、动态性能、稳态性能)的分析方法(包括时域分析法、根轨迹法、频域法);

1.6 掌握改善系统性能的途径

1.7 理解线性离散系统的基本理论和分析方法

1.8 了解非线性系统的相平面法和描述函数法

2.专业技能目标

运用时域分析法、根轨迹法、频域法分析并解决实际系统问题。

3.专业素质目标

具备基本的处理自动控制原理相关专业问题的能力与修养。


预备知识

《高等数学》、《线性代数》、《电路分析》、《物理》、《模拟电子技术》等。

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授课教师
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