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目 錄

一、課程性質與設置目的的要求

二、課程內容與考核目標

第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第二章 線性連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學模型

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第三章 控制系統(tǒng)的時域分析法

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第四章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第五章 控制系統(tǒng)的頻率特性分析法

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第六章 頻率法校正

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第七章 非線性系統(tǒng)分析

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

第八章 線性離散控制系統(tǒng)的分析與綜合

一、學習目的與要求

二、考試內容

三、考核知識點

四、考核要求

三、關于大綱的說明與考核實施要求

附錄：題型舉例

一 課程性質與設置目的要求

自動控制原理課程是自動化專業(yè)的基礎課程，該課程研究的主要是線性定常系統(tǒng)，研究的中心問題是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和控制精度。

該課程緊密圍繞自動控制系統(tǒng)的基本理論與應用，介紹控制系統(tǒng)的物理概念和分析設計方法，是一門理論性和實用性較強的課程。通過本課程的學習，要求學生掌握自動控制的基本概念；對自動控制系統(tǒng)的基本工作原理、數(shù)學模型有明確的了解；熟練掌握自動控制系統(tǒng)的分析方法，包括時域法、頻域法和根軌跡法；能夠根據(jù)對系統(tǒng)提出的性能指標要求進行系統(tǒng)綜合與校正，滿足生產的需求。因此學習和應用自動控制原理的基本分析方法對于從事自動化工作的技術人員是必不可少的。

本課程的重點（或難點）章為：第二章、第三章、第四章、第五章、第六章；次重點章為：第七章、第八章；一般章節(jié)為：第一章。

二 課程內容與考核目標

第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念

一、學習目的與要求

了解自動控制理論的學科基礎、研究對象和應用領域。了解自動控制的一般概念，包括負反饋控制原理、自動控制系統(tǒng)的基本控制方式、控制系統(tǒng)的組成、分類以及對控制系統(tǒng)的基本要求。

二、考試內容

自動控制理論的學科基礎、研究對象和應用領域。自動控制的一般概念，包括負反饋控制原理、自動控制系統(tǒng)的基本控制方式、控制系統(tǒng)的組成、分類以及對控制系統(tǒng)的基本要求。

三、考核知識點

自動控制的一般概念，包括負反饋控制原理、自動控制系統(tǒng)的基本控制方式、控制系統(tǒng)的組成、分類以及對控制系統(tǒng)的基本要求。

四、考核要求

識記：自控控制理論的發(fā)展狀況。

領會：自動控制系統(tǒng)的兩種控制方式。

自動控制的基本原理。

自動控制系統(tǒng)的常見分類方法及分類。

簡單應用：評價自動控制系統(tǒng)的性能指標。

第二章 線性系統(tǒng)的數(shù)學模型

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生掌握自動控制系統(tǒng)的三種數(shù)學模型（微分方程、傳遞函數(shù)、結構圖）的建立方法。熟練掌握自動控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取方法。

二、考試內容

傳遞函數(shù)的定義和性質；傳遞函數(shù)與微分方程間的關系；系統(tǒng)動態(tài)結構圖及其等效變換。RL，RC或RLC網絡及簡單電機拖動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的微分方程列寫方法。傳遞函數(shù)概念，傳遞函數(shù)定義及性質，由系統(tǒng)微分方程求傳遞函數(shù)方法，復阻抗法求給定R、L、C一階或二階網絡的傳遞函數(shù)?？刂葡到y(tǒng)的幾種常用傳遞函數(shù)。

三、考核知識點

1、掌握RL，RC或RLC網絡及簡單電機拖動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的微分方程列寫方法。

2、掌握理解傳遞函數(shù)定義及性質、系統(tǒng)微分方程求傳遞函數(shù)方法。

3、理解閉環(huán)控制系統(tǒng)典型結構框圖，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。

4、非線性環(huán)節(jié)的線性化方法。

四、考核要求

識記：結構圖的組成，控制系統(tǒng)的幾類典型的環(huán)節(jié)

幾種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

系統(tǒng)的幾種常用傳遞函數(shù)

領會：RL，RC或RLC網絡及簡單電機拖動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的微分方程列寫方法。

結構圖及等效變換原則，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)

簡單應用：由系統(tǒng)微分方程求傳遞函數(shù)。會求給定R、L、C一階或二階網絡的傳遞函數(shù)。

綜合應用：能應用動態(tài)結構圖及其等效變換熟練求取輸入或干擾作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。

第三章 控制系統(tǒng)的時域分析法

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生理解系統(tǒng)對典型輸入信號的響應，會求一階、二階系統(tǒng)單位階躍響應并據(jù)此分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性概念及穩(wěn)定判據(jù)，會求0型、Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

二、考試內容

典型輸入信號的概念；一階系統(tǒng)的時域響應；二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)，二階系統(tǒng)的階躍響應；應用二階系統(tǒng)的知識計算系統(tǒng)參數(shù)和性能指標。高階系統(tǒng)的時域響應分析方法主導極點的作用；穩(wěn)定性概念；系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件，勞斯穩(wěn)定判；穩(wěn)態(tài)誤差的定義；線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算；靜態(tài)誤差系數(shù)與系統(tǒng)類型的關系；

三、考核知識點

（1）一階系統(tǒng)的時域響應：單位階躍響應、單位斜坡響應、單位脈沖響應。

（2）二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式；了系統(tǒng)阻尼比，系統(tǒng)無阻尼自然頻率；二階系統(tǒng)的響應：包括欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼三種情況；二階系統(tǒng)的階躍響應（欠阻尼情況下）的性能指標：上升時間、峰值時間、超調量、調整時間、穩(wěn)態(tài)誤差（包括單位階躍作用和單位斜坡作用）

（3）高階統(tǒng)的時域響應分析方法，主導極點的作用。

（4）穩(wěn)定的概念；掌握系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。勞斯穩(wěn)定判據(jù)；綜合應用勞斯穩(wěn)定判據(jù)求解系統(tǒng)參數(shù)。

（5）穩(wěn)態(tài)誤差的定義；穩(wěn)態(tài)誤差的計算；靜態(tài)誤差系數(shù)與系統(tǒng)類型的關系。

四、考核要求

識記：常用的輸入信號及時域性能指標。

一階系統(tǒng)的微分方程、動態(tài)結構圖及閉環(huán)傳函。

二階系統(tǒng)傳函的標準形式。

穩(wěn)定性的基本概念，穩(wěn)態(tài)誤差的定義。

領會：一階系統(tǒng)的單位階躍響應h(t)及性能指標。

二階系統(tǒng)單位階躍響應及系統(tǒng)參數(shù)對動態(tài)響應的影響。

終值定理、誤差傳函、靜態(tài)誤差系數(shù)。

簡單應用：會用拉氏反變換法求二階系統(tǒng)的單位階躍響應，會求二階系統(tǒng)性能指標。

綜合應用：穩(wěn)定性與閉環(huán)系統(tǒng)特征根的關系，勞斯穩(wěn)定判據(jù)。

會用勞斯穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，綜合應用勞斯穩(wěn)定判據(jù)求解系統(tǒng)參數(shù)，穩(wěn)態(tài)誤差的求解。

第四章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法

一、學習目的與要求

通過本章的學習，使學生掌握根軌跡繪制的一般法則，熟練繪制較簡單系統(tǒng)的根軌跡，能運用根軌跡定性分析系統(tǒng)的性能。

二、考試內容

根軌跡的基本概念，繪制基本條件和基本規(guī)則；應用根軌跡對控制系統(tǒng)性能進行分析與計算。

三、考核知識點

（1）根軌跡繪制的基本法則，會用這些法則繪制簡單的系統(tǒng)的根軌跡。

（2）分析參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響。

四、考核要求

識記：根軌跡的基本概念。

掌握根軌跡的模值條件和相角條件。

領會：繪制根軌跡的基本規(guī)則：對稱性，分支數(shù)，起點和終點，實軸上的根軌跡，漸近線（傾角和與實軸的交點），分離點和會合點，出射角和入射角，與虛軸的交點，根之和根之積。

簡單應用：應用上述基本規(guī)則繪制控制系統(tǒng)的根軌跡。

綜合應用：用根軌跡法確定系統(tǒng)的有關參數(shù)等。

第五章 控制系統(tǒng)的頻率特性分析法

一、學習目的與要求

通過本章的學習，使學生了解系統(tǒng)頻率特性的基本概念，學會繪制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性（包括復平面內的頻率特性和對數(shù)幅相頻率特性），掌握運用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能及動態(tài)過程的方法。

二、考試內容

線性控制系統(tǒng)頻率特性的基本概念和主要表示方法，典型環(huán)節(jié)的頻率特性，討論奈氏穩(wěn)定判據(jù)的原理和應用，控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性概念，以及相位裕度、幅值裕度的分析和計算方法；用頻域法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其它特性；利用頻域指標估算系統(tǒng)時域指標的基本方法等

三、考核知識點

（1）頻率特性的基本概念。

（2）對數(shù)坐標圖的組成（幅頻圖和相頻圖）。

（3）典型環(huán)節(jié)的頻率特性。

（4）用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能。

（5）頻域法分析閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、考核要求

識記：頻率特性的概念及其與傳遞函數(shù)的關系。

典型環(huán)節(jié)的頻率特性。

開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)性能的關系。

領會：正確繪制開環(huán)系統(tǒng)的幅相頻率特性（乃奎斯特圖）和對數(shù)幅頻、相頻特性（伯德圖）。

簡單應用：幅角原理和乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)及對數(shù)頻率穩(wěn)定性判據(jù)。

綜合應用：熟練掌握乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)，應用上述穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第六章 頻率法校正

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生了解系統(tǒng)校正的基本方法，理解各種校正方法的基本原理。

二、考試內容

在介紹系統(tǒng)校正基本概念的基礎上，給出控制系統(tǒng)中的幾種校正方法：串聯(lián)校正、反饋校正；常用校正網絡的頻率特性及其作用；重點討論頻率響應法串聯(lián)校正的設計原理和設計方法，并介紹反饋校正原理和特點。

三、考核知識點

（1）控制系統(tǒng)校正的意義及常用的校正方法。

（2）超前校正裝置的電路，傳遞函數(shù)及頻率特性；基于頻率響應法的超前校正方法及其一般步驟。

（3）滯后校正裝置的電路，傳遞函數(shù)及頻率特性；基于頻率響應法的滯后校正方法及其一般步驟。

（4）滯后----超前校正的目的、校正裝置的電路、傳遞函數(shù)及頻率特性；基于頻率響應法的滯后----超前校正方法及其一般步驟。

（5）反饋校正的原理和特點。

（6）PID控制器

四、考核要求

識記：校正的概念，常用的校正方式有兩種（串聯(lián)校正和反饋校正）。

領會：串聯(lián)超前校正、串聯(lián)滯后校正、串聯(lián)滯后—超前校正、期望串聯(lián)校正的原理。

簡單應用：對數(shù)幅頻特性的形狀對系統(tǒng)性能指標的影響。

綜合應用：PID控制器的應用。

第七章 非線性系統(tǒng)分析

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生了解非線性控制系統(tǒng)的基本分析方法。理解非線性控制系統(tǒng)的主要特性，非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系，掌握性系統(tǒng)的描述函數(shù)法的基本概念以及應用。

二、考試內容

典型的非線性特性，描述函數(shù)法，用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)，相平面法，非線性系統(tǒng)的相平面分析。

三、考核知識點

（1）典型的非線性特性。

（2）非線性系統(tǒng)的特點。

（3）描述函數(shù)的基本概念。

（4）用描述函數(shù)分析非線性控制系統(tǒng)。

四、考核要求

識記：典型的非線性特性：飽和特性、間隙特性、死區(qū)特性、繼電器特性。

非線性系統(tǒng)的特點。

描述函數(shù)的基本概念。

常見典型非線性特性的描述函數(shù)。

領會：用描述函數(shù)分析非線性控制系統(tǒng)。

第八章 線性離散控制系統(tǒng)的分析與綜合

一、學習目的與要求

通過本章的學習使學生了解離散系統(tǒng)的基本概念，采樣系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系；理解控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，脈沖傳遞函數(shù)的定義和求法；理解系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差及動態(tài)性能的分析方法。

二、考試內容

離散控制系統(tǒng)的特點； 信號的采樣過程；采樣定理；零階保持器；Z變換的定義；Z變換的基本性質；Z反變換的方法；離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義； 差分的定義和差分方程；離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。

三、考核知識點

（1）離散控制系統(tǒng)的特點。

（2）信號的采樣過程；采樣定理；零階保持器。

（3）Z變換的定義； Z反變換的概念；掌握常用的Z反變換方法。

（4）離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義。

四、考核要求

識記：常用函數(shù)的Z變換；掌握Z變換的基本性質。

信號的采樣過程；掌握采樣定理；掌握零階保持器。

領會：常用的Z 變換方法：級數(shù)求和法、部分分式法。

常用的Z反變換方法：長除法、部分分式法、反演公式。

離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的定義。

三、 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(jù)專業(yè)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(guī)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(guī)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(jù)，是社會助學組織進行自學輔導的依據(jù)，是自學者學習教材、掌握課程內容知識范圍和程度的依據(jù)，也是進行自學考試命題的依據(jù)。

本大綱第一部分關于課程性質與設置目的規(guī)定，是制訂第二部分關于考試內容與考核目標的基本出發(fā)點，而考試內容與考核目標則是本大綱的主體部分。

（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(jù)，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(guī)定的課程知識和內容的擴展與發(fā)揮。

大綱與教材所體現(xiàn)的課程內容基本一致；大綱里面的課程內容和考核知識點，教材里都有。而教材里有的內容，大綱里不一定體現(xiàn)。（注：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，以大綱規(guī)定為準。）

（三）關于自學教材

指定教材：《自動控制原理》（第3版），孫炳達等主編，機械工業(yè)出版社， 2011年7月第3版。

（四）關于自學要求和自學方法的指導

自學要求

本大綱的課程基本要求是依據(jù)專業(yè)考試計劃和專業(yè)培養(yǎng)目標而確定的。課程基本要求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，在各章的基本要求中也指明了各章內容的重點和難點。

自學方法的指導

自學考試主要是通過個人自學、教師輔導、社會助學和國家考試來考核應考者掌握專業(yè)知識和能力的方法。應考者應根據(jù)自己的特點，找出適合自己的學習方法，此外，應考者在自學時尚需注意以下幾個問題。

1）依據(jù)本大綱，學習好本課程

本大綱是本課程考試命題、教師輔導、自學成才和社會助學的依據(jù)，應考者應根據(jù)本大綱規(guī)定的要求和范圍，認真地系統(tǒng)地學習好指定的教材。

2）正確處理好全面和重點的關系

一方面要在全面系統(tǒng)學習的基礎上掌握重點內容、切忌猜題、押題。只有通過全面系統(tǒng)的學習，才能發(fā)現(xiàn)重點、理解重點和掌握重點。否則，若孤立地去猜重點、背重點，不了解重點的來龍去脈，就不可能取得好的學習效果，應考者不可能取得好成績。另一方面要上好輔導課，課后要認真復習，只有這樣才能把基本概念、基礎知識記憶好理解透。

3）正確處理好識記與理解的關系，要在理解基礎上加深記憶

欲學習好本課程，必須對其基本內容（包括基本概念、公式、方法、原理及應用等）應能深刻記憶，但應避免死背硬套方法，欲記得牢、記得深刻，必須在深入理解其內容的基礎上，才能達到目的，才能將所學內容應用于實踐中。

4）正確處理好理論與實際、學習與應用的關系。

本課程的內容十分豐富，涉及面及知識面廣泛，該課程首先介紹自動控制系統(tǒng)的基本工作原理、數(shù)學模型；然后給出了自動控制系統(tǒng)的分析方法，包括時域法、頻域法和根軌跡法；進一步對系統(tǒng)提出的性能指標要求進行系統(tǒng)綜合與校正，內容由淺入深，從理論到應用，逐步將所學到的理論和技能應用到實踐中去，進一步加深對所學理論的理解，理論聯(lián)系實際是學習好本課程的唯一學習方法。

（五）對社會助學的要求

在助學活動中應注意正確引導、把握好助學方向，正確處理學習知識和提高能力的關系。建議學時如下：

第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念 2

第二章 線性連續(xù)數(shù)學模型 10

第三章 控制系統(tǒng)的時域分析法 10

第四章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法 6

第五章 控制系統(tǒng)的頻率特性分析法 12

第六章 頻率法校正 10

第七章 非線性系統(tǒng)分析 10

第八章 線性離散控制系統(tǒng)的分析與綜合 8

（六）對考核內容和考核目標的說明

（1）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(guī)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四個認知（或叫能力）層次確定其考核要求。

（2）四個能力層次從低到高依次是：識記；領會；簡單應用；綜合應用。

識記：能正確認識和表述科學事實、原理、術語和規(guī)律，知道該課程的基礎知識，并能進行正確的選擇和判斷。

領會：能將所學知識加以解釋、歸納，能領悟某一概念或原理與其他概念或原理之間的聯(lián)系，理解其引申意義，并能做出正確的表述和解釋。

簡單應用：能用所學的概念、原理、方法正確分析和解決較簡單問題，具有分析和解決一般問題的能力。

綜合應用：能靈活運用所學過的知識，分析和解決比較復雜的問題，具有一定解決實際問題的能力。

（七）關于考試命題的若干規(guī)定

本課程的命題考試，應根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內容和考核目標來確定考試范圍和考核要求，按大綱規(guī)定試題中主觀性題和客觀性題的比例來組配試卷，適當掌握試題的內容覆蓋面、能力層次和難易度。

1）本課程考試方法采用閉卷、筆試，考試時間為150分鐘；評分采用100分制，60分為及格線。

2）本課程的考試題型：一般采用填空題、單項選擇題、簡答題、數(shù)據(jù)庫設計題、綜合分析題。

3）試題中主觀性試題占40～50％，客觀性試題占50～60％。主觀性試題是指正確答案可用多種方式表達。

4）試題分為較易、中等難易、較難(偏難)、難度較大四個層次，其比例大致為2:3:3:2。

5）試卷中識記占20％；領會占30％；簡單應用占30％；綜合應用占20％。必須指出試題的難易程度與認識能力的層次又是一個概念，在各認識能力層次中都會存在不同難度的問題，在各難易程度的級別中，同樣會包含有不同認識能力層次，切勿混淆。

6）試題量應以中等水平的應考者能在規(guī)定時間內答完全部試題為度。

[附錄] 題型舉例

一、選擇題

如：

二階系統(tǒng)在欠阻尼時的單位階躍響應中，其峰值時間tP 是 。

Ａ．ωd Ｂ．π—ωd Ｃ．π／ωd Ｄ．ωd/π

二、填空題

如：

控制系統(tǒng)的性能一般從 、響應速度、穩(wěn)態(tài)精度三個方面來評價。

三、簡答題

如：

已知某系統(tǒng)的特征方程為：S3 + 21S2 + 10S + 10 = 0

試判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、繪圖題

如：

已知控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G ( s )H ( s ) = ，

繪制系統(tǒng)的根軌跡圖。

五、綜合題

如：

某單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G ( s ) = ，

1．求系統(tǒng)產生持續(xù)等幅振蕩時的K值和振蕩頻率；

2．確定系統(tǒng)呈阻尼振蕩瞬態(tài)響應的K值范圍。

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