高綱1579

江蘇省高等教育自學考試大綱

08315　控制工程基礎(chǔ)

南京理工大學編

江蘇省高等教育自學考試委員會辦公室

Ⅰ  課程性質(zhì)與課程目標

一、課程性質(zhì)和特點

《控制工程基礎(chǔ)》課程是江蘇省高等教育自學考試電子工程專業(yè)本科段的必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是電子工程專業(yè)課程體系中的骨干課程之一。

控制工程基礎(chǔ)知識在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如航空航天系統(tǒng)、現(xiàn)代交通運輸系統(tǒng)、管理決策系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)、機械控制系統(tǒng)、國防武器系統(tǒng)等等，是人們開發(fā)、利用信息傳遞以支持組織自動化生產(chǎn)，開發(fā)自動控制設(shè)備，是一門能極大地促進現(xiàn)代社會組織的變革、推進社會現(xiàn)代化進程、提高組織自身素質(zhì)與競爭能力的科學。

隨著自動控制技術(shù)不斷發(fā)展，自動控制技術(shù)這支利劍必須切實瞄準各行各業(yè)的業(yè)務(wù)需求這個目標，做到有的放矢，才能真正發(fā)揮作用?？刂乒こ袒A(chǔ)這門課程的任務(wù)就是利用自動控制的理論及思想，結(jié)合具體實際情況，幫助學生掌握分析控制系統(tǒng)的性能及設(shè)計控制器的基本方法，從而提高學生理論水平，鍛煉他們進行系統(tǒng)開發(fā)的能力，為將來從事實際工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

《控制工程基礎(chǔ)》是一門系統(tǒng)性很強的應(yīng)用型課程，是以講解控制系統(tǒng)分析、設(shè)計及提高系統(tǒng)性能為主要內(nèi)容，引導學生利用應(yīng)用數(shù)學、力學、電子工程學等知識，不斷深入理解控制工程相關(guān)知識、靈活運用知識的一門科學。課程具有較強的理論性，學生通過具體的機械及電子控制系統(tǒng)的專門學習，在樹立清晰的系統(tǒng)意識的基礎(chǔ)上，掌握控制系統(tǒng)性能分析與系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。通過本課程的學習，學生不僅可以增強自學能力和獨立研究能力，而且提高自身的開發(fā)能力，成為具備較強的研究能力、創(chuàng)新能力和駕馭現(xiàn)代化控制技術(shù)能力的復合型人才。

二、課程目標

通過本課程的學習，應(yīng)達到如下要求：

1．以機械運動作為主要控制對象，重點掌握數(shù)學模型及分析的基本思想和方法。熟練掌握典型系統(tǒng)（特別是一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)）的時域和頻域特性；

2．重點掌握線性系統(tǒng)的性能指標的定義及意義，以及相應(yīng)的求取思想和基本方法；

3．重點掌握自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的概念和常用的判定方法，能熟練應(yīng)用基本的判定方法判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

4．熟練掌握在典型輸入信號作用下，系統(tǒng)的響應(yīng)；

5．熟練掌握控制系統(tǒng)建模的基本方法及模型簡化的基本手段；

6．掌握控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的概念，深刻理解傳遞函數(shù)性質(zhì)及物理意義；

7．掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和基本的方法；

8．對基本的校正裝置的作用有所了解。

三、與相關(guān)課程的聯(lián)系與區(qū)別

本課程的前修課程是高等數(shù)學、力學、電工、電子線路等，須具備有一定的電子工程基礎(chǔ)知識，以便能順利掌握機械系統(tǒng)、電子工程中的數(shù)學模型的建立以及所需的運算工具。

四、課程的重點和難點

第1章 重點和難點：

1.控制系統(tǒng)的基本概念的準確把握；

2.控制系統(tǒng)的基本組成與實例各部件的對應(yīng)關(guān)系；

3.控制系統(tǒng)的基本要求的意義；

4.實際系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的作用。

第2章 重點和難點：

1.數(shù)學模型的建立方法；

2.拉氏變換和反變換的計算；

3.傳遞函數(shù)的準確定義及求取方法；

4.實際物理系統(tǒng)方塊圖的建立；

5.方塊圖的化簡方法；

6.誤差傳遞函數(shù)、前向通道傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、反饋通道傳遞函數(shù)和開環(huán)傳遞函  數(shù)的概念及準確計算。

第3章 重點和難點：

1.控制系統(tǒng)在單位脈沖、階躍、速度、加速度信號作用下響應(yīng)的求取方法；

2.欠阻尼系統(tǒng)的動態(tài)性能指標的求?。?/p>

3.阻尼系數(shù)與各項性能指標的關(guān)系；

4.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其無阻尼自然頻率、有阻尼自然頻率和阻尼比的計算。

第4章 重點和難點：

1.頻率特性函數(shù)的定義及其物理意義；

2.頻率特性的對數(shù)坐標圖和極坐標圖的概略繪制方法；

3.系統(tǒng)極坐標圖的特殊點計算及型次、階次及零、極點位置對極坐標圖的影響；

4.頻域性能指標及計算方法；

5.最小相位系統(tǒng)的定義及意義。

第5章 重點和難點：

1.系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的意義；

2.系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件、充要條件；

3.判定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的時域、頻域的方法；

4.使控制系統(tǒng)穩(wěn)定的某些待定參數(shù)的求取方法及其計算；

5.穩(wěn)定裕量的物理意義及計算方法；

6.伯德圖圖形與系統(tǒng)參數(shù)相互關(guān)系。

第6章 重點和難點：

1.穩(wěn)態(tài)誤差的定義及計算方法；

2.靜態(tài)誤差系數(shù)的定義及與系統(tǒng)誤差的概念；

3.減小系統(tǒng)誤差的分析方法。

第7章 重點和難點：

1.系統(tǒng)校正的意義；

2.串聯(lián)校正及反饋校正的原理；

3.PID校正的意義及方法；

4.相位超前校正、相位滯后校正的特點。

Ⅱ  考核目標

本大綱在考核目標中，按照領(lǐng)會、掌握、熟練掌握三個層次要求考生，三個能力層次是遞進關(guān)系，各能力層次分別表示：

1.領(lǐng)會：知曉本課程中有關(guān)的名詞、概念、知識的意義，并能正確認識和表達，這是最低層次的要求。

2.掌握：在領(lǐng)會的基礎(chǔ)上，能全面理解《控制工程基礎(chǔ)》中提出的基本概念、原理、方法，回答一些基本的問題，并能對各種概念、原理、方法進行聯(lián)系和區(qū)別，這是較高層次的要求。

3. 熟練掌握：在領(lǐng)會和掌握的基礎(chǔ)上，能運用基本概念、原理與方法進行控制系統(tǒng)分析過程中各個階段工作，同時能用各種圖、表、文字、數(shù)據(jù)正確地表述、完整地表達自己對某實際系統(tǒng)進行分析與設(shè)計的思路與過程，這是最高層次的要求，也是本課程的重點內(nèi)容。

4．其中打*的部分，自學考試大綱不做要求。

Ⅲ  課程內(nèi)容與考核要求

第1章 概論

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生走進控制工程領(lǐng)域，了解控制理論在工程中的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，了解自動控制理論在機械制造工業(yè)中的一些具體應(yīng)用，了解本課程學習的知識結(jié)構(gòu)和安排，掌握控制系統(tǒng)的基本概念。

二、課程內(nèi)容

本章主要介紹了控制理論發(fā)展過程及在工程上的應(yīng)用；自動控制系統(tǒng)的基本概念；控制理論在機械制造工業(yè)中的應(yīng)用；課程的整體安排。

三、考核知識點與考核要求

（一）領(lǐng)會控制理論的發(fā)展過程，及在發(fā)展各階段的主要特點

（二）熟練掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念：

1．自動控制系統(tǒng)的工作原理

2.開環(huán)控制

3.閉環(huán)控制

4.反饋控制系統(tǒng)基本組成及組成的元件

5.自動控制系統(tǒng)的基本類型

6.對控制系統(tǒng)的基本要求

（三）領(lǐng)會控制理論在機械制造工業(yè)中的應(yīng)用：

1.離心調(diào)速器

2.機器人關(guān)節(jié)司服系統(tǒng)

3.三坐標數(shù)控機床

4.六自由度工業(yè)機器人

5.感應(yīng)導線式自動導引車

6.柔性制造系統(tǒng)

（四）掌握本課程的基本要求

四、本章的重點和難點

1.控制系統(tǒng)的基本概念的準確把握

2.控制系統(tǒng)的基本組成與實例各部件的對應(yīng)關(guān)系

3.控制系統(tǒng)的基本要求的意義

4.實際系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的作用

第2章 控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

一、學習目的與要求

通過本章學習明確為了分析、研究機械電子工程系統(tǒng)的動態(tài)特性，或?qū)λ鼈冞M行控制，最重要的一步首先是建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，明確數(shù)學模型的含義，掌握采用解析方法建立一些簡單機、電系統(tǒng)的數(shù)學模型。

明確拉普拉斯（簡稱拉氏）變換是分析研究線性動態(tài)系統(tǒng)的有力工具，通過拉氏變換將時域的微分方程變換為復數(shù)域的代數(shù)方程，掌握拉氏變換的定義，用定義求常用函數(shù)的拉氏變換，會查拉氏變換表，掌握拉氏變換的重要性質(zhì)及其應(yīng)用，掌握用部分分式法求拉氏變換的方法以及了解用拉氏變換求解線性微分方程的方法。

掌握傳遞函數(shù)定義、特點及推導方法，方塊圖及其簡化法則。了解信號流程圖及梅遜公式的應(yīng)用，以及數(shù)學模型、傳遞函數(shù)、方塊圖和信號流程圖之間的關(guān)系。

二、課程內(nèi)容

本章主要介紹：

（一）基本環(huán)節(jié)的數(shù)學模型

1．質(zhì)量——彈簧——阻尼系統(tǒng)

應(yīng)用牛頓第二定律建立質(zhì)量——彈簧——阻尼系統(tǒng)的運動微分方程

2．電路網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)用基爾霍夫定律和區(qū)姆定律建立電路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的微分方程

3．電動機

應(yīng)用力學、電學方面定律建立電樞控制式直流電動機的數(shù)學模型

（二）數(shù)學模型的線性化

1．各類非線性現(xiàn)象

2．系統(tǒng)線性化處理的方法

（三）拉氏變換及反變換

1．拉氏變換定義

2．簡單函數(shù)的拉氏變換

（1）單位階躍函數(shù)

（2）指數(shù)函數(shù)

（3）正弦函數(shù)和余弦函數(shù)

（4）冪函數(shù)

3．拉氏變換的性質(zhì)

（1）疊加原理

（2）微分定理

（3）積分定理

（4）衰減定理

（5）延時定理

（6）初值定理

（7）終值定理

（8）時間比例尺改變的象函數(shù)

（9）tx(t)的象函數(shù)

（10）x(t)/t的拉氏變換

（11）周期函數(shù)的象函數(shù)

（12）卷積分的象函數(shù)

4．拉氏反變換

（1）只含不同單極點的情況

（2）含共軛復數(shù)極點的情況

（3）含多重極點的情況

5．用拉氏變換解常系數(shù)線性微分方程

（四） 傳遞函數(shù)以及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

1．比例環(huán)節(jié)

2．一階慣性環(huán)節(jié)

3．微分環(huán)節(jié)

（1）理想微分環(huán)節(jié)

（2）近似微分環(huán)節(jié)

4．積分環(huán)節(jié)

5．二階振蕩環(huán)節(jié)

（五）系統(tǒng)函數(shù)方塊圖及其簡化

1．系統(tǒng)方塊圖的基本單元

2．比較點

3．引出點

4．串聯(lián)

5．并聯(lián)

6．反饋

7．系統(tǒng)方塊圖變換法則

8．系統(tǒng)方塊圖簡化

（六）系統(tǒng)信號流圖及梅遜公式

1．信號流圖的表示方法

2．梅遜公式

（七）受控機械對象數(shù)學模型

1．高諧振頻率

2．高剛度

3．適當阻尼

4．低轉(zhuǎn)動慣量

（八）繪制實際物理系統(tǒng)的函數(shù)方塊圖

1．各種典型機械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

2．各種電網(wǎng)絡(luò)及電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

*（九）控制系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)

*（十）狀態(tài)空間方程基本概念

三、考核知識點與考核要求

（一）數(shù)學模型的概念

1．熟練掌握數(shù)學模型的含義

2．熟練掌握線性系統(tǒng)含義及其最重要的特征——可以運用疊加原理

3．熟練掌握線性定常系統(tǒng)和線性時變系統(tǒng)的點義

4．領(lǐng)會非線性系統(tǒng)的定義及其線性化方法

（二）系統(tǒng)微分方程的建立

1.掌握對于機械系統(tǒng)運用牛頓第二定律建立運動微分方程式

2.掌握對于電氣系統(tǒng)運用基爾霍夫定律建立微分方程式

（三）熟練掌握拉氏變換與拉氏反變換定義

（四）熟練掌握典型時間函數(shù)的拉氏變換

1.單位階躍函數(shù)的拉氏變換

2.指數(shù)函數(shù)的拉氏變換

3.正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的拉氏變換

4.冪函數(shù)的拉氏變換

（五）掌握拉氏變換的性質(zhì)

1.熟練掌握疊加原理

2.熟練掌握微分定理

3.熟練掌握積分定理

4.衰減定理

5.延時定理

6.熟練掌握初值定理

7.熟練掌握終值定理

8.時間比例尺改變的象函數(shù)

9.tx(t)的象函數(shù)

10.x(t)/t的拉氏變換

11.周期函數(shù)的象函數(shù)

12.卷積分的象函數(shù)

（六）掌握拉氏反變換

1.拉氏反變換

2.拉氏反變換的部分分式法：無重極點和有重極點的情況

（七）熟練掌握用拉氏變換解常微分方程

（八）熟練掌握傳遞函數(shù)

1.傳遞函數(shù)的定義

2.傳遞函數(shù)的主要特點

（九）熟練掌握方塊圖及系統(tǒng)的構(gòu)成

1.方塊圖表示方法及其構(gòu)成

2.系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）串聯(lián)環(huán)節(jié)的構(gòu)成及計算

（2）并聯(lián)環(huán)節(jié)的構(gòu)成及計算

（3）反饋環(huán)節(jié)的構(gòu)成及計算

（4）誤差傳遞函數(shù)、前向通道傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、反饋通道傳遞函數(shù)和開環(huán)傳遞函數(shù)的定義及計算

3.方塊圖的簡化

4.畫系統(tǒng)方塊圖及求傳遞函數(shù)步驟

（十）掌握信號流圖與梅遜公式

1.信號流圖表示方法及其成

2.信號流統(tǒng)與方塊圖之間的關(guān)系

3.梅遜公式的應(yīng)用

（十一）掌握受控機械對象的數(shù)學模型

1.高諧振頻率

2.高剛度

3.適當阻尼

4.低轉(zhuǎn)動慣量

（十二）掌握實際物理系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖

1.各種機械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

2.各種電網(wǎng)絡(luò)及電氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

四、本章的重點和難點

1.數(shù)學模型的建立方法

2.拉氏變換和反變換的計算

3.傳遞函數(shù)的準確定義及求取方法

4.實際物理系統(tǒng)方塊圖的建立方法

5.方塊圖的化簡方法

6.誤差傳遞函數(shù)、前向通道傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、反饋通道傳遞函數(shù)和開環(huán)傳遞函數(shù)的概念及準確計算

第3章 時域瞬態(tài)響應(yīng)分析

一、學習目的與要求

通過本章學習，明確一個系統(tǒng)在建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型（包括微分方程和傳遞函數(shù)）之后，就可以采用不同的方法來分析和研究系統(tǒng)的動態(tài)性能，時域分析是重要的方法之一。明確系統(tǒng)在外加作用激勵下，根據(jù)所描述系統(tǒng)的數(shù)學模型，求出系統(tǒng)的輸出量隨時間變化的規(guī)律，并由此確定系統(tǒng)的性能，明確系統(tǒng)的時間響應(yīng)及其組成，脈沖響應(yīng)函數(shù)的概念，掌握一階、二階系統(tǒng)的典型時間響應(yīng)和高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)以及主導極點的概念。

二、課程內(nèi)容

（一）時域響應(yīng)以及典型輸入信號

1.時域響應(yīng)的含義

（1）瞬態(tài)響應(yīng)的含義

（2）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)當含義

2.典型輸入信號的概念

（1）選擇典型輸入信號的好處

（2）常見的典型輸入信號

階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、加速度函數(shù)、脈沖函數(shù)、正弦函數(shù)

（二）一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)

1.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)

2.一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)

3.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)

（三）二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)

1.二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)

（1）欠阻尼情況

（2）臨界阻尼情況

（3）過阻尼情況

（4）零阻尼情況

（5）負阻尼情況

2.二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)

（1）欠阻尼情況

（2）臨界阻尼情況

（3）過阻尼情況

3.二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)

（1）欠阻尼情況

（2）臨界阻尼情況

（3）過阻尼情況

（四）時域分析性能指標

1.瞬態(tài)響應(yīng)性能指標包括

2.上升時間

3.峰值時間

4.最大超調(diào)量

5.調(diào)整時間

（五）高階系統(tǒng)的瞬間響應(yīng)

1.主導極點的概念

2.偶極子的概念

*（六）借助MATLAB進行系統(tǒng)時間響應(yīng)分析

（七）機電系統(tǒng)時域瞬態(tài)響應(yīng)的實驗方法

三、考核知識點與考核要求

（一）熟練掌握時間響應(yīng)

1.時間響應(yīng)的概念

2.瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的定義

（二）熟練掌握脈沖響應(yīng)函數(shù)

1.脈沖響應(yīng)函數(shù)的定義

2.脈沖響應(yīng)函數(shù)與傳遞函數(shù)的關(guān)系

3.如何利用脈沖響應(yīng)函數(shù)求系統(tǒng)在任意輸入下的響應(yīng)

（三）熟練掌握一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)

1.一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其增益和時間常數(shù)的計算

2.一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)函數(shù)的計算

3.一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)的計算

4.一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)函數(shù)的計算

（四）二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)

1.熟練掌握二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其無阻尼自然頻率、有阻尼自然頻率和阻尼比的計算

2.熟練掌握二階系統(tǒng)特征方程

3.熟練掌握二階系統(tǒng)特征方程根的分布

4.熟練掌握欠阻尼下的單位階躍響應(yīng)計算

5.掌握臨界阻尼下的單位階躍響應(yīng)

6.掌握過阻尼下的單位階躍響應(yīng)

7.掌握阻尼比、無阻尼自然頻率與響應(yīng)曲線的關(guān)系

8.掌握不同阻尼比下的單位脈沖響應(yīng)

（五）領(lǐng)會高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)

1.主導極點的概念及其與時間響應(yīng)的關(guān)系

2.偶極子的概念

（六）瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標

1.熟練掌握瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標定義

2.熟練掌握二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)指標的計算

3.掌握二階系統(tǒng)的阻尼比、無阻尼自然頻率與各性能指標間的關(guān)系

四、本章的重點和難點

1.控制系統(tǒng)在單位脈沖、階躍、速度、加速度信號作用下響應(yīng)的求取方法

2.欠阻尼系統(tǒng)的動態(tài)性能指標的求取

3.阻尼系數(shù)與各項性能指標的關(guān)系

4.二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其無阻尼自然頻率、有阻尼自然頻率和阻尼比的計算

第4章 控制系統(tǒng)的頻率特性

一、學習目的與要求

通過本章學習，明確頻率特性的基本概念，頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系，系統(tǒng)動剛度的概念，掌握頻率特性的兩種表示方法以及頻率特性與時間響應(yīng)的關(guān)系，各基本環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的極坐標圖和伯德圖的畫法，閉環(huán)頻率特性及相應(yīng)的性能指標，為頻域分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及綜合校正打下基礎(chǔ)。

二、課程內(nèi)容

（一）機電系統(tǒng)頻率特性的概念及其基本實驗方法

1.頻率特性概述

2.頻率特性的實驗求取

（二）極坐標圖

1.曲型環(huán)節(jié)的乃氏圖

（1）比例環(huán)節(jié)

（2）積分環(huán)節(jié)

（3）微分環(huán)節(jié)

（4）一階慣性環(huán)節(jié)

（5）二階振蕩環(huán)節(jié)

（6）延遲環(huán)節(jié)

2.乃氏圖的一般作圖方法

（三）對數(shù)坐標圖

1.典型環(huán)節(jié)的伯德圖

（1）放大環(huán)節(jié)

（2）積分環(huán)節(jié)

（3）一階慣性環(huán)節(jié)

（4）一階微分環(huán)節(jié)

（5）二階振蕩環(huán)節(jié)

（6）延遲環(huán)節(jié)

2.一般系統(tǒng)伯德圖的作圖方法

3.最小相位系統(tǒng)

（1）最小相位系統(tǒng)定義

（2）非最小相位系統(tǒng)概念

（四）由頻率特性曲線求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

（五）由單位脈沖響應(yīng)求系統(tǒng)頻率特性

*（六）對數(shù)幅相特性圖

（七）控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻響

1.由開環(huán)頻率特性估計閉環(huán)頻率特性

2.系統(tǒng)頻域指標

（1）開環(huán)頻域指標；

（2）閉環(huán)頻域指標。

（八）機械系統(tǒng)動剛度概念

*（九）借助MATLAB進行控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)分析

三、考核知識點與考核要求

（一）熟練掌握頻率特性

1.頻率特性的定義

2.頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系

3.系統(tǒng)動剛度概念

4.傳遞函數(shù)、頻率特性和時間的關(guān)系

5.頻率特性的對數(shù)坐標圖和極坐標圖的表示方法

（二）熟練掌握頻率特性的對數(shù)坐標圖

1.對數(shù)坐標圖的組成及特點

2.各種典型環(huán)節(jié)的伯德圖近似畫法及相應(yīng)的誤差計算

3.繪制伯德圖的一般步驟和方法

（三）熟練掌握頻率特性的極坐標圖

1.極坐標圖的表示方法及特點

2.各種典型環(huán)節(jié)的極坐標圖的畫法及特點

3.系統(tǒng)極坐標圖的一般畫法及特殊點計算方法

4.系統(tǒng)的型次、階次及零、極點位置對極坐標圖的影響

（四）熟練掌握閉環(huán)頻率特性與頻域性能指標

1.系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性概念及其計算方法

2.頻域性能指標及計算方法

（五）熟練掌握最小相位系統(tǒng)的概念

1.最小相位系統(tǒng)的定義

2.非最小相位系統(tǒng)中，當零、極點分布在s的右半平面時，與系統(tǒng)頻率特性的關(guān)系

四、本章的重點和難點

1.頻率特性函數(shù)的定義及其物理意義

2.頻率特性的對數(shù)坐標圖和極坐標圖的概略繪制方法

3.系統(tǒng)極坐標圖的特殊點計算及型次、階次及零、極點位置對極坐標圖的影響

4.頻域性能指標及計算方法

5.最小相位系統(tǒng)的定義及意義

第5章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

一、學習目的與要求

通過本章學習明確穩(wěn)定性的概念，掌握判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本準則，掌握勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)和乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)以及相對穩(wěn)定性的概念。

二、課程內(nèi)容

（一）系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念

（二）系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件

（三）代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)

1.勞斯穩(wěn)定性判據(jù)

（四）乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)

1.米哈伊洛夫定理

2.乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)

3.乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)的另一表述

*4.應(yīng)用逆Nyguist圖的Nyguist穩(wěn)定判據(jù)

（五）應(yīng)用乃奎斯特判據(jù)分析延時系統(tǒng)的穩(wěn)定性

1.延時環(huán)節(jié)并聯(lián)在閉環(huán)系統(tǒng)前向通道中時的系統(tǒng)穩(wěn)定性

*2.延時環(huán)節(jié)并聯(lián)在閉環(huán)系統(tǒng)前向通道中時的系統(tǒng)穩(wěn)定性

（六）由伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（七）控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性

1.相位裕量v

2.幅值裕量kg

*（八）借助MATLAB分析系統(tǒng)穩(wěn)定性

三、考核知識點與考核要求

（一）熟練掌握穩(wěn)定性

1.穩(wěn)定性概念

2.判別穩(wěn)定性的基本準則，即系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要和充分條件

3.判別穩(wěn)定性的基本方法，直接計算特征根和判別特征根在S平面上的位置

（二）熟練掌握勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)

1.勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)的原理及系統(tǒng)穩(wěn)定必要條件

2.勞斯穩(wěn)定性判據(jù)充分條件以及判別方法和步驟

3.勞斯隊列中幾種特殊情況的處理方法

4.赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)充分條件以及方法和步驟

（三）熟練掌握乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)

1.基本原理

通過系統(tǒng)開環(huán)乃奎斯特圖以及開環(huán)極點的位置來判別閉環(huán)特征方程的根在S平面上的位置，從而判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（1）閉環(huán)特征方程

（2）米哈伊洛夫定理

（3）乃奎斯特判據(jù)

（4）用乃奎斯特法判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（5）對O型系統(tǒng)判穩(wěn)定方法及特殊點計算方法

（6）對I型系統(tǒng)判穩(wěn)定方法及特殊點的計算方法

（7）對II型系統(tǒng)判穩(wěn)定方法及特殊點的計算方法

（8）對具有延時環(huán)節(jié)系統(tǒng)判別穩(wěn)定方法及計算

2.掌握應(yīng)用實例

明確系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

（四）系統(tǒng)相對穩(wěn)定性

1.熟練掌握系統(tǒng)相對穩(wěn)定性

（1）相位欲量和幅值裕量在極坐標圖和伯德圖上的表示方法

（2）相位裕量和幅值裕量來衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性時應(yīng)注意的幾個問題

2.掌握條件穩(wěn)定系統(tǒng)的基本概念

四、本章的重點和難點

1.系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的意義

2.系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件、充要條件

3.判定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的時域、頻域的方法

4.使控制系統(tǒng)穩(wěn)定的某些待定參數(shù)的求取方法及其計算

5.穩(wěn)定裕量的物理意義及計算方法

6.伯德圖圖形與系統(tǒng)參數(shù)相互關(guān)系

第6章 控制系統(tǒng)的誤差分析和計算

一、學習目的與要求

通過本章學習明確系統(tǒng)的誤差的概念；穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法，以及系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)型次的關(guān)系，靜態(tài)誤差系數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系。

二、課程內(nèi)容

（一）穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念

1.誤差和偏差

2.誤差和穩(wěn)態(tài)誤差

（二）輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差

1.誤差傳遞函數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差

2.靜態(tài)誤差系數(shù)

（1）系統(tǒng)類別與系統(tǒng)階次

（2）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差

（3）靜態(tài)位置誤差系數(shù)和位置誤差

（4）靜態(tài)速度誤差系數(shù)和速度誤差

（5）靜態(tài)加速度誤差系數(shù)和加速誤差

（三）干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差

（四）減少系統(tǒng)誤差的途徑

1.按干擾補償

2.按輸入補償

*（五）動態(tài)誤差系數(shù)

三、考核知識點與考核要求

（一）熟練掌握誤差、偏差的概念

1.誤差、偏差的概念

2.穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差的計算

（二）熟練掌握輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差

1.誤差傳遞函數(shù)與穩(wěn)態(tài)誤差的概念

2.系統(tǒng)類別的定義

3.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)類別、開環(huán)增益及輸入信號之間的關(guān)系

4.靜態(tài)位置誤差系統(tǒng)和位置誤差定義以及與系統(tǒng)類別的關(guān)系

5.靜態(tài)速度誤差系數(shù)與速度誤差定義以及與系統(tǒng)類別的關(guān)系

6.靜態(tài)加速度誤差系數(shù)和加速度誤差定義以及與系統(tǒng)類別的關(guān)系

7.不同類別系統(tǒng)在不同輸入信號下的穩(wěn)態(tài)誤差

（三）掌握振動作用下系統(tǒng)干擾穩(wěn)態(tài)誤差的計算

（四）領(lǐng)會減小系統(tǒng)誤差的途徑

1.按干擾補償?shù)母拍詈桶锤蓴_全補償?shù)臈l件

2.按輸入補償?shù)母拍詈驮谳斎胄盘栕饔孟抡`差全補償條件

四、本章的重點和難點

1.穩(wěn)態(tài)誤差的定義及計算方法

2.靜態(tài)誤差系數(shù)的定義及與系統(tǒng)誤差的概念

3.減小系統(tǒng)誤差的分析方法

第7章 控制系統(tǒng)的綜合與校正

一、學習目的與要求

通過本章學習，明確在預先規(guī)定了系統(tǒng)性能指標情況下，如何選擇適當?shù)男Ｕh(huán)節(jié)和參數(shù)，使系統(tǒng)滿足這些要求，因此，需掌握系統(tǒng)的時域性能指標、頻域性能指標以及它們之間的相互關(guān)系，以及各種校正方法的實現(xiàn)。

二、課程內(nèi)容

（一）系統(tǒng)的性能指標

1.時域性能指標

2.開環(huán)頻域指標

3.閉環(huán)頻域指標

4.綜合性能指標（誤差準則）

（二）系統(tǒng)的校正概述

1.校正的含義

2.校正的方法

（三）串聯(lián)校正

1.超前校正

2.滯后校正

3.滯后-超前校正

4.PID調(diào)節(jié)器

（1）比例控制器（P調(diào)節(jié)）

（2）積分控制器（I調(diào)節(jié)）

（3）微分控制器（D調(diào)節(jié)）

（4）比例-積分-微分控制器（PID調(diào)節(jié)）

（四）反饋校正

1.利用反饋校正改變局部結(jié)構(gòu)和參數(shù)

2.速度反饋和加速度反饋

（五）用頻率法對控制系統(tǒng)進行綜合與校正

1.典型系統(tǒng)的希望對數(shù)頻率特性

（1）二階最優(yōu)模型

（2）高階最優(yōu)模型

2.希望對數(shù)頻率特性與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系

3.用希望對數(shù)頻率特性進行校正裝置的設(shè)計

（六）典型控制系統(tǒng)舉例

1.直流電動機調(diào)速系統(tǒng)

（1）直流伺服電動機-測速機機組

（2）PWM功率放大器

（3）霍爾電流傳感器

（4）電流環(huán)（跨導功率放大器）的分析與設(shè)計

2.電壓-位置隨動系統(tǒng)

*（七）確定PID參數(shù)的其他方法

*（八）MATLAB在系統(tǒng)綜合校正中的應(yīng)用

三、考核知識點與考核要求

（一）掌握控制系統(tǒng)性能指標及校正方法

1.系統(tǒng)性能指標的分類

2.系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標的含義及通常采用的指標

3.穩(wěn)態(tài)性能指標的含義及通常采用的指標

4.頻域性能指標的含義及通常采用的指標

5.二階系統(tǒng)頻域性能指標與時域性能指標間的關(guān)系

6.頻率特性曲線中，不同頻率段的特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系

7.校正的目的及方式

（二）掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正

1.相位超前校正的特點及實現(xiàn)方法

2.相位滯后校正的特點及實現(xiàn)方法

3.領(lǐng)會相位滯后-超前校正的特點及實現(xiàn)方法

4.PID校正的特點及實現(xiàn)方法

（三）掌握控制系統(tǒng)的反饋校正

1.利用反饋校正改變局部結(jié)構(gòu)和參數(shù)

2.速度反饋和加速度反饋的特點及實現(xiàn)方法

四、本章的重點和難點

1.系統(tǒng)校正的意義

2.串聯(lián)校正及反饋校正的原理

3.PID校正的意義及方法

4.相位超前校正、相位滯后校正的特點

*第8章 根軌跡法

*第9章 控制系統(tǒng)的非線性問題

*第10章 計算機控制系統(tǒng)

*第11章 基于LabVIEW的控制系統(tǒng)動態(tài)仿真演示軟件

Ⅳ  關(guān)于大綱的說明與考核實施要求

一、自學考試大綱的目的和作用

課程自學考試大綱是根據(jù)專業(yè)自學考試計劃的要求，結(jié)合自學考試的特點而確定。其目的是對個人自學、社會助學和課程考試命題進行指導和規(guī)定。

課程自學考試大綱明確了課程學習的內(nèi)容以及深廣度，規(guī)定了課程自學考試的范圍和標準。因此，它是編寫自學考試教材和輔導書的依據(jù)，是社會助學組織進行自學輔導的依據(jù)，是自學者學習教材、掌握課程內(nèi)容知識范圍和程度的依據(jù)，也是進行自學考試命題的依據(jù)。

二、課程自學考試大綱與教材的關(guān)系

課程自學考試大綱是進行學習和考核的依據(jù)，教材是學習掌握課程知識的基本內(nèi)容與范圍，教材的內(nèi)容是大綱所規(guī)定的課程知識和內(nèi)容的擴展與發(fā)揮。

大綱與教材所體現(xiàn)的課程內(nèi)容應(yīng)基本一致；大綱里面的課程內(nèi)容和考核知識點，教材里一般也要有。反過來教材里有的內(nèi)容，大綱里就不一定體現(xiàn)。（注：如果教材是推薦選用的，其中有的內(nèi)容與大綱要求不一致的地方，應(yīng)以大綱規(guī)定為準。）

三、關(guān)于自學教材

《控制工程基礎(chǔ)（第4版）》，董景新、趙長德、郭美鳳、陳志勇、劉云峰、李冬梅編著，清華大學出版社，2015年。

四、關(guān)于自學要求和自學方法的指導

本大綱的課程基本要求是依據(jù)專業(yè)考試計劃和專業(yè)培養(yǎng)目標而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內(nèi)容，以及對基本內(nèi)容掌握的程度?；疽笾械闹R點構(gòu)成了課程內(nèi)容的主體部分。因此，課程基本內(nèi)容掌握程度、課程考核知識點是高等教育自學考試考核的主要內(nèi)容。

為有效地指導個人自學和社會助學，本大綱已指明了課程的重點和難點，在章節(jié)的基本要求中一般也指明了章節(jié)內(nèi)容的重點和難點。

本課程共4學分。

五、應(yīng)考指導

1.如何學習

很好的計劃和組織是你學習成功的法寶。如果你正在接受培訓學習，一定要跟緊課程并完成作業(yè)。為了在考試中作出滿意的回答，你必須對所學課程內(nèi)容有很好的理解。使用“行動計劃表”來監(jiān)控你的學習進展。你閱讀課本時可以做讀書筆記。如有需要重點注意的內(nèi)容，可以用彩筆來標注。如：紅色代表重點；綠色代表需要深入研究的領(lǐng)域；黃色代表可以運用在工作之中?？梢栽诳瞻滋幱涗浵嚓P(guān)網(wǎng)站，文章。

2.如何考試

卷面整潔非常重要。書寫工整，段落與間距合理，卷面賞心悅目有助于教師評分，教師只能為他能看懂的內(nèi)容打分?；卮鹚岢龅膯栴}。要回答所問的問題，而不是回答你自己樂意回答的問題！避免超過問題的范圍

3.如何處理緊張情緒

正確處理對失敗的懼怕，要正面思考。如果可能，請教已經(jīng)通過該科目考試的人，問他們一些問題。做深呼吸放松，這有助于使頭腦清醒，緩解緊張情緒。考試前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷靜。

4.如何克服心理障礙

這是一個普遍問題！如果你在考試中出現(xiàn)這種情況，試試下列方法：使用“線索”紙條。進入考場之前，將記憶“線索”記在紙條上，但你不能將紙條帶進考場，因此當你閱讀考卷時，一旦有了思路就快速記下。按自己的步調(diào)進行答卷。為每個考題或部分分配合理時間，并按此時間安排進行。

六、對社會助學的要求

1.社會助學者應(yīng)根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內(nèi)容和考核目標，認真鉆研指定教材，明確本課程與其它課程不同的特點和學習要求，對自學者進行切實有效的輔導，防止他們出現(xiàn)自學中的各種偏向，把握社會助學的正確方向。

2.輔導中要注意培養(yǎng)考生的自學能力，要引導他們逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出問題、分析問題和解決問題。

3.在本課程的助學或教學中，建議采用案例教學方法。培養(yǎng)考生的上述能力是十分必要的，這不僅能使考生習盡可能多的知識，還使他們能夠在考試中最大限度地發(fā)揮潛能。要盡可能給予考生展示能力的機會，并為他們提供各種實例，鼓勵獨立完成練習。

4.要正確處理重點和一般的關(guān)系。課程內(nèi)容有重點與一般之分，但考試內(nèi)容是全面的，而且重點與一般是相互影響的，社會助學者應(yīng)指導自學應(yīng)考者全面系統(tǒng)地學習教材，掌握全部考核內(nèi)容和考核知識點，并在此基礎(chǔ)上突出重點。切勿孤立地抓重點，把自學者引向猜題押題的誤途。

要針對重點章、次重點章和一般章節(jié)分別提出自學或助學的基本學時建議和要求（如在章節(jié)后面已有，這里也可不再闡述），在助學活動中應(yīng)注意的問題。要強調(diào)注意正確引導、把握好助學方向，正確處理學習知識和提高能力的關(guān)系。

七、對考核內(nèi)容的說明

本課程要求考生學習和掌握的知識點內(nèi)容都作為考核的內(nèi)容。課程中各章的內(nèi)容均由若干知識點組成，在自學考試中成為考核知識點。因此，課程自學考試大綱中所規(guī)定的考試內(nèi)容是以分解為考核知識點的方式給出的。由于各知識點在課程中的地位、作用以及知識自身的特點不同，自學考試將對各知識點分別按三個或四個認知（或叫能力）層次確定其考核要求。

八、關(guān)于考試命題的若干規(guī)定

1.指出考試的方法，考試時間的長度。對本課程考試要攜帶必要的工具等，應(yīng)做出明確具體的規(guī)定。

2.本大綱各章所規(guī)定的基本要求、知識點及知識點下的知識細目，都屬于考核的內(nèi)容?？荚嚸}既要覆蓋到章，又要避免面面俱到。要注意突出課程的重點、章節(jié)重點，加大重點內(nèi)容的覆蓋度。

3.命題不應(yīng)有超出大綱中考核知識點范圍的題目，考核目標不得高于大綱中所規(guī)定的相應(yīng)的最高能力層次要求。命題應(yīng)著重考核自學者對基本概念、基本知識和基本理論是否了解或掌握，對基本方法是否會用或熟練。不應(yīng)出與基本要求不符的偏題或怪題。

4.本課程在試卷中對不同能力層次要求的分數(shù)比例大致為：領(lǐng)會占20%，掌握部分占20%，熟練掌握部分占60%。

5.要合理安排試題的難易程度，試題的難度可分為：易、較易、較難和難四個等級。每份試卷中不同難度試題的分數(shù)比例一般為：2:3:3:2。

必須注意試題的難易程度與能力層次有一定的聯(lián)系，但二者不是等同的概念。在各個能力層次中對于不同的考生都存在著不同的難度。在大綱中要特別強調(diào)這個問題，應(yīng)告誡考生切勿混淆。

6.課程考試命題的主要題型一般有單項選擇題、多項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題、應(yīng)用題、論述題、案例分析等題型（一般不使用判斷題）。請作者確定好本課程所適用的題型，并注意留有余地。

在命題工作中必須按照本課程大綱中所規(guī)定的題型命制，考試試卷使用的題型可以略少，但不能超出本課程對題型規(guī)定。

附錄  題型舉例

一、填空題

穩(wěn)態(tài)誤差的大小與系統(tǒng)的開環(huán)增益有關(guān)，系統(tǒng)的開環(huán)增益K越大，穩(wěn)態(tài)誤差越_____。

二、選擇題（四個備選答案只有一個正確，將其選出，并填入題內(nèi)括號中）

開環(huán)控制系統(tǒng)的控制信號取決于（    ）

A.輸入信號與反饋信號之差              B. 系統(tǒng)的輸出信號

C. 給定的輸入信號                      D. 外部的干擾信號

三、簡答題

對于PI控制、PID控制、 PD控制，其作用分別接近滯后、超前、滯后—超前三類校正裝置的哪一類？作為串聯(lián)控制器使用時所適用的對象？

四、圖解題

試通過結(jié)構(gòu)圖的等效變換求題圖中傳遞函數(shù)

五、綜合計算題

已知開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求系統(tǒng)具有增益裕量h=20（dB）時的K值。