-
绪章绪论
介绍自动控制理论课程的性质、主要学习内容等。
-
●0.1前言
介绍自动控制理论的性质、主要内容等。
-
第一章自动控制的一般概念
介绍自动控制的基本概念，包括反馈控制、反馈控制的组成结构、反馈控制的基本原理等。通过实例介绍与分析加深对这些基本概念的理解和认识。
-
●1.1自动控制的基本原理与方式
介绍自动控技术的应用情况及自动控控制技术与自动控制科学之间的关系。讲述自动控制的发展历史。
-
●1.2自动控制系统示例
介绍几种典型的基于反馈控制的自动控制系统，通过实例分析加深对自动控制系统一般概念的认识。
-
●1.3自动控制系统的分类
介绍自动控制系统按照不同的分类标准进行的几种分类。
-
●1.4对自动控制系统的基本要求
介绍自动控制系统的三个基本要求的提法，包括稳定性、快速性与准确性。
-
第二章控制系统的数学模型
介绍控制系统的时域数学模型（高阶微分方程）、复数域数学模型（传递函数）与控制系统的图形数学模型（结构图与信号流图）几种模型，以及模型之间的转化与求解。
-
●2.1控制系统的时域数学模型
介绍控制系统的时域数学模型——微分方程。首先建立构成控制系统的元器件的微分方程，进一步建立控制系统的微分方程；同时介绍线性定常微分方程的求解方法。
-
●2.2控制系统的复数域数学模型
介绍控制系统的复数域数学模型——传递函数。讲述传递函数的性质与典型元部件的传递函数的建立。
-
●2.3控制系统的结构图与信号流图
介绍控制系统的图形数学模型——结构图与信号流图。讲述两种图形数学模型的建立与化简方法，以及两者之间的联系。重点介绍利用梅森增益公式化简复杂的结构图或信号流图的方法。
-
●2.4控制系统建模实例
案例教学一：直流电动机双闭环调速系统建模
-
第三章线性系统的时域分析法
介绍线性系统的时域分析方法。主要包括系统的时间域性能指标在稳定性、快速性、准确性上的提法。重点介绍控制系统的稳定性概念与劳斯稳定性判据以及稳态误差的计算。进而对一阶系统与二阶系统在时域中进行详细分析介绍。
-
●3.1系统时间响应的性能指标
主要介绍系统的时域性能指标，包括调节时间、超调量、过渡时间等概念。
-
●3.2线性定常系统的稳定性
主要介绍线性定常系统的稳定性的概念与判断稳定性的方法（劳斯稳定性判据），利用判断稳定性的方法确定系统参数对稳定性的影响以及相对稳定性的概念。
-
●3.3线性系统的稳态误差
介绍线性系统的稳态误差的定义以及稳态误差的几种求解方法。重点介绍静态误差系数法求解系统在典型输入信号作用下的稳态误差。
-
●3.4一阶系统的时域分析
介绍一阶系统的分析方法及响应性能指标，包括一阶系统的单位阶跃响应、单位斜坡响应等。
-
●3.5二阶系统的时域分析
介绍一阶系统的分析方法及响应性能指标，包括一阶系统的单位阶跃响应、单位斜坡响应等。重点介绍欠阻尼二阶系统的分析方法。
-
●3.6控制系统时域设计
案例教学二：机器人手爪控制系统设计 案例教学三：磁盘驱动读取系统设计
-
第四章线性系统的根轨迹法
介绍根轨迹的基本概念、根轨迹的绘制方法，广义根轨迹的绘制方法，以及用根轨迹分析系统性能。
-
●4.1根轨迹的基本概念
介绍根轨迹的由来，根轨迹的概念与绘制根轨迹的两个基本条件（相角条件与幅值条件）。
-
●4.2根轨迹绘制与应用
详细介绍绘制180度根轨迹的8条基本规则。包括根轨迹的起始点、条数、实轴上的根轨迹、分离点与汇合点、分离角与汇合角、渐近线、入射角与出射角等。
-
●4.3广义根轨迹
介绍两种广义根轨迹（0度根轨迹与参数根轨迹的绘制规则）
-
●4.4系统性能的分析
介绍利用根轨迹分析系统性能的方法。
-
●4.5控制系统复域设计
案例教学四：轧钢机控制系统设计
-
第五章线性系统的频域分析法
介绍控制系统的频域分析方法。包括线性系统的频率特性定义与图形表示方法。典型环节的频率特性的绘制方法与开环系统的频率特性的绘制方法。从频率特性上判断系统稳定性的方法（奈奎斯特稳定性判据与伯德图上判断稳定性）。进一步介绍稳定裕度的概念，包括幅值裕度与相角裕度。最后介绍闭环系统的频域性能指标及其与开环系统性能指标的关系。
-
●5.1频率特性
介绍频率特性的基本概念，尤其是相角特性与幅频特性。重点介绍频率特性几何表示中的伯德图与奈奎斯特图。
-
●5.2典型环节与开环系统的频率特性
介绍典型环节（积分、比例、惯性等）的频率特性的求取以及图形表示方法。对非最小相位系统的频率特性也进行了阐述。重点介绍了系统开环频率特性(伯德图与奈奎斯特图），以及如何利用系统辨识的方法建立系统的传递函数。
-
●5.3频率域稳定判据
介绍频率域中判断系统稳定性的方法——奈奎斯特稳定性判据的由来与应用。以及通过内在对应，建立伯德图上进行稳定性判断的方法。
-
●5.4稳定裕度
介绍频率域中相对稳定的概念与稳定裕度，包括幅值裕度与相角裕度。并通过例题强化对概念与方法的理解与掌握。
-
●5.5闭环系统的频域性能指标
介绍系统的闭环频域性能指标，包括带宽、谐振频率等。建立了系统开环频率性能指标与闭环频率性能指标之间的关系，便于后续控制器设计使用。
-
●5.6控制系统频域设计
案例教学五：雕刻机控制系统设计 案例教学六：磁盘驱动读取系统设计(续)
-
第六章线性系统的校正方法
介绍线性系统的校正问题的提法；常用校正装置的数学模型及其特性；进一步介绍利用无源网络进行串联超前、串联滞后与串联滞后超前校正方法。对反馈校正与复合校正进行了简要阐述。最后重点介绍PID控制规律。
-
●6.1系统的设计与校正问题
介绍系统设计与校正问题的提法。设计与校正问题主要解决的问题。
-
●6.2常用校正装置及其特性
介绍常用无源网络与有源网络校正装置与其数学模型的建立，揭示校正网络的特性便于后续进行系统校正使用。
-
●6.3串联校正
重点介绍串联校正中常用的串联超前校正、串联滞后校正方法，简要介绍串联滞后超前校正方法。
-
●6.4反馈校正
介绍在控制系统反馈环节进行校正网络设计的方法。
-
●6.5复合校正
介绍前馈、反馈等环节加入开环或者闭环校正网络的方法，即复合校正。
-
●6.6基本控制规律 PID控制器
介绍经典控制中最重要的最基本的控制规律PID控制规律。详细介绍每种控制规律对系统性能改善所起到的作用。
-
●6.7控制系统校正设计
案例教学七：使用SISOTOOL工具箱校正系统 案例教学八：连续PID控制器设计 案例教学九：旋翼飞行器的建模与控制设计
-
第七章线性离散系统的分析与校正
介绍线性离散系统的分析与校正方法。包括离散系统的基本概念；信号采样与保持的过程及其对应的Z变换理论；重点介绍了离散系统的数学模型差分方程与脉冲传递函数的建立方法，尤其是闭环系统脉冲传递函数的建立方法；对离散系统的稳定性与稳态误差的求取进行了介绍；最后简要介绍了离散系统的动态性能分析方法与数字控制器设计的方法。
-
●7.1离散系统的基本概念
介绍离散系统的基本概念，与连续系统的不同。
-
●7.2信号的采样和保持
介绍离散系统中特有的信号采样与保持，以及采样与保持的基本数学模型。
-
●7.3Z变换理论
介绍分析离散系统的基本工具——Z变换理论。
-
●7.4离散系统的数学模型
介绍离散系统的数学模型——差分方程与脉冲传递函数。重点介绍带有零阶保持器系统的开环脉冲传递函数与闭环脉冲传递函数的求法。
-
●7.5离散系统的稳定性与稳态误差
介绍离散系统的稳定性的概念与判断方法，以及稳态误差的求解方法。
-
●7.6离散系统的动态性能分析
介绍离散系统的动态性能指标与分析方法。
-
●7.7离散系统的数字校正
简要介绍离散系统的数字校正方法，包括基于连续域理论的间接控制器设计方法与离散域中的直接控制器设计方法（最少拍等）。
-
●7.8离散控制系统设计
数字PID控制器设计
-
第八章非线性控制系统分析
介绍非线性系统分析与设计方法。首先对非线性系统进行基本概述，以及非线性环节对系统性能的影响。进一步介绍处理某些非线性问题的两种方法——相平面法与描述函数法。
-
●8.1非线性控制系统概述
介绍常见非线性特性，非线性对系统性能的影响等。
-
●8.2常见非线性特性及其对系统运动的影响
介绍常见非线性的数学描述及其对系统性能产生的影响。
-
●8.3相平面法
介绍二阶非线性系统分析中常用的相平面法，主要用来分析系统的稳定性与稳态误差。
-
●8.4描述函数法
介绍从线性系统频率域分析发展而来的非线性系统的描述函数法，介绍该类方法对极限环的存在的判断以及极限环的稳定性判断。
