08315 控制工程基礎

　　高綱1579

　　江蘇省高等教育自學考試大綱

　　08315　控制工程基礎

　　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 課程性質與課程目標

　　一、課程性質和特點

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

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

　　隨著自動控制技術不斷發展，自動控制技術這支利劍必須切實瞄準各行各業的業務需求這個目標，做到有的放矢，才能真正發揮作用。控制工程基礎這門課程的任務就是利用自動控制的理論及思想，結合具體實際情況，幫助學生掌握分析控制系統的性能及設計控制器的基本方法，從而提高學生理論水平，鍛煉他們進行系統開發的能力，為將來從事實際工作奠定堅實的基礎。

　　《控制工程基礎》是一門系統性很強的應用型課程，是以講解控制系統分析、設計及提高系統性能為主要內容，引導學生利用應用數學、力學、電子工程學等知識，不斷深入理解控制工程相關知識、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的專門學習，在樹立清晰的系統意識的基礎上，掌握控制系統性能分析與系統設計的基本方法。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能力，成為具備較強的研究能力、創新能力和駕馭現代化控制技術能力的復合型人才。

　　二、課程目標

　　通過本課程的學習，應達到如下要求：

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

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

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

　　4.熟練掌握在典型輸入信號作用下，系統的響應;

　　5.熟練掌握控制系統建模的基本方法及模型簡化的基本手段;

　　6.掌握控制系統傳遞函數的概念，深刻理解傳遞函數性質及物理意義;

　　7.掌握控制系統的設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、與相關課程的聯系與區別

　　本課程的前修課程是高等數學、力學、電工、電子線路等，須具備有一定的電子工程基礎知識，以便能順利掌握機械系統、電子工程中的數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.控制系統的基本概念的準確把握;

　　2.控制系統的基本組成與實例各部件的對應關系;

　　3.控制系統的基本要求的意義;

　　4.實際系統中控制系統的作用。

　　第2章 重點和難點：

　　1.數學模型的建立方法;

　　2.拉氏變換和反變換的計算;

　　3.傳遞函數的準確定義及求取方法;

　　4.實際物理系統方塊圖的建立;

　　5.方塊圖的化簡方法;

　　6.誤差傳遞函數、前向通道傳遞函數、閉環傳遞函數、反饋通道傳遞函數和開環傳遞函 數的概念及準確計算。

　　第3章 重點和難點：

　　1.控制系統在單位脈沖、階躍、速度、加速度信號作用下響應的求取方法;

　　2.欠阻尼系統的動態性能指標的求取;

　　3.阻尼系數與各項性能指標的關系;

　　4.二階系統的傳遞函數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.頻率特性函數的定義及其物理意義;

　　2.頻率特性的對數坐標圖和極坐標圖的概略繪制方法;

　　3.系統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.最小相位系統的定義及意義。

　　第5章 重點和難點：

　　1.系統穩定性分析的意義;

　　2.系統穩定的必要條件、充要條件;

　　3.判定閉環系統穩定性的時域、頻域的方法;

　　4.使控制系統穩定的某些待定參數的求取方法及其計算;

　　5.穩定裕量的物理意義及計算方法;

　　6.伯德圖圖形與系統參數相互關系。

　　第6章 重點和難點：

　　1.穩態誤差的定義及計算方法;

　　2.靜態誤差系數的定義及與系統誤差的概念;

　　3.減小系統誤差的分析方法。

　　第7章 重點和難點：

　　1.系統校正的意義;

　　2.串聯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系，各能力層次分別表示：

　　1.領會：知曉本課程中有關的名詞、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：在領會的基礎上，能全面理解《控制工程基礎》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、方法進行聯系和區別，這是較高層次的要求。

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

　　4.其中打*的部分，自學考試大綱不做要求。

　　Ⅲ 課程內容與考核要求

　　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域，了解控制理論在工程中的應用發展現狀，了解自動控制理論在機械制造工業中的一些具體應用，了解本課程學習的知識結構和安排，掌握控制系統的基本概念。

　　二、課程內容

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

　　三、考核知識點與考核要求

　　(一)領會控制理論的發展過程，及在發展各階段的主要特點

　　(二)熟練掌握自動控制系統的基本概念：

　　1.自動控制系統的工作原理

　　2.開環控制

　　3.閉環控制

　　4.反饋控制系統基本組成及組成的元件

　　5.自動控制系統的基本類型

　　6.對控制系統的基本要求

　　(三)領會控制理論在機械制造工業中的應用：

　　1.離心調速器

　　2.機器人關節司服系統

　　3.三坐標數控機床

　　4.六自由度工業機器人

　　5.感應導線式自動導引車

　　6.柔性制造系統

　　(四)掌握本課程的基本要求

　　四、本章的重點和難點

　　1.控制系統的基本概念的準確把握

　　2.控制系統的基本組成與實例各部件的對應關系

　　3.控制系統的基本要求的意義

　　4.實際系統中控制系統的作用

　　第2章 控制系統的動態數學模型

　　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的動態特性，或對它們進行控制，最重要的一步首先是建立系統的數學模型，明確數學模型的含義，掌握采用解析方法建立一些簡單機、電系統的數學模型。

　　明確拉普拉斯(簡稱拉氏)變換是分析研究線性動態系統的有力工具，通過拉氏變換將時域的微分方程變換為復數域的代數方程，掌握拉氏變換的定義，用定義求常用函數的拉氏變換，會查拉氏變換表，掌握拉氏變換的重要性質及其應用，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用，以及數學模型、傳遞函數、方塊圖和信號流程圖之間的關系。

　　二、課程內容

　　本章主要介紹：

　　(一)基本環節的數學模型

　　1.質量——彈簧——阻尼系統

　　應用牛頓第二定律建立質量——彈簧——阻尼系統的運動微分方程

　　2.電路網絡

　　應用基爾霍夫定律和區姆定律建立電路網絡系統的微分方程

　　3.電動機

　　應用力學、電學方面定律建立電樞控制式直流電動機的數學模型

　　(二)數學模型的線性化

　　1.各類非線性現象

　　2.系統線性化處理的方法

　　(三)拉氏變換及反變換

　　1.拉氏變換定義

　　2.簡單函數的拉氏變換

　　(1)單位階躍函數

　　(2)指數函數

　　(3)正弦函數和余弦函數

　　(4)冪函數

　　3.拉氏變換的性質

　　(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

　　(9)tx(t)的象函數

　　(10)x(t)/t的拉氏變換

　　(11)周期函數的象函數

　　(12)卷積分的象函數

　　4.拉氏反變換

　　(1)只含不同單極點的情況

　　(2)含共軛復數極點的情況

　　(3)含多重極點的情況

　　5.用拉氏變換解常系數線性微分方程

　　(四) 傳遞函數以及典型環節的傳遞函數

　　1.比例環節

　　2.一階慣性環節

　　3.微分環節

　　(1)理想微分環節

　　(2)近似微分環節

　　4.積分環節

　　5.二階振蕩環節

　　(五)系統函數方塊圖及其簡化

　　1.系統方塊圖的基本單元

　　2.比較點

　　3.引出點

　　4.串聯

　　5.并聯

　　6.反饋

　　7.系統方塊圖變換法則

　　8.系統方塊圖簡化

　　(六)系統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)受控機械對象數學模型

　　1.高諧振頻率

　　2.高剛度

　　3.適當阻尼

　　4.低轉動慣量

　　(八)繪制實際物理系統的函數方塊圖

　　1.各種典型機械系統的傳遞函數

　　2.各種電網絡及電氣系統的傳遞函數

　　*(九)控制系統數學模型的MATLAB實現

　　*(十)狀態空間方程基本概念

　　三、考核知識點與考核要求

　　(一)數學模型的概念

　　1.熟練掌握數學模型的含義

　　2.熟練掌握線性系統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和線性時變系統的點義

　　4.領會非線性系統的定義及其線性化方法

　　(二)系統微分方程的建立

　　1.掌握對于機械系統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的拉氏變換

　　1.單位階躍函數的拉氏變換

　　2.指數函數的拉氏變換

　　3.正弦函數和余弦函數的拉氏變換

　　4.冪函數的拉氏變換

　　(五)掌握拉氏變換的性質

　　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

　　9.tx(t)的象函數

　　10.x(t)/t的拉氏變換

　　11.周期函數的象函數

　　12.卷積分的象函數

　　(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

　　1.傳遞函數的定義

　　2.傳遞函數的主要特點

　　(九)熟練掌握方塊圖及系統的構成

　　1.方塊圖表示方法及其構成

　　2.系統的構成

　　(1)串聯環節的構成及計算

　　(2)并聯環節的構成及計算

　　(3)反饋環節的構成及計算

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

　　3.方塊圖的簡化

　　4.畫系統方塊圖及求傳遞函數步驟

　　(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.信號流統與方塊圖之間的關系

　　3.梅遜公式的應用

　　(十一)掌握受控機械對象的數學模型

　　1.高諧振頻率

　　2.高剛度

　　3.適當阻尼

　　4.低轉動慣量

　　(十二)掌握實際物理系統的傳遞函數方塊圖

　　1.各種機械系統的傳遞函數

　　2.各種電網絡及電氣系統的傳遞函數

　　四、本章的重點和難點

　　1.數學模型的建立方法

　　2.拉氏變換和反變換的計算

　　3.傳遞函數的準確定義及求取方法

　　4.實際物理系統方塊圖的建立方法

　　5.方塊圖的化簡方法

　　6.誤差傳遞函數、前向通道傳遞函數、閉環傳遞函數、反饋通道傳遞函數和開環傳遞函數的概念及準確計算

　　第3章 時域瞬態響應分析

　　一、學習目的與要求

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

　　二、課程內容

　　(一)時域響應以及典型輸入信號

　　1.時域響應的含義

　　(1)瞬態響應的含義

　　(2)穩態響應當含義

　　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、斜坡函數、加速度函數、脈沖函數、正弦函數

　　(二)一階系統的瞬態響應

　　1.一階系統的單位階躍響應

　　2.一階系統的單位斜坡響應

　　3.一階系統的單位脈沖響應

　　(三)二階系統的瞬態響應

　　1.二階系統的單位階躍響應

　　(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

　　2.二階系統的單位脈沖響應

　　(1)欠阻尼情況

　　(2)臨界阻尼情況

　　(3)過阻尼情況

　　3.二階系統的單位斜坡響應

　　(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.瞬態響應性能指標包括

　　2.上升時間

　　3.峰值時間

　　4.最大超調量

　　5.調整時間

　　(五)高階系統的瞬間響應

　　1.主導極點的概念

　　2.偶極子的概念

　　*(六)借助MATLAB進行系統時間響應分析

　　(七)機電系統時域瞬態響應的實驗方法

　　三、考核知識點與考核要求

　　(一)熟練掌握時間響應

　　1.時間響應的概念

　　2.瞬態響應和穩態響應的定義

　　(二)熟練掌握脈沖響應函數

　　1.脈沖響應函數的定義

　　2.脈沖響應函數與傳遞函數的關系

　　3.如何利用脈沖響應函數求系統在任意輸入下的響應

　　(三)熟練掌握一階系統的時間響應

　　1.一階系統的傳遞函數及其增益和時間常數的計算

　　2.一階系統的單位脈沖響應函數的計算

　　3.一階系統的單位階躍響應函數的計算

　　4.一階系統的單位斜坡響應函數的計算

　　(四)二階系統的時間響應

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

　　2.熟練掌握二階系統特征方程

　　3.熟練掌握二階系統特征方程根的分布

　　4.熟練掌握欠阻尼下的單位階躍響應計算

　　5.掌握臨界阻尼下的單位階躍響應

　　6.掌握過阻尼下的單位階躍響應

　　7.掌握阻尼比、無阻尼自然頻率與響應曲線的關系

　　8.掌握不同阻尼比下的單位脈沖響應

　　(五)領會高階系統的時間響應

　　1.主導極點的概念及其與時間響應的關系

　　2.偶極子的概念

　　(六)瞬態響應的性能指標

　　1.熟練掌握瞬態響應的性能指標定義

　　2.熟練掌握二階系統的瞬態響應指標的計算

　　3.掌握二階系統的阻尼比、無阻尼自然頻率與各性能指標間的關系

　　四、本章的重點和難點

　　1.控制系統在單位脈沖、階躍、速度、加速度信號作用下響應的求取方法

　　2.欠阻尼系統的動態性能指標的求取

　　3.阻尼系數與各項性能指標的關系

　　4.二階系統的傳遞函數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的關系，系統動剛度的概念，掌握頻率特性的兩種表示方法以及頻率特性與時間響應的關系，各基本環節及系統的極坐標圖和伯德圖的畫法，閉環頻率特性及相應的性能指標，為頻域分析系統的穩定性以及綜合校正打下基礎。

　　二、課程內容

　　(一)機電系統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.曲型環節的乃氏圖

　　(1)比例環節

　　(2)積分環節

　　(3)微分環節

　　(4)一階慣性環節

　　(5)二階振蕩環節

　　(6)延遲環節

　　2.乃氏圖的一般作圖方法

　　(三)對數坐標圖

　　1.典型環節的伯德圖

　　(1)放大環節

　　(2)積分環節

　　(3)一階慣性環節

　　(4)一階微分環節

　　(5)二階振蕩環節

　　(6)延遲環節

　　2.一般系統伯德圖的作圖方法

　　3.最小相位系統

　　(1)最小相位系統定義

　　(2)非最小相位系統概念

　　(四)由頻率特性曲線求系統的傳遞函數

　　(五)由單位脈沖響應求系統頻率特性

　　*(六)對數幅相特性圖

　　(七)控制系統的閉環頻響

　　1.由開環頻率特性估計閉環頻率特性

　　2.系統頻域指標

　　(1)開環頻域指標;

　　(2)閉環頻域指標。

　　(八)機械系統動剛度概念

　　*(九)借助MATLAB進行控制系統的頻率響應分析

　　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的關系

　　3.系統動剛度概念

　　4.傳遞函數、頻率特性和時間的關系

　　5.頻率特性的對數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坐標圖

　　1.對數坐標圖的組成及特點

　　2.各種典型環節的伯德圖近似畫法及相應的誤差計算

　　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.各種典型環節的極坐標圖的畫法及特點

　　3.系統極坐標圖的一般畫法及特殊點計算方法

　　4.系統的型次、階次及零、極點位置對極坐標圖的影響

　　(四)熟練掌握閉環頻率特性與頻域性能指標

　　1.系統閉環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的概念

　　1.最小相位系統的定義

　　2.非最小相位系統中，當零、極點分布在s的右半平面時，與系統頻率特性的關系

　　四、本章的重點和難點

　　1.頻率特性函數的定義及其物理意義

　　2.頻率特性的對數坐標圖和極坐標圖的概略繪制方法

　　3.系統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.最小相位系統的定義及意義

　　第5章 控制系統的穩定性分析

　　一、學習目的與要求

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

　　二、課程內容

　　(一)系統穩定性的基本概念

　　(二)系統穩定的充要條件

　　(三)代數穩定性判據

　　1.勞斯穩定性判據

　　(四)乃奎斯特穩定性判據

　　1.米哈伊洛夫定理

　　2.乃奎斯特穩定性判據

　　3.乃奎斯特穩定性判據的另一表述

　　*4.應用逆Nyguist圖的Nyguist穩定判據

　　(五)應用乃奎斯特判據分析延時系統的穩定性

　　1.延時環節并聯在閉環系統前向通道中時的系統穩定性

　　*2.延時環節并聯在閉環系統前向通道中時的系統穩定性

　　(六)由伯德圖判斷系統的穩定性

　　(七)控制系統的相對穩定性

　　1.相位裕量v

　　2.幅值裕量kg

　　*(八)借助MATLAB分析系統穩定性

　　三、考核知識點與考核要求

　　(一)熟練掌握穩定性

　　1.穩定性概念

　　2.判別穩定性的基本準則，即系統穩定性的必要和充分條件

　　3.判別穩定性的基本方法，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-赫爾維茨穩定性判據

　　1.勞斯-赫爾維茨穩定性判據的原理及系統穩定必要條件

　　2.勞斯穩定性判據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.赫爾維茨穩定性判據充分條件以及方法和步驟

　　(三)熟練掌握乃奎斯特穩定性判據

　　1.基本原理

　　通過系統開環乃奎斯特圖以及開環極點的位置來判別閉環特征方程的根在S平面上的位置，從而判別系統的穩定性

　　(1)閉環特征方程

　　(2)米哈伊洛夫定理

　　(3)乃奎斯特判據

　　(4)用乃奎斯特法判別系統的穩定性

　　(5)對O型系統判穩定方法及特殊點計算方法

　　(6)對I型系統判穩定方法及特殊點的計算方法

　　(7)對II型系統判穩定方法及特殊點的計算方法

　　(8)對具有延時環節系統判別穩定方法及計算

　　2.掌握應用實例

　　明確系統參數對系統穩定性的影響

　　(四)系統相對穩定性

　　1.熟練掌握系統相對穩定性

　　(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穩定性時應注意的幾個問題

　　2.掌握條件穩定系統的基本概念

　　四、本章的重點和難點

　　1.系統穩定性分析的意義

　　2.系統穩定的必要條件、充要條件

　　3.判定閉環系統穩定性的時域、頻域的方法

　　4.使控制系統穩定的某些待定參數的求取方法及其計算

　　5.穩定裕量的物理意義及計算方法

　　6.伯德圖圖形與系統參數相互關系

　　第6章 控制系統的誤差分析和計算

　　一、學習目的與要求

　　通過本章學習明確系統的誤差的概念;穩態誤差的計算方法，以及系統穩態誤差與系統型次的關系，靜態誤差系數與系統穩態誤差的關系。

　　二、課程內容

　　(一)穩態誤差的基本概念

　　1.誤差和偏差

　　2.誤差和穩態誤差

　　(二)輸入引起的穩態誤差

　　1.誤差傳遞函數與穩態誤差

　　2.靜態誤差系數

　　(1)系統類別與系統階次

　　(2)系統穩態誤差

　　(3)靜態位置誤差系數和位置誤差

　　(4)靜態速度誤差系數和速度誤差

　　(5)靜態加速度誤差系數和加速誤差

　　(三)干擾引起的穩態誤差

　　(四)減少系統誤差的途徑

　　1.按干擾補償

　　2.按輸入補償

　　*(五)動態誤差系數

　　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.穩態誤差和穩態偏差的計算

　　(二)熟練掌握輸入引起的穩態誤差

　　1.誤差傳遞函數與穩態誤差的概念

　　2.系統類別的定義

　　3.系統穩態誤差與系統類別、開環增益及輸入信號之間的關系

　　4.靜態位置誤差系統和位置誤差定義以及與系統類別的關系

　　5.靜態速度誤差系數與速度誤差定義以及與系統類別的關系

　　6.靜態加速度誤差系數和加速度誤差定義以及與系統類別的關系

　　7.不同類別系統在不同輸入信號下的穩態誤差

　　(三)掌握振動作用下系統干擾穩態誤差的計算

　　(四)領會減小系統誤差的途徑

　　1.按干擾補償的概念和按干擾全補償的條件

　　2.按輸入補償的概念和在輸入信號作用下誤差全補償條件

　　四、本章的重點和難點

　　1.穩態誤差的定義及計算方法

　　2.靜態誤差系數的定義及與系統誤差的概念

　　3.減小系統誤差的分析方法

　　第7章 控制系統的綜合與校正

　　一、學習目的與要求

　　通過本章學習，明確在預先規定了系統性能指標情況下，如何選擇適當的校正環節和參數，使系統滿足這些要求，因此，需掌握系統的時域性能指標、頻域性能指標以及它們之間的相互關系，以及各種校正方法的實現。

　　二、課程內容

　　(一)系統的性能指標

　　1.時域性能指標

　　2.開環頻域指標

　　3.閉環頻域指標

　　4.綜合性能指標(誤差準則)

　　(二)系統的校正概述

　　1.校正的含義

　　2.校正的方法

　　(三)串聯校正

　　1.超前校正

　　2.滯后校正

　　3.滯后-超前校正

　　4.PID調節器

　　(1)比例控制器(P調節)

　　(2)積分控制器(I調節)

　　(3)微分控制器(D調節)

　　(4)比例-積分-微分控制器(PID調節)

　　(四)反饋校正

　　1.利用反饋校正改變局部結構和參數

　　2.速度反饋和加速度反饋

　　(五)用頻率法對控制系統進行綜合與校正

　　1.典型系統的希望對數頻率特性

　　(1)二階最優模型

　　(2)高階最優模型

　　2.希望對數頻率特性與系統性能指標的關系

　　3.用希望對數頻率特性進行校正裝置的設計

　　(六)典型控制系統舉例

　　1.直流電動機調速系統

　　(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(跨導功率放大器)的分析與設計

　　2.電壓-位置隨動系統

　　*(七)確定PID參數的其他方法

　　*(八)MATLAB在系統綜合校正中的應用

　　三、考核知識點與考核要求

　　(一)掌握控制系統性能指標及校正方法

　　1.系統性能指標的分類

　　2.系統瞬態性能指標的含義及通常采用的指標

　　3.穩態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

　　5.二階系統頻域性能指標與時域性能指標間的關系

　　6.頻率特性曲線中，不同頻率段的特性與系統性能的關系

　　7.校正的目的及方式

　　(二)掌握控制系統的串聯校正

　　1.相位超前校正的特點及實現方法

　　2.相位滯后校正的特點及實現方法

　　3.領會相位滯后-超前校正的特點及實現方法

　　4.PID校正的特點及實現方法

　　(三)掌握控制系統的反饋校正

　　1.利用反饋校正改變局部結構和參數

　　2.速度反饋和加速度反饋的特點及實現方法

　　四、本章的重點和難點

　　1.系統校正的意義

　　2.串聯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 控制系統的非線性問題

　　*第10章 計算機控制系統

　　*第11章 基于LabVIEW的控制系統動態仿真演示軟件

　　Ⅳ 關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專業自學考試計劃的要求，結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定。

　　課程自學考試大綱明確了課程學習的內容以及深廣度，規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，是社會助學組織進行自學輔導的依據，是自學者學習教材、掌握課程內容知識范圍和程度的依據，也是進行自學考試命題的依據。

　　二、課程自學考試大綱與教材的關系

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

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

　　三、關于自學教材

　　《控制工程基礎(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專業考試計劃和專業培養目標而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內容，以及對基本內容掌握的程度。基本要求中的知識點構成了課程內容的主體部分。因此，課程基本內容掌握程度、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，在章節的基本要求中一般也指明了章節內容的重點和難點。

　　本課程共4學分。

　　五、應考指導

　　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。為了在考試中作出滿意的回答，你必須對所學課程內容有很好的理解。使用“行動計劃表”來監控你的學習進展。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域;黃色代表可以運用在工作之中。可以在空白處記錄相關網站，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容打分。回答所提出的問題。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.社會助學者應根據本大綱規定的考試內容和考核目標，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系。課程內容有重點與一般之分，但考試內容是全面的，而且重點與一般是相互影響的，社會助學者應指導自學應考者全面系統地學習教材，掌握全部考核內容和考核知識點，并在此基礎上突出重點。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分別提出自學或助學的基本學時建議和要求(如在章節后面已有，這里也可不再闡述)，在助學活動中應注意的問題。要強調注意正確引導、把握好助學方向，正確處理學習知識和提高能力的關系。

　　七、對考核內容的說明

　　本課程要求考生學習和掌握的知識點內容都作為考核的內容。課程中各章的內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定的考試內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、關于考試命題的若干規定

　　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，應做出明確具體的規定。

　　2.本大綱各章所規定的基本要求、知識點及知識點下的知識細目，都屬于考核的內容。考試命題既要覆蓋到章，又要避免面面俱到。要注意突出課程的重點、章節重點，加大重點內容的覆蓋度。

　　3.命題不應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定的相應的最高能力層次要求。命題應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比例大致為：領會占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這個問題，應告誡考生切勿混淆。

　　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定。

　　附錄 題型舉例

　　一、填空題

　　穩態誤差的大小與系統的開環增益

　　二、選擇題(四個備選答案只有一個正確，將其選出，并填入題內括號中)

　　開環控制系統的控制信號取決于( )

　　A.輸入信號與反饋信號之差 B. 系統的輸出信號

　　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?作為串聯控制器使用時所適用的對象?

　　四、圖解題

　　試通過結構圖的等效變換求題圖中傳遞函數。

　　五、綜合計算題

　　已知開環傳遞函數為，試求系統具有增益裕量h=20(dB)時的K值。