【正文】 時(shí)1．本章的教學(xué)要求1) 掌握頻率特性的基本概念、性質(zhì)及求取方法；2) 掌握典型環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的頻率特性圖—奈奎斯特(Nyquist)圖的繪制方法；3) 掌握典型環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性圖—波德圖(Bode)圖的繪制方法；4) 使學(xué)生掌握頻率特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定法。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。了解零度根軌跡、參變量根軌跡分析的基本思路。6．作業(yè)：P111 47 48[教案43]1．主要內(nèi)容：1）零度根軌跡、參變量根軌跡。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。了解閉環(huán)零、極點(diǎn)的分布和系統(tǒng)階躍響應(yīng)的定性關(guān)系及系統(tǒng)根軌跡分析的基本思路。6．作業(yè)：書(shū)后P111 41 44[教案42]1．主要內(nèi)容：1） 繪制系統(tǒng)根軌跡基本法則續(xù)。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。重點(diǎn)介紹根軌跡方程，了解開(kāi)環(huán)根軌跡增益Kg（或開(kāi)環(huán)比例系數(shù)K）變化與系統(tǒng)閉環(huán)根軌跡的關(guān)聯(lián)，引出根軌跡的繪制法則。2） 根軌跡方程。（4） 控制系統(tǒng)的根軌跡分析（5） 附加開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響3．本章的教學(xué)安排本章講授6個(gè)學(xué)時(shí)，安排了3個(gè)教案，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)。（2） 根軌跡方程。2. 本章講授的重點(diǎn) 本章講授的重點(diǎn)根軌跡的基本概念、控制系統(tǒng)根軌跡的繪制方法以及根軌跡法在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用。3）掌握0176。會(huì)利用幅值方程求特定的K值。6．作業(yè)：書(shū)后p89 39 ,3107．思考題：結(jié)合實(shí)驗(yàn)利用 Matlab繪制二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，觀查當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線的變化情況。4．注意事項(xiàng)：利用 Matlab進(jìn)行繪圖演示，觀看當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)改變時(shí)，曲線的變化情況，增強(qiáng)同學(xué)的感性認(rèn)識(shí)。并介紹主導(dǎo)極點(diǎn)的概念。比較兩種改善系統(tǒng)性能的途徑優(yōu)缺點(diǎn)、使用時(shí)的注意事項(xiàng)。7．思考題：結(jié)合實(shí)驗(yàn)利用 Matlab繪制一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。 5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件、Matlab繪圖與黑板講授相結(jié)合。根據(jù)二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)公式及各個(gè)特征量的概念，重點(diǎn)介紹欠阻尼情況下二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的具體計(jì)算方法，對(duì)公式做簡(jiǎn)單推導(dǎo)，并通過(guò)例題講解性能指標(biāo)的具體應(yīng)用。2) 時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)的關(guān)系2．講授方法及講授重點(diǎn)：在介紹二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)時(shí)，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)二階系統(tǒng)的性能，最常用的輸入信號(hào)就是單位階躍信號(hào)。6．作業(yè)：書(shū)后p88 習(xí)題35(1)(3),37,38。4．注意事項(xiàng)：在講授本講時(shí)，注意講清穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算方法，強(qiáng)調(diào)會(huì)運(yùn)用穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算表進(jìn)行穩(wěn)態(tài)偏差計(jì)算。重點(diǎn)介紹一階系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)、單位斜坡信號(hào)和單位脈沖信號(hào)作用下系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特點(diǎn)，并對(duì)各自響應(yīng)過(guò)程的性能指標(biāo)和參數(shù)的求取進(jìn)行詳細(xì)介紹和分析。介紹一階系統(tǒng)的典型響應(yīng)、相關(guān)結(jié)論。在講解過(guò)程中，首先介紹穩(wěn)態(tài)誤差及穩(wěn)態(tài)偏差的基本概念，并介紹二者之間的關(guān)系；然后，重點(diǎn)介紹穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法，包括對(duì)于不同系統(tǒng)的位置偏差系數(shù)、速度偏差系數(shù)、加速度偏差系數(shù)以及根據(jù)這些系數(shù)求取穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算方法，并總結(jié)出穩(wěn)態(tài)偏差的計(jì)算表。穩(wěn)態(tài)誤差的大小與很多因素有關(guān)，本節(jié)討論穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號(hào)的關(guān)系。6．作業(yè)：p88 311(1)(3),312[教案33]1．主要內(nèi)容：1）穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差的基本概念；2）偏差傳遞函數(shù)和穩(wěn)態(tài)偏差計(jì)算方法；3）穩(wěn)態(tài)偏差系數(shù)的求取。勞斯（Routh）穩(wěn)定性判據(jù)中勞斯表的排列方法及各種特殊情況的處理；霍爾維茨（Hurwitz）穩(wěn)定性判據(jù)中霍爾維茨行列式的排列方法。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。重點(diǎn)介紹代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)中的勞斯（Routh）穩(wěn)定性判據(jù)和霍爾維茨（Hurwitz）穩(wěn)定性判據(jù)。[教案32]1．主要內(nèi)容：1）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法；2）代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。4．注意事項(xiàng)：在講授本講時(shí)，注意講清楚控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件的推導(dǎo)；5．課時(shí)安排： 2學(xué)時(shí)。在授課過(guò)程中，通過(guò)講解各種形式的例題，使學(xué)生充分理解并熟練掌握。強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件，然后介紹系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、穩(wěn)定的條件及判定方法。[教案31]1．主要內(nèi)容：1）時(shí)域分析法的基本概念、時(shí)間響應(yīng)概念及其組成2）典型輸入信號(hào)1）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念；2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件；2．講授方法及講授重點(diǎn)：本講首先介紹時(shí)域分析的基本概念及其特點(diǎn)，通過(guò)二階系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)過(guò)程曲線來(lái)介紹瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)概念，從而使學(xué)生了解時(shí)間響應(yīng)的含義。3．本章的教學(xué)安排 本章講授10個(gè)學(xué)時(shí)，安排了5個(gè)教案。6） 掌握二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)的分析方法。2） 使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、穩(wěn)定的充分必要條件；3） 使學(xué)生學(xué)會(huì)利用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；4） 掌握穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算。5．一般地講，系統(tǒng)傳遞函數(shù)多是指閉環(huán)系統(tǒng)輸出量對(duì)輸入量的傳遞函數(shù)，但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)傳遞函數(shù)是個(gè)總稱(chēng)，它包括幾種典型傳遞函數(shù)：開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)、在給定和擾動(dòng)作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)及由給定的擾動(dòng)引起的誤差傳遞函數(shù)。通過(guò)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換可求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。因此，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與其它數(shù)學(xué)模型有著密切的關(guān)系。3．一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可以分解為為數(shù)不多的典型環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的基本環(huán)節(jié)有比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)等，熟悉各典型環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)表達(dá)式和響應(yīng)特性骨助于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)。 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是傳遞函數(shù)的一種圖解形式，它能直觀、形象地表示出系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞與變換關(guān)系，有助于對(duì)系統(tǒng)的分析研究。微分方程是描述自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本方法。小結(jié)：1．?dāng)?shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是從理論上進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要依據(jù)。傳遞函數(shù)、方框圖、梅森公式例3．教學(xué)手段：黑板講授，動(dòng)畫(huà)演示。環(huán)節(jié)并聯(lián)后總的傳遞函數(shù)是所有并聯(lián)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的代數(shù)和。3） 組成方框圖的基本符號(hào)有四種，即信號(hào)線、比較點(diǎn)、方框和引出點(diǎn)。傳遞函數(shù)表達(dá)了系統(tǒng)內(nèi)在特性，只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關(guān)，而與輸入量或輸入函數(shù)的形式無(wú)關(guān)。學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)好這些基礎(chǔ)理論，對(duì)下一步深入討論自控理論具體方法至關(guān)重要。6．作業(yè)：書(shū)后P48，297．思考題：書(shū)后P48，28，210[教案26]1．主要內(nèi)容：本講為習(xí)題課。應(yīng)使同學(xué)能靈活運(yùn)用所學(xué)方法，解決各種實(shí)際控制系統(tǒng)求取傳遞函數(shù)問(wèn)題。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。給出反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的概念，推導(dǎo)控制系統(tǒng)在控制輸入量和擾動(dòng)輸入量的分別作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)計(jì)算公式，以及系統(tǒng)在控制輸入量和擾動(dòng)輸入量的同時(shí)作用下的輸出量計(jì)算公式3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。即：回路的傳遞函數(shù)保持不變，前項(xiàng)通道的傳遞函數(shù)保持不變。在講授函數(shù)方框圖變換法則時(shí)，應(yīng)利用黑板進(jìn)行公式推導(dǎo)，首先講清串聯(lián)法則、并聯(lián)法則、反饋法則，與此同時(shí)，由于并聯(lián)法則、反饋法則在應(yīng)用中易混淆，應(yīng)說(shuō)明并聯(lián)法則用于同向環(huán)節(jié)的并聯(lián)運(yùn)算、反饋法則用于回路的反饋運(yùn)算；其次，在講比較點(diǎn)、引出點(diǎn)等效移動(dòng)時(shí)，畫(huà)圖進(jìn)行講解、推導(dǎo)，說(shuō)明等效的含義，注意強(qiáng)調(diào)，兩個(gè)相鄰的比較點(diǎn)可互換位置，兩個(gè)相鄰的引出點(diǎn)也可互換位置，一個(gè)比較點(diǎn)和一個(gè)引出點(diǎn)即使相鄰也不能簡(jiǎn)單地互換位置。另外還介紹反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例。5．課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。在講求取傳遞函數(shù)的方法時(shí)，重點(diǎn)介紹直接計(jì)算法，其它兩種方法以后陸續(xù)介紹。2．講授方法及講授重點(diǎn)：本講首先介紹描述控制系統(tǒng)的又一數(shù)學(xué)模型——傳遞函數(shù)，介紹其基本概念，給出傳遞函數(shù)公式，繪制動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明輸入量、輸出量、傳遞函數(shù)三者之間的關(guān)系。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。4．注意事項(xiàng)：在講授本講時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)說(shuō)明應(yīng)用拉普拉斯變換法求解微分方程的方法。在講解本講過(guò)程中，應(yīng)舉12個(gè)例子說(shuō)明求解微分方程問(wèn)題的方法。2．講授方法及講授重點(diǎn)：本講首先簡(jiǎn)要回顧拉普拉斯(Laplace)變換定義、拉普拉斯反變換、介紹拉氏變換的特點(diǎn)及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹常用函數(shù)的拉普拉斯變換、拉普拉斯變換的基本運(yùn)算定理等基本知識(shí)，強(qiáng)調(diào)本課程只要求記住結(jié)論，推導(dǎo)過(guò)程自己看參考書(shū)。5．課時(shí)安排：1學(xué)時(shí)。3．教學(xué)手段：Powerpoint課件與黑板講授相結(jié)合。2．講授方法及講授重點(diǎn)：本講首先給出數(shù)學(xué)模型定義，說(shuō)明為什么建立數(shù)學(xué)模型；介紹建立數(shù)學(xué)模型的依據(jù)；介紹數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，重點(diǎn)說(shuō)明相似系統(tǒng)的概念、模擬的概念，由此引出今后研究控制系統(tǒng)問(wèn)題都是在典型數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的；介紹數(shù)學(xué)模型種類(lèi)，說(shuō)明本課程主要介紹微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性形式數(shù)學(xué)模型。3．本章的教學(xué)安排 本課程講授9個(gè)學(xué)時(shí)，安排了5個(gè)教案。 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 9學(xué)時(shí)1．本章的教學(xué)要求1）使學(xué)生了解控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的方法和步驟；2）使學(xué)生掌握傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及傳遞函數(shù)的