《自动控制理论实验》课程教学大纲

《自动控制理论课程设计》

1.课程编号

1000632482.课程名称自动控制理论课程设计（Automatic ControlTheory Project）

3.课程概要自动控制理论课程设计包括基于MATLAB/SIMULINK的控制系统仿真实验和基于典型被控对象直流电机和旋转倒立摆的半实物仿真控制系统设计两部分针对控制系统的组成、控制理论的概念设计任务书，以项目为牵引，引导学生完成直流电机和旋转倒立摆两个典型被控对象的时域法、频域法和状态空间方法的控制系统设计，通过建模-仿真-实验，达到对直流电机和旋转倒立摆不同状态控制的任务书要求通过自动控制理论课程设计，使学生能够熟练掌握控制系统设计的方法，培养学生针对复杂被控对象进行控制系统和控制算法设计的能力课程中穿插对维纳、韩京清等控制理论科学家故事的讲解，培养学生追本溯源的科学精神和严谨求实的实验态度

4.高等教育层次本科

5.课程属性必修

6.课程性质专业课

7.开课学年学期第4学期

8.先修课程自动控制理论I,Matlab在自动化工程中的应用，模拟电子技术

9.学时、学分32学时，1学分类别学时/学分类别学时类别学时总学时32学时课堂讲授学时12学时课堂实验学时16学时任务书理解和准备6学时课下研讨实践学学生课下投入学总学分1学分4学时M00C16学时时时注:A、总学时二课堂讲授学时+课堂实验学时（实践环节课程的课下研讨实践学时计入总学时）；B、总学分对于普通课16学时计1学分，实践环节课程32学时计1学分；C、课下研讨实践学时需为师生共同参与的学习时间；D、教师工作量认定等于课堂讲授学时+课堂实验学时+课下研讨实践学时课程教学形式（0普通课程；1全英文课程；2双语课；3研究型课程；4网络课堂）0普通课程+4网络课堂0普通课程传统讲授式教学占总学时2/3以上比例；1全英文课程使用英文教材、英文教案、英文作业、英文考试，在课堂教学中95%以上的时间使用英语进行教学和交流的课程（专业英语除外）；2双语课程使用英文教材、英文教案、英文作业、英文考试，在课堂教学中部分时间使用英语进行教学和交流的课程（英语专业课程除外）；3研究型课程基于项目开发、案例分析、专题研讨的教学形式占总学时比例2/3以上，以团队化教学为主要形式的课程；4网络课堂含应用MOOC,SPOC授课，以及翻转课堂为主要形式的课程

10.课程预期学习成果（给出知识能力素养各方面的的具体教学结果）（必填项）L知悉和理解经典自动控制理论和相关方法，并能够应用于典型被控对象的分析和设计2,能够掌握完成应用SIMULINK控制系统工具箱搭建控制系统，解决线性系统时域、频域及状态空间仿真和实验的问题，掌握使用MATLAB软件提取相关数据并应用恰当的计算机技术解决不熟悉的新问题的能力

3.拥有根据实验目的确定需要数据的能力，掌握实际系统与理论数学模型的联系，具有解决问题的方法和思路，形成运用建模-仿真-实验方法进行控制系统设计的意识

4.能够驾驭针对典型被控对象直流电机、倒立摆基于MATLAB/SIMULINK的控制器设计和系统调试方法掌握系统集成、传感器标定、物理系统建模和参数辨识等方法，掌握系统调试和系统稳定性等分析方法具备对实验过程的正确性加以评判，并能够合理地分析实验结果的基本素养备注课程的每一个教学目标对应需考核的一项知识能力点，上表中的四种表述形式是对知识能力点的不同掌握层次

11.课程预期学习成果与教学效果评价（如填此项则上一项可不填）课程预期学习成果教学效果评价不及格及格，中良优对经典自动控制对经典自动控制理论对经典控制理论

1.知悉和理解经典自动控对经典自动控制理理论知识仅有碎主要内容，控制系统主要内容，控制制理论和相关方法，并能论主要内容，控制片化的理解；能设计过程能完整理系统设计核心过够应用于典型被控对象的系统设计过程能理够运用零碎的自解，但不系统，存在程能完整系统地分析和设计解，但不完整；整动控制原理，分断点；整体上具备运理解；具备运用体上具备运用自动析解决控制系统用自动控制原理，分自动控制原理，控制原理，分析解设计问题析解决控制系统设计分析解决控制系决控制系统设计问问题的能力，有一定统设计问题的能题的能力，但缺乏的系统性，对个别问力系统性题存在断点仅能零碎使用能基本使用能够使用SIMULINK工能够系统完整地

2.能够掌握完成应用SIMULINK控制系SIMULINK控制系统具箱解决控制系统仿使用SIMULINK工SIMULINK控制系统工具箱统工具箱；对工具箱，但不完整；真的问题，但系统性具箱解决控制系搭建控制系统，解决线性MATLAB软件的使能够基本掌握对不够，存在薄弱点；统仿真的问题；能系统时域、频域及状态空用以及数据的提MATLAB软件的使用能够使用MATLAB软件够熟练使用间仿真和实验的问题，掌取处理应用能力以及数据的提取处分析处理数据，但熟MATLAB软件分析握使用MATLAB软件提取相非常薄弱理应用，但不完整练程度尚不够处理数据关数据并应用恰当的计算机技术解决不熟悉的新问题的能力对实验目的所需能根据实验目的基能够根据实验目

3.具有根据实验目的确定要的数据十分模本确定实验所需数能够根据实验目的确的确定需要收集需要数据的能力，掌握实糊；对实际系统据，对实际系统与定需要收集的数据，的数据，；掌握际系统与理论数学模型的与理论的对应关理论数学模型的对但存在数据冗余或部数学模型和实际联系，具有解决问题的方系，以及问题的应关系概念模糊，分缺失；能够基本掌系统的关系，并法和思路，形成运用建模-解决思路完全没具有一定的建模-仿握数学模型和实际系应用建模-仿真-仿真-实验方法进行控制系有概念真-实验方法进行系统的关系，并应用建实验方法进行控统设计的意识统设计的思路，但模-仿真-实验方法进制系统设计，完不完整行控制系统设计，但成任务书要求设计结果与任务书仍具有一定差距理解针对典型被控基本掌握针对典型被不掌握典型被控能够针对典型被

12.课程预期学习成果与所支撑的毕业要求对应关系（公共平台课无需细化到毕业要求指标点（见各专业培养方案说明书），暂无专业认证需求的专业下表可选填）毕业要求（指标点）编号毕业要求（指标点）内容课程预期学习成果毕业要求4研究能够基于科学原理并采用科

4.2能够根据实验目的确定需要的数课程目标3学方法，对自动化相关的控据，并能够通过合适手段收集数据制理论与应用、工业自动化、检测技术、电子信息技术等领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与

4.3能够对实验过程的正确性加以评课程目标4解释数据、并通过信息综合判，并能够合理地分析实验结果得到合理有效的结论O毕业要求5使用现代工具能

5.2能够针对自动化相关的控制理论与够针对自动化相关的控制理应用、工业自动化、检测技术、电子信论与应用、工业自动化、检息技术等领域中的复杂工程问题，开课程目标1课程目标2课测技术、电子信息技术等领发、选择和使用适当的技术、现代工程程目标4域的复杂工程问题，开发、工具和信息技术工具进行分析、预测和选择与使用恰当的技术、资模拟，并判断其在特定条件下的局限源、现代工程工具和信息技性术工具，对复杂工程问题预测与模拟，并能够理解其局

10.3能够使用多媒体技术或其他工具课程目标2软件，当众展示或汇报自己的想法和成限性课程目标3果

13.教学内容、学时分配、与进度安排教学内容学时分配所支撑的课程预教学方法与期学习成果策略第1部分MATLAB在自动控制理论中的应用

1.MATLAB的基础知识

2.MATLAB传递函数的建立与框图化简基于构建主4学时课程目标1课程义的实验课

3.MATLAB绘图方法目标2讲授和辅导堂

4.控制系统MATLAB时域分析方法

5.控制系统MATLAB频域分析方法

6.控制系统MATLAB根轨迹分析方法第2部分SIMULINK在自动控制理论中的应用

1.基于SIMULINK典型环节的仿真基于构建主4学时课程目标1课程

2.基于SIMULINK二阶系统阶跃响应仿真义的实验课目标2讲授和辅导堂

3.基于SIMULINK串联系统校正仿真

4.基于SIMULINK的PID控制器参数仿真第3部分自动控制理论原理课程设计

1.任务书下达与任务分解2学时讲授、课程目标1项目驱动团

2.实验硬件/软件平台结构介绍讨论课程目标3队合作

3.系统传感器标定和系统参数测式和实验

4.课程设计团队分组与项目管理第4部分自动控制理论原理课程设计

（1）完成任务书一内容分析直流电机电压-转速控制系统和电压-位置控制系统特性，设计PID（或改进的P1D）6学时项目驱动团位置控制器和速度控制，调节控制器参数，使系课程目标3实验设计和队合作研究统性能达到调节时间＜

0.ls,超调量＜5%,并对课程目标4系统稳定性进行分析辅导型实验学生课下建议投入学时2学时进行直流电机电压-速度和电压-位置传函推导，搭建SIMULINK模型进行仿真分析和设计第4部分自动控制理论原理课程设计

（2）完成任务书二内容对直流电机电压-位置控制系统进行频域分析，设计超前矫正器对二阶系统进行超前校正，使系统性能达到相位裕度60-75度6学时项目驱动团课程目标3课程给出超前校正器设计、仿真和实验过程实验设计和队合作研究目标4学生课下建议投入学时2学时进行直流电机电辅导型实验压-位置超前校正器设计计算，搭建SIMULINK模型进行仿真分析第4部分自动控制理论原理课程设计

（3）完成任务书三内容利用工程整定法对电机进行PID6学时项目驱动团控制器设计，进一步进行创新性设计，完成基于课程目标3课程实验设计和队合作研究目标4电机控制的平衡控制实验辅导型实验学生课下建议投入学时2学时掌握PID控制原理和工程整定方法，认识系统稳定性第5部分课程验收以小组形式进项项目成果展示和答辩，小组之间项目驱动团4学时课程目标3课程相互打分提问队合作研究展示和互评目标4学生课下建议投入学时2学时整理项目成果，制型实验作展示PPT或视频文件（注实践研讨学时、教师课下指导学时、学生课下建议投入学时内容应予以描述）

14.考核与成绩评定（平时成绩、期末成绩在总成绩中的比例，平时成绩的记录方法）考核方式考查（报告+答辩）平时成绩20%（课堂表现）M00C成绩10%（中国大学慕课网平台上计算成绩）课程设计报告50%（课程设计报告、课程设计任务完成情况和整体设计思路）课程设计答辩20%（现场表达和提问环节）

15.教材，参考书姜增如.自动控制理论虚拟仿真与实验设计[M].北京北京理工大学出版社,

2020.。