自动控制理论课程设计课程教学大纲

《自动控制理论课程设计》课程编号100063248课程名称自动控制理论课程设计英文名称Automatic ControlTheory Project课程性质必修课程总学分1总学时32；开课学年及学期第4学期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

一、课程内容简介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

二、课程目标

1.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/SIMCLINK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

三、课程目标与毕业要求指标点对应关系毕业要求支撑毕业要求指标点课程FI标

4.2能够根据实验目的确定需要的数据，并能够通过合课程目标3毕业要求4:能够基于科学原适的手段收集数据理并采用科学方法对自动化领域中的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与

4.3能够对实验过程正确性加以评判，并能够合理地分课程目标4解释数据、并通过信息综合得析实验结果到合理有效的结论毕业要求5:能够针对自动化

5.2能够针对电气传动及控制、电力系统、电力电子、工业自动化、电子信息技术等电气工程及相关领域复课程目标1课领域中的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、杂工程问题，开发、选择和使用适当的技术、现代工程目标2课程程工具和信息技术工具进行分析、预测和模拟，并判资源、现代工程工具和信息技目标4断其在特定条件下的局限性术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其

10.3能够使用多媒体技术或其他工具软件，当众展示课程目标2课局限性或汇报自己的想法和成果程目标3

四、教学内容及学时分配教学内容学时支撑课程目标教学方法与策略第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

3.MATLAB绘图方法4学时讲课程目标1讲授和辅导课程目标

24.控制系统MATLAB时域分析方法授和辅导

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4学时讲课程目标1课程目讲授和辅导标

21.基于SIMULINK典型环节的仿真授和辅导

2.基于SIMULINK二阶系统阶跃响应仿真

3.基于SIMULINK串联系统校正仿真

4.基于SIMUUNK的PID控制器参数仿真第2章SIMULINK在自动控制理论中的应用

1.典型环节的仿真课程目标2课程目标

32.二阶系统阶跃响应仿真4讲授和辅导

3.串联系统校正仿真课程目标4课程目标

4.PID控制器Simulink仿真5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学时讲课程目标

12.实验硬件/软件平台结构介绍授、讨论项目驱动团队合作课程目标

33.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PID位置控制器和速度控制，调节控制器参数，使系统性能达到调6学时实课程目标3项目驱动团队合作节时间

0.1s,超调量5%,并对系统稳定性进验设计和课程目标4研究型实验行分析辅导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6学时实相位裕度60-75度给出超前校正器设计、课程目标3项目驱动团队合作验设计和仿真和实验过程课程目标4研究型实验辅导学生课下建议投入学时2学时进行直流电机电压-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36学时项目驱动团队合作完成任务书三内容利用工程整定法对课程目标3课程目标实验设计研究型实验4和辅导电机进行PID控制器设计，进一步进行创新性设计，完成基于电机控制的平衡控制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4学时展课程目标3课程目标项目驱动团队合作之间相互打分提问示和互4研究型实验学生课下建议投入学时2学时整理项目成评果，制作展示PPT或视频文件

五、课程考核与成绩评定课程目标考核方式权重与1234课程设计报告50V7V7M00C成绩10V V7V实验记录单10V V VV实验表现

10.课程设计答辩207总评100

六、大纲说明本教学大纲适用于学习自动控制理论课程的本科生，重点放在实验结果分析中在教学方法遵循由软件仿真到实物硬件的对比原则，根据实验中提出控制性能指标，要求学生自己计算、仿真，从仿真曲线及实验曲线中得到控制参数，最后完成完整的课设报告，并进行答辩

七、教科书、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.。