1、1教案 200607 第一学期课程名称 自动控制原理学分 3.5总学时 72（授课 66，实验 6）课程属性 必修先修课程 高等数学；积分变换；复变函数；模拟电路；电路分析。教材 自动控制原理（第二版）华北电力大学 于希宁、刘红军主编 电力出版社参考教材 1、自动控制理论复习指导与习题详解 于希宁、刘红军主编 电力出版社2、自动控制原理 金慰刚主编 天津科学技术出版社3、自动控制原理 胡寿松主编 科学出版社4、自动控制原理习题集 胡寿松主编 国防工业出版社授课教师 于希宁授课专业和授课班级1、自动化 04-1、2、3、4、5；2、仪器仪表 04-1、2；3、科技学院自动化 04-1、2。2第一
2、次课本次课所属章节第一章 绪论教学目的及基本要求自动控制原理课程的重要性；本课程最终所要达到的目的；课程的主要内容及各内容之间的相互连带关系；该课程需要掌握的前期基础知识；该课程对后续课程及工程应用有哪些支撑作用；自动控制系统的一般概念。重点激发学生产生强烈的求知欲望，调动学生学习本课程的积极性以及如何学好本课程的方法。负反馈控制系统的一般组成及调节机理。难点课程涉及的内容及各内容之间的相互连带关系；建立自动控制系统的基本构成理念。教学手段通过控制系统在应用领域的展现和工程应用实例讲述，激发学生产生强烈的求知欲望。讲述控制系统性能的定性分析方法，引出定量分析需要掌握的必要技能。思考题和习题补充
3、题：绘制一般负反馈控制系统的原理框图。在方框内标明设备名称，标明每条信号线名称。P67 1-4、1-5 。3第二次课本次课所属章节第二章 控制系统的数学模型（共计 5 次课）（5-1 ）教学目的及基本要求建立数学模型的意义及作用；建模的方法；模型的几种表示形式；理论建模过程（求取微分方程）的基本方法。重点 掌握建立微分方程的一般规则。难点 复杂物理模型的微分方程的建立过程。教学手段 应用实例的讲解由简单到复杂。指出建立微分方程解题过程的难处以及微分方程描述系统特性的隐函特性，为后续传递函数的引入奠定基础。思考题和习题教材 P3132 1、2、5 。补充： 1、建立图示电网络输入电压和输出电压之
4、间的微分方程。2、建立图示初箱输入流量和末箱水位之间的微分方程。 （两个水箱的横截面积分别为 C1 和 C2）第三次课L1R2RCru cu_ _1u_1hrq cq2h1R0q 2R)()()()( 112121 tuRttLtLCR rccc )()()() 222121212 tqRthtCRCRthCR r4本次课所属章节第二章 控制系统的数学模型（共计 5 次课）（5-2 ）教学目的及基本要求控制系统传递函数的求取；传递函数描述控制系统的优点；传递函数与微分方程之间的转换；方框图的组成及绘制；方框图描述控制系统的优点重点 复杂控制系统传递函数的简单求取方法。难点 方框图的绘制。教学手
5、段 例题的讲解由简单到复杂。 通过对上课时同例题的讲解，了解传递函数求取方法。方框图的绘制方法和规则从例题引出。思考题和习题补充：1、上次课补充 1 绘制方框图，求传递函数。2、上次课补充 2 绘制方框图，求传递函数。3、无负载效应双容水箱传递函数的求取（两种不同输出） ；4、双阻容电路传递函数的求取。第四次课本次课所属章节第二章 控制系统的数学模型（共计 5 次课）（5-3 ）1hrq cq2h1R0q2R1R2Rsc21)(sUr )(sUc)(1sUI(s) I2(s)I1(s)sc15教学目的及基本要求方框图等效变换法则及应用；方框图化简求确定输入/输出的闭环传递函数。重点同一方框图不
6、同输入/输出时闭环传递函数的求取；闭环传递函数分母的唯一性；方框图变换前后等效的概念及检验难点 复杂系统同一方框图不同输入/输出时闭环传递函数的求取。教学手段例题的讲解由简单到复杂。一题多种解题思路。引出方框图的直观多用特性。指出复杂铰链系统由方框图求取传递函数其过程的难处，为梅逊增益公式的引出奠定基础。思考题和习题教材 P3233 2-6、2-9。补充：第五次课本次课所属章节第二章 控制系统的数学模型（共计 5 次课）（5-4 ）N(s)E;CR();s传 )(sR )(sC)(sE)(1sG )(2sG)(3sG)(sC)(sN)(sR)(sE1G 2G3G32133213 32321 )
7、()(;)()( 1)(;)( GsNEGsNcRsRs 21232121321)( ;)( GsREGsc6教学目的及基本要求信号流图的组成及其与方框图的区别；梅逊增益公式的引入及正确使用；掌握灵活应用化简及公式相结合求复杂系统的传递函数；控制系统的典型环节；控制系统的典型传递函数。重点正确应用梅逊公式简化传递函数的求取过程。灵活应用化简及公式相结合求复杂系统的传递函数。控制系统典型环节；控制系统典型传递函数的物理意义及求取。难点 梅逊公式回路之间的不接触及回路与通路之间的不接触概念在方框图中的应用。梅逊公式的正确实用。教学手段讲述前次课例题，展现梅逊公式在求铰链系统传递函数的优势。通过例题
8、讲述化整为零灵活应用化简及公式相结合求复杂系统的传递函数的方法。讲述串级控制系统典型传递函数的求取例题。思考题和习题教材 P3434 2-7、2-8 、 2-10、2-12 。补充：第六次课本次课所属章节第二章 控制系统的数学模型（共计 5 次课）（5-5 ）本章主要内容总结1、数学模型的定义。2、建立数学模型的意义。3、数学模型的形式：微分方程、方框图、信号流图和传递函数。4、控制系统数学模型种类：开环、确定输出/输入的闭环、特征方程。)(;sREC求 传 递 函 数 1)(2sRc0)(/;1)(sREc)(2sE75、建立数学模型的方法：理论推导、等效变换和梅逊公式。6、在系统性能分析中
9、，所需系统数学模型的常见种类：开环传递函数：典型环节的乘积形式、零极点分布形式。闭环传递函数：给定输入下的闭环和扰动输入下的闭环。误差传递函数：给定输入下的误差和扰动输入下的误差。特征方程。解题类型1、基于物理模型求传递函数（电网络、运动、液位） ；2、基于物理模型绘制方框图求传递函数；3、基于定义（输入/输出）求传递函数；4、基于方框图求数学模型（等效变换、梅逊公式） 。课堂测验题1、已知单位负反馈系统的开环传递函数 ，求系统单位脉冲响应和单位阶跃响应。 答案：2、试绘制下图所示无源网络方框图并求传递函数，其中R1=R2=1，L=1H，C=1F。3、已知系统结构图，试求系统的传递函数： 。第
10、七次课本次课所属章节第三章 时域分析法（共计 5 次课）（5-1）教学目的及 稳定性的工程意义；性能指标的定义及物理意义；代数稳定判据及其推广的应用。)(,sREC)0(2)(ttetc)(1)(;105.8.2)(3sRCEs21)(2sG)0(1)(ttetc 21)(sGk8基本要求重点 系统稳定与否和所有特征根位置的对应关系。难点 不稳定系统特征根位置的确定原则；系统参数变化对其稳定性影响的一般规律。教学手段 从微分方程瞬态解分量的形式，阐述控制系统稳定与否的原因所在。思考题和习题教材 P70 3-8、3-9、3-10。补充：1、简答题1）什么叫结构不稳定系统？2）线性系统的稳定性是由
11、哪些因素决定的？ 3）线性控制系统的设计中，增加前馈作用（包括给定前馈和扰动前馈） ，是否影响系统的稳定性？为什么？4） 特征方程的求取方法有几种？2、已知系统方框图，求使系统稳定的 k 值区间。3、已知系统特征方程，求系统的稳定性及根的分布。4、已知单位负反馈系统开环传递函数如下所示，判系统的稳定性及根的分布。第八次课本次课所属章节第三章 时域分析法（共计 5 次课）（5-2）教学目的及基本要求稳定判据的推广设计稳定系统；设计具有一定稳定裕量的控制系统。稳定系统稳态性能的定义、分类及计算方法。利用终值定理计算控制系统的稳态误差。重点 简单稳定控制系统的设计。23)48s2s(6Gs)3401
12、8s74ss2356 )(sR )(sC)(sE )(sN2sk )1(ss9难点 具有稳定控制裕量系统的设计。复杂系统误差传递函数的求取。终值定理的正确使用。不同扰动作用下型别和增益的确定。教学手段 举一反三，注重例题的可覆盖性。一题多种方法求解。思考题和习题教材 P70-71 3-11、3-12、3-13、3-15。补充：一、简答题1、控制系统的稳态误差包括哪几种？2、系统的稳态误差与哪些因素有关？3、简述给定前馈和扰动前馈在消除和减小系统稳态误差的作用。4、加入前馈作用对系统的稳定性有无影响？为什么？二、计算题1、系统如下图所示。试求:1）当给定输入和扰动输入均为单位阶跃时系统的稳态误差
13、；2）若要减小稳态误差，则应如何调整 K1,K2？3）假设分别在扰动点之前或之后加入积分环节，对稳态误差有何影响？2、系统方框图如图所示，试求当系统总误差 时 K 的取值范围。 第九次课本次课所属章节第三章 时域分析法（共计 5 次课）（5-3 ）教学目的及基本要求利用控制系统的开环结构特征计算稳态误差。控制系统开环传递函数的型别和增益对系统给定输入下稳态稳态误差的有无及大小的决定性作用。控制系统误差到扰动输入的和点之间的传递函数的型别及增益对系统扰动输入下稳态稳态误差的有无及大小的决定性作用。给定和干扰前馈控制分别对系统静态性能产生的效果。动静态全补偿的概念。重点 控制系统开环传递函数的型别
14、和增益对系统给定输入下稳态稳态误差的有无及大小的决定性作用。控制系统误差到扰动输入的和点之间的传递函数0.1t)(n(0.5t)1,(r4es)(sR )(sC)(sN)(sE)2(1s 3sK10的型别及增益对系统扰动输入下稳态稳态误差的有无及大小的决定性作用。前馈补偿的机理及设计。难点 前馈作用的针对性。静态补偿、动静态全补偿的机理、计算和设计。教学手段 举一反三，一题综合各种前馈作用，研究对系统静态和动态补偿的设计效果。思考题和习题教材 P70-71 3-12、3-15、3-17、3-18、3-19 。注：前两题用开环结构的方法解题。第十次课本次课所属章节第三章 时域分析法（共计 5 次
15、课）（5-4 ）教学目的及基本要求控制系统的动态性能分析包括：一阶系统和标准二阶系统动态性能的定量计算；高阶系统动态性能指标的估算。重点 复平面上主导极点特征根位置与各动态性能指标的对应关系。系统结构变化对动态性能指标的影响。11难点 动态性能指标的导出，高阶模型的低阶近似。教学手段 理论推导与应用举例相结合。思考题和习题教材 P6972 3-2、3-3 、 3-5、3-7 、3-20。补充：一、简答题1、已知二阶系统的两个特征根为 s 平面左半部的共轭复根，试述特征根的实部、虚部、实部与虚部的比值分别决定了系统什么动态指标？2、在 s 平面绘出等调节时间线、等超调线和等峰值时间线。3、高阶系
16、统在什么条件下可以采用主导极点估算动态指标？4、简述特征根在 s 平面的位置与对应瞬态响应分量形式的关系。二、计算题1、控制系统结构如下图所示。1）试确定系统无阻尼自然振荡频率，阻尼比和最大超调量；2）若串联比例微分校正装置 ，使系统成为临界阻尼系统，试确定 的值。2、系统方框图如下图所示，若系统单位阶跃响应的超调量为在单位斜坡输入时，要求 essr=0.25。试求：1） ， n，K，T 的值；2）单位阶跃响应的调节时间和峰值时间。第十一次课本次课所属章节第三章 时域分析法（共计 5 次课）（5-5 ）本章主要内容总结1、稳定性分析：稳定的条件、稳定判据、判据的推广。2、稳态性能分析：稳态误差
17、的定义及计算（基于终值定理和基于结构计算稳态误差） 、误差与系统结构参数的关系、减小或消除系统稳态误差的措施。3、动态性能分析：一阶系统性能指标、典型二阶系统性能指标、高阶系统性能指标的估算。解题类型1、稳定性分析2、稳态误差的计算典型结构和典型输入下的稳态误差；非典型结构稳态误差的计算改变结构或调整参数改善稳态性能。Ts1%6.3 )(sC)(sR )1.0(4.ss-)(sR )(sC)(sEK)1(s1Ts123、动态性能指标的计算 一阶系统；标准二阶系统；高阶近似近似。4、简单控制系统的设计稳定性设计；稳定性和稳态性能设计；动态性能指标的设计课堂测验题1、控制系统方框图如下所示：1)判
18、断系统的稳定性；2)当两个前馈信号断开时,求给定和扰动均为单位阶跃时系统的稳态总误差；3)恢复前馈信号，再求系统的稳态总误差；4)简述两个前馈信号各自的作用；5)问前馈信号的取舍对系统的稳定性有无影响？答案：1）系统稳定；2） 3）;2;1;3ssnsree4）x1 提高系统抗 N 干扰信号的能力，x2 提高系统测量0;0ssnsre值跟踪给定值的能力；5）对稳定性无影响。2、单位负反馈系统开环传递函数如下，用 Routh 判据判系统稳定的 K 值；确定 K 为何值系统发生持续的等幅振荡，求振荡角频率。答案： 时系统稳定。314k3、已知单位负反馈系统闭环传递函数为如下（a，b 为正数） ，K
19、 取何值时系统对单位斜坡输入时无差。 答案： ，斜坡输入时无差。2)(,2vsbaGKk第十二次课本次课所属章节第四章 根轨迹分析法（共计 4 次课）（4-1 ）教学目的及基本要求根轨迹分析法的一般概念及解题思路。根轨迹与系统性能之间的关系。一般（180 度）根轨迹的绘图法则。重点 对根轨迹方程、幅值条件和相位条件的理解及应用。根轨迹上特征点参数的计算。难点 在讲述绘图法则时有关矢量概念的引用。basKRY2)(s01k)G13教学手段 采用理论推导与应用举例相结合的方法逐步讲述相关绘图法则。思考题和习题教材 P9934 4-1、4-2 、 4-4。补充：一、简答题：1、根轨迹方程与特征方程的
20、区别是什么？2、怎样检验复平面上的点是否在根轨迹上？3、怎样确定根轨迹上确定点的 K 值？4、根轨迹箭头所指的方向 K 增加还是减小的方向？二、根据开环零极点分布，绘制根轨迹草图。1、两个极点、一个零点在实轴上的不同分布位置；2、两个极点、两个零点在实轴上的不同分布位置；3、三个极点、一个零点在实轴上的不同分布位置；4、三个极点、两个零点在实轴上的不同分布位置。第十三次课本次课所属章节第四章 根轨迹分析法（共计 4 次课）（4-2 ）教学目的及基本要求一般（180 度）根轨迹的绘图法则。开环零极点与闭环极点的特性。典型开环传递函数根轨迹的绘制。重点 根轨迹上特征点参数的计算。典型开环传递函数根
21、轨迹的绘制技巧。根轨迹上特征点参数的计算。难点 出射角与入射角的绘图法则。开环零极点与闭环极点特性的应用。教学手段 采用理论推导与应用举例相结合的方法逐步讲述相关内容。14思考题和习题教材 P99 4-3、4-5。补充：一、简答题：1、根轨迹与虚轴交点坐标及参数的计算方法有几种？简述计算依据及步骤。2、根轨迹与虚轴交点对应的 K 值在系统性能分析中的作用是什么？3、两个极点、两个或一个零点在复平面上有根轨迹时，复平面上根轨迹的形式如何？复平面上根轨迹的绘制规则又是什么？ 4、 “根据开环零极点分布绘制闭环系统的根轨迹，研究的是闭环系统的性能。 ”这句话对否？二、根据开环零极点分布，绘制根轨迹草
22、图。1、复平面上两个极点、实轴上一个零点；2、复平面上两个极点、实轴上两个零点；3、复平面上两个极点和两个零点；4、复平面上两个零点、实轴上两个极点。三、第十四次课本次课所属章节第四章 根轨迹分析法（共计 4 次课）（4-3 ）教学目的及基本要求参量根轨迹的定义及处理手段。零度根轨迹法则。复杂根轨迹绘制途径。由根轨迹分析系统性能。重点 等效根轨迹方程的整合难点 一般根轨迹和零度根轨迹的判别。教学手段 由参量根轨迹在求等效根轨迹方程时，引出推导零度根轨迹法则的必要性。拓宽选择例题的模式，举一反三。.2)s(k)G4;5)s(1k)G3 ;21 定 特 殊 点 的 参 数 ：， 绘 制 一 般 根
23、 轨 迹 ， 确已 知 系 统 开 环 传 递 函 数2k 315思考题和习题教材 P99 4-6、4-7、4-8、4-10、4-12。补充：第十五次课本次课所属章节第四章 根轨迹分析法（共计 4 次课）（4-1 ）本章主要内容总结1、基本概念：根轨迹方程、幅值和相角条件；根轨迹上点的特征。2、一般根轨迹和零度根轨迹的绘制法则。3、参量根轨迹和多回路系统根轨迹绘制前等效根轨迹方程的求取。4、根轨迹特殊点的计算：实轴上的分离会合点；与虚轴的交点。5、利用根轨迹定性和定量进行系统性能分析。解题类型1、根轨迹草图的绘制（一般和零度） 。2、根轨迹方程的求取。3、根轨迹上特殊点参数的计算。4、基于根轨
24、迹分析系统性能。5、分析增加开环零、极点对根轨迹的影响。6、根轨迹上任意点的检验。课堂测验题 1、单位负反馈系统的开环传递函数为：1 5)2(sK(s)的 根 轨 迹 ： G从2.绘 制 K gkg的 根 轨 迹 。 变 化 时1， 绘 制 k从 02s)k(为 ：已 知 系 统 的 根 轨 迹 方 程 .1a)s(2kG()r161）当 a=2 时，做 kr：0变化的根轨迹，确定系统无超调时的 kr 取值及系统临界稳定时的 kr 取值；2）当 kr=2 时，做 a：0变化的根轨迹，并确定阻尼系数为 0.707 时 a 值。2、系统方框图如图所示。1）已知闭环极点为 ，求参数 kV 、k 的取
25、值；2）若 kV 为上式确定的常数，以 k为参数绘制一般根轨迹。3、系统方框图如图所示，已知两个开环极点为：1）绘制一般根轨迹。2）根据根轨迹确定使系统稳定的 K 值。4、 单位负反馈系统的开环传递函数为 ， 绘制根轨迹；为使 为根轨迹上的点，加入（s+a）环节，求此时对应的 a， k 值。第十六次课本次课所属章节第五章 频域分析法（共计 5 次课）（5-1 ）教学目的及基本要求频率特性分析法的一般概念。典型环节频率特性曲线的绘制（Nyquist 曲线和 Bode 曲线） 。重点 频率特性的定义及物理意义。典型环节频率特性曲线的特征。难点 对频率特性概念的理解（包括幅频和相频） 。教学手段由频
26、率特性的物理意义导出由传递函数求取频率特性的捷径。引出绘制开环频率特性曲线是系统性能分析的关键，而当开环传递函数为典型环节的结构形式时又引出了绘制频率特性曲线的规律，由此提出寻求绘制各典型环节的规则是正确和简化绘制开环频率特性曲线前提。3js,j21s,2 j1s,22)1)(s(kG(s)17思考题和习题教材 P141 5-1、5-2、5-4。补充：一、简答题1、绘制频率特性曲线的目的是什么？2、矢量的表示发法有哪几种？3、在典型环节中，哪些环节的相位是超前的？哪些相位的是滞后的？4、相位滞后表明的物理意义是什么？二、计算和绘图题1、已知单位反馈系统的开环传递函数为：1）求输入为 的稳态输出
27、 cs(t)；2）求上述输入下的稳态误差 es(t) 。2、在同一坐标系绘制一阶惯性环节 的 bode 曲线的渐近线，标出各环节的转折频率。3、在同一坐标系绘制一阶微分环节 的 bode 曲线的渐近线，标出各环节的转折频率。第十七次课本次课所属章节第五章 频域分析法（共计 5 次课）（5-2 ）教学目的及基本要求典型环节频率特性曲线绘制规则总结。不稳定环节频率特性曲线的绘制。开环频率特性曲线的绘制（Nyquist 曲线和 Bode 曲线） 。基于 Bode 曲线求最小相位系统的传递函数。重点开环频率特性曲线的绘制（Nyquist 曲线和 Bode 曲线）规则及应用。Nyquist 曲线与实轴交
28、点坐标的计算。基于 Bode 曲线求最小相位系统的传递函数。难点不稳定环节频率特性曲线的绘制（图形所在象限的确定） 。Nyquist 曲线与实、虚轴交点坐标的计算。Bode 曲线开环增益的确定。Bode 曲线上转折频率处的修正。教学手段 通过例题分别分类逐步展开。注重绘图共性规则的寻求。12s()Gk4sin2tr()10.s1,1,0s.18思考题和习题教材 P141142 5-3、5-5、5-6、5-11 。补充：1、已知系统开环传递函数如下所示，写出各题的相位计算式，绘制Nyquist 曲线草图。2、写出开环传递函数 与实轴交点处的频率 1及幅值 A(1) 的计算式。第十八次课本次课所属
29、章节第五章 频域分析法（共计 5 次课）（5-3 ）教学目的及基本要求Nyquist 稳定判据的导出及应用。Nyquist 稳定判据在 Bode 曲线上推广应用。重点 Nyquist 稳定判据的使用条件及应用方法。难点 非零型系统辅助线的绘制规则。Nyquist 曲线特殊情形下的应用。教学手段 从简单到复杂循序渐进（零型-非零型系统-结构复杂的非最小相位系统等） 。思考题和教材 P141 59、513 。补充：1、设单位负反馈控制系统的开环传递函数为 ，1)s(TK(s)G21k1)K(Ts1)(Ts4 );(T1sK3) ;2;2 22 5;10)(sG219习题 试绘制 Nyquist 草
30、图，并应用 Nyquist 稳定判据判断系统的稳定性。2、已知系统开环幅相频率特性如下图所示，试根据奈氏判据判别系统的稳定性,并说明闭环右半平面的极点个数。其中 P 为开环传递函数在 s 右半平面极点数，Q 为开环系统积分环节的个数。 第十九次课本次课所属章节第五章 频域分析法（共计 5 次课）（5-4 ）教学目的及基本要求Nyquist 曲线上频域指标的定义及计算。频域指标在 Bode 曲线上计算方法。在 Bode 曲线上对控制系统性能指标的综合评价。重点 动态性能指标的定性分析和定量计算。在 Bode 曲线上对控制系统性能指标的综合评价。时域指标与频域指标的关系。难点 掌握灵活计算性能指标
31、的基本方法。教学手段 从简单到复杂循序渐进。从定性到定量分析。思考题和习题教材 P141144 5-8、5-10、5-16、5-19 。3、已知最小相位系统的开环对数幅频特性曲线如下图所示。1）试确定系统的开环传递函数；2）绘出对数相频特性曲线草图 ；3）基于对数频率特性曲线，绘出 Nyquist 曲线草图。4）计算剪切频率和相角裕量。eRmI01 00Qp)(a 010Qp )(beRmI10 0)(ceRmI10 30Qp20第二十次课本次课所属章节第五章 频域分析法（共计 5 次课）（5-5 ）本章主要内容总结1、频率特性的定义及其基本概念2、两种曲线的绘制1）典型环节频率特性曲线的绘制
32、及其特征；2）不稳定环节频率特性曲线的绘制及其特征；3）开环频率特性曲线的绘制及特殊点参数的计算方法；4）最小相位系统开环对数幅频和相频曲线的绘制；5）最小相位系统频率特性曲线与传递函数的对应关系。3、Nyquist 稳定判据的应用4、动态性能指标定性分析与定量计算解题类型1、依据开环传递函数，绘制 Nyquist 曲线草图，判系统的稳定性；2、依据开环传递函数，绘制最小相位系统的 Bode 曲线草图，判系统的稳定性,计算性能指标；3、由对数幅频特性曲线求最小相位系统的传递函数；4、由开环 Bode 曲线定性分析系统综合性能；5、三种分析方法的综合应用。课堂测验题 1、已知单位负反馈系统的开环
33、传递函数为：1）概略绘制根轨迹； 5)1(skG)212）当 k 为何值时系统稳定；3）k=10 概略绘制系统 Bode 图；4）在图中标出 r、 Kg。2、系统开环传递函数为 ， 其中： 或1）绘制开环 Bode 曲线和 Nyquist 曲线；2）确定两种情况下系统的稳定性.3、某最小相位系统的如图所示。1）求传递函数2）求剪切频率和相角裕量4、已知单位反馈系统的闭环传递函数为1）求开环传递函数；2）绘制极坐标曲线；3) 分别用时域和频域法分析稳定性。第二十一次课本次课所属章节第六章 线性控制系统的设计与校正（共计 4 次课）（4-1 ）教学目的及基本要求线性控制系统设计与校正的基本思想；根
34、轨迹动态校正法的基本思路。重点 控制系统的基本结构形式，由此引出系统的设计理念。难点 校正装置的规范结构形式及特征分析。教学手段 由简单比例控制器反馈设计的不足，引出采用动态控制器校正的思想。基于根轨迹分析法引出根轨迹校正法的基本思想。思考题和习题1saT2)(kGc)(aT)(a-40-40-20-10400.1 1 109s)( 222第二十二次课本次课所属章节第六章 线性控制系统的设计与校正（共计 4 次课）（4-2）教学目的及基本要求根轨迹动静态校正法的定性分析与定量计算。重点 根轨迹动静态校正法的定性分析难点 根轨迹动态校正方法的定量计算教学手段 先定性后定量，借助于几何作图。思考题
35、和习题一、简答题1、增加左半平面的开环零点，一般可以改善系统的什么性能？2、简述开环零点位置与校正作用强弱的关系。3、简述单零点校正的优缺点。4、为什么说零极点校正装置的选择是非唯一的？5、采用零极点校正对受控对象有什么约束条件？6、零极点静态校正对于工程应用存在什么问题？23二、计算题1、已知受控对象的开环传递函数为1）设计单零点校正装置，使主导极点位于-2j 处；2）设计零极点校正装置，产生上述同样效果。2、已知受控对象的开环传递函数为，选择单零点校正装置，使系统产生临界阻尼状态，且两个闭环极点均位于-2 处。第二十三次课本次课所属章节第六章 线性控制系统的设计与校正（共计 4 次课）（4
36、-3 ）教学目的及基本要求频域动静态超前校正方法的定性分析和定量计算。重点 静态校正。超前网络的动态校正思路。难点 超前网络动态校正的计算教学手段 基于频率特性分析法，引出频率特性超前网络动态校正的基本思想。先定性后定量，借助于几何作图。思考题和习题一、简答题1、简述开环频率特性曲线与系统性能之间的对应关系；2、动态超前校正网络一般能够改善系统哪些性能？滞后网络呢？3、频率特性校正法的动静态校正顺序如何？4、简述频域指标和时域指标之间的对应关系。5、动静态校正后的开环对数幅频特性曲线一般希望是什么形式？6、怎样从传递函数结构上区分超前和滞后网络？二、用方法二设计 P163例 6-3。)1()0
37、sG20)1(s24第二十四次课本次课所属章节第六章 线性控制系统的设计与校正（共计 4 次课）（4-4 ）教学目的及基本要求频域动静态滞后校正方法的定性分析和定量计算。局部反馈校正和前馈校正。线性连续系统内容总结。重点 滞后网络的动态校正思路。局部反馈校正和前馈校正的基本思想和设计理念。难点 滞后网络动态校正的计算教学手段基于频率特性分析法，引出频率特性滞后网络动态校正的基本思想。先定性后定量，借助于几何作图。回顾模型特征，阐述局部反馈校正和前馈校正的设计理念。25思考题和习题线性连续系统内容综合练习题。 （另附）第二十五次课本次课所属章节第七章 非线性系统分析（共计 5 次课）（5-1 ）
38、教学目的及基本要求了解本质非线性系统特征。了解描述函数分析法的基本思想，掌握典型本质非线性环节描述函数的求取思路。掌握负倒曲线的绘制。重点 描述函数分析法的基本思想。描述函数分析法的应用条件以及分析精度与模型结构之间的关系。难点 对基本概念的理解。典型本质非线性环节描述函数的求取。教学手段 线性与非线性系统特征对应讲解。本质非线性环节描述函数的求取过程以数学推导过程为主线。思考题和26习题1、复习线性系统频域分析法的 Nyquist 曲线的绘制以及特殊点的计算方法。2、复习线性系统频域分析法的 Nyquist 稳定判据。通过 P180-182例 7-2、 例 7-3自学，掌握描述函数求取的基本
39、方法。第二十六次课本次课所属章节第七章 非线性系统分析（共计 5 次课）（5-2 ）教学目的及基本要求掌握稳定判据的基本理念及使用方法。掌握自持振荡系统特征参数的计算。重点 稳定判据的基本理念及使用方法。难点 模型的规范整合。自持振荡系统特征参数的计算教学手段 讲述多种模式的例题，找寻解题的共性规则。27思考题和习题P207-208 7-2,7-3,7-4. 补充题：一、简答题1、非线性系统与线性系统的区别是什么？2、描述函数分析对本质非线性环节结构有什么约束条件？3、描述函数分析法的分析精度与线性部分传递函数的结构有什么关系？4、自持振荡的现象与线性系统等幅振荡现象的本质区别是什么？5、自振
40、荡频率和自振荡幅值的物理意义是什么？6、非线性系统的模型规范整合的意义何在？7、线性系统的 Nyquist 稳定判据和非线性系统描述函数分析法的稳定判据的区别何在？二、通过书中例题掌握稳定自振荡参数的计算方法P185-189 例 7-4、例 7-5、例 7-6、例 7-7第二十七次课本次课所属章节第七章 非线性系统分析（共计 5 次课）（5-3 ）教学目的及基本要求了解相平面分析法的基本思想。了解相平面分析法的应用条件。线性一、二阶系统相轨迹和相平面图的绘制规则。重点 线性一、二阶系统相轨迹和相平面图的绘制规则。特征根位置与相轨迹之间的对应关系。难点 线性一、二阶系统相轨迹和相平面图的绘制规则
41、。教学手段 由讲述线性系统相轨迹绘制的个性到引出绘制相平面图的共性。思考题和 绘制各种不同特征根分布的线性一、二阶系统的相平图。28习题 自学教材相关例题。第二十八次课本次课所属章节第七章 非线性系统分析（共计 5 次课）（5-4 ）教学目的及基本要求掌握本质非线性环节开关线的求取及区域划分。掌握非线性系统各区域相轨迹方程的求取和相轨迹的绘制及开关线处的连接。掌握调节系统性能指标的计算思路及简单计算方法。重点 非线性系统相平面图的准确绘制，以及确定初始条件下相轨迹的绘制。难点 有跳跃情况下开关线处相轨迹的连接，性能指标调节时间的计算。教学手段 多类型习题讲解，找寻规律，加深理解。29思考题和习
42、题P208-209 7-5,7-6,7-7.自学教材相关例题。第二十九次课本次课所属章节第七章 非线性系统分析（共计 5 次课）（5-5 ）本章主要内容总结1、描述函数分析法1）使用的前提条件2）曲线的绘制（线性部分的 Nyquist 曲线和非线性部分的负倒描述函数曲线）3）系统性能分析分析稳定性分析，产生自持振荡时自振荡频率及参数的计算。2、相平面分析法1）使用的前提条件2）曲线的绘制3）系统性能分析稳定性，性能指标计算。30解题类型1、已知线性部分的传递函数和非线性部分的描述函数，分析非线性系统的运动特性若产生自振荡求参数。2、已知非线性系统的结构图。分析系统的运动特性。3、已知非线性系统的结构图。系统原处于静止状态，若输入信号为-2 倍的单位阶跃，在偏差相平面上绘制相轨迹。课堂测验题课堂练习见课件。第三十次课本次课所属章节第八章 线性离散控制系统的分析与综合（共计 4 次课）（4-1 ）教学目的及基本要求掌握分析线性离散控制系统的数学工具Z 变换概念、差分方程求解。掌握开环闭环脉冲传递函数及特征方程的求取。重点 开环、闭环脉冲传递数及特征方程的求取。难点 闭环脉冲传递函数及梅逊公式的正确使用。教学手段 线性连续与离散内容对照讲解。由简到难，逐步深入。
