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课程介绍

自动控制理论全套教学视频

本课程是自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程、测控技术与仪器等工科专业的核心技术基础课，是连接数学、电路、力学等基础课与工业控制、智能系统等专业课的关键桥梁。课程以经典控制理论为核心，兼顾现代控制理论基础，系统讲授自动控制的基本概念、数学建模、分析方法和设计思路，注重理论与工程实际结合，培养学生对控制系统的建模、分析、调试能力，为后续从事工业控制、智能装备、机器人等领域的学习和工作筑牢理论与实践基础。

一、课程核心定位与教学目标

课程定位：工科控制类专业必修核心课，是掌握各类自动控制系统设计、调试、优化的入门与核心课程，适配工业自动化、智能控制、机电一体化等多领域的知识需求。
教学目标
- 理解自动控制的基本概念、分类及控制系统的组成结构，建立控制思维；
- 掌握控制系统的数学建模方法，能熟练建立线性定常系统的微分方程、传递函数、方框图等数学模型；
- 掌握经典控制理论的三大分析方法（时域分析、根轨迹分析、频域分析），能对系统的稳定性、动态性能、稳态性能进行定量和定性分析；
- 掌握基本的控制系统校正与设计方法，能根据性能指标设计简单的校正装置，改善系统性能；
- 具备运用仿真工具（Matlab/Simulink）分析和设计控制系统的能力，结合工程案例培养解决实际控制问题的能力。

二、课程核心教学内容

课程内容以线性定常连续系统为主要研究对象，兼顾离散系统基础，分基础概念、数学建模、系统分析、系统校正、拓展应用五大模块，层层递进、体系化讲解，具体核心知识点如下：

基础概念模块：自动控制的定义、分类（开环 / 闭环控制、恒值 / 随动控制、线性 / 非线性控制）；闭环控制系统的基本组成（被控对象、控制器、检测元件、执行机构、比较环节）；对控制系统的基本性能要求（稳定性、动态性能、稳态性能）。
数学建模模块：线性定常系统的微分方程建立；传递函数的定义、性质及典型环节的传递函数；控制系统方框图的绘制、等效变换与化简；信号流图与梅森公式；典型被控对象（机电、电气、热力系统）的建模实例。
时域分析模块：典型输入信号（阶跃、斜坡、脉冲、正弦信号）；一阶 / 二阶线性定常系统的时域响应分析，动态性能指标（超调量、调节时间、上升时间）与稳态性能指标（稳态误差）的计算；高阶系统的时域近似分析；劳斯稳定判据及系统稳定性判定；稳态误差的计算与减小方法。
根轨迹分析模块：根轨迹的基本概念、绘制规则（常规根轨迹、参数根轨迹）；利用根轨迹分析系统参数变化对闭环极点分布的影响；通过根轨迹分析系统的稳定性、动态性能，确定合理的参数范围。
频域分析模块：频率特性的定义、几何表示（幅相频率特性、对数频率特性 / 伯德图）；典型环节的频率特性及系统开环频率特性的绘制；奈奎斯特稳定判据、对数稳定判据；频域性能指标（相位裕量、增益裕量、截止频率）；利用频域分析系统的稳定性和动态 / 稳态性能。
系统校正模块：系统校正的基本概念、校正方式（串联校正、反馈校正、复合校正）；常用校正装置（超前、滞后、滞后 - 超前校正）的特性与设计；基于根轨迹法和频域法的校正装置设计步骤，满足系统性能指标要求。
拓展模块：离散控制系统基础（采样定理、z 变换、离散系统的数学模型、稳定性分析）；非线性控制系统简介（相平面法、描述函数法）；现代控制理论基础（状态空间模型、能控性 / 能观性判定）；Matlab/Simulink 在控制系统建模、分析、仿真中的实操应用。