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理论类课程大纲
课程名称:自动控制原理
一、课程概况
所属专业: 自动化 开课单位： 物理与电子信息学院
课程类型: 专业基础课程 课程代码: 0845250
开课学期: 5 学分： 4.5
学时： 64 核心课程: 是
拟使用教材：
胡寿松. 自动控制原理. 科学技术出版社. 2013
国内(外)现有教材：
1．吴麒主编. 自动控制原理.清华大学出版社
2．李友善主编. 自动控制原理. 国防工业出版社
3．戴忠达主编. 自动控制理论基础.清华大学出版社
学习参考资料
1．卢京潮主编.《自动控制原理》.西北工业大学出版社
2．刘慧英主编《自动控制原理导教.导学.导考》.西北工业大学出版社
二、课程描述
本课程是自动控制类专业的专业基础课，其教学任务是使学生掌握自动控制
系统的基本概念和自动控制系统分析、设计(校正)的基本方法，初步掌握系统实
验技能，学会运用 Matlab 进行控制系统辅助分析设计的方法，为后续课程（现
代控制理论，计算机控制系统，工业过程控制等）的学习提供所应用的系统分析、
设计的基本理论和基本方法，掌握必要的基本技能，为进一步深造打下必要的理
论基础。
三、课程目标
（1）掌握经典控制论中，线性定常连续、单输入单输出闭环控制系统的工
作原理、分析和综合，掌握反馈控制原理的应用以及分析和设计的一般规律，使
其具有分析和设计自动控制系统的初步能力，使学生对系统的认识上升到更高的
层次。
（2）了解控制系统中常用的检测装置，常用执行机构的工作原理，数学模
型的建立过程，以及自控原理、经典控制论在当今的发展状况。
（3）了解并掌握对系统的仿真，其中包括模拟仿真和数字仿真，使学生建
立起仿真的概念，并灵活应用于解决实际问题，掌握用模拟和数字仿真方法来进
行原理实验，获得仿真实验技能的基本训练。
四、教学要求
授课教师将按照学校本科教学工作有关要求做好课程教学各项工作，严格按
照课表规定的时间、地点上课，不迟到、不早退，将根据本大纲要求，认真备课
完成教案与讲稿编写等各项课前准备工作；授课过程力求内容充实、概念准确、
思路清晰、详略得当、逻辑性强、重难点突出，力戒平铺直叙、照本宣科，同时
重视对学生的学习方法指导和课堂教学效果信息的反馈，实现教与学的双向互动；
同时将结合课程目标要求，做好考核内容设计，并严格按照本大纲要求做好出勤
率统计、作业评价等各项工作。
学习是大学生自己的责任和义务，学生应根据课程大纲要求制定本门课程学
习计划，加强学业管理，严格自我要求，提升自主学习能力，主动适应课程学习
要求。参与课堂教学活动不迟到、不早退，无正当理由不请假，上课认真听讲，
不做任何与课堂教学无关事宜，不使用手机，积极与授课教师进行教学互动，同
时利用课余时间做好预习、复习、课外书籍阅读等工作，主动与同学开展合作学
习，认真完成任课教师布置的课程作业。
五、考核方式及要求
为实现课程教学目标，本门课程考核方式及要求为：出勤率占 10%，点到不
少于 3 次，其中缺席 1 次，按无成绩计算；随堂测验 1 次，测验成绩按 20%折算
后计入总成绩；课程作业 1 次，按批改成绩 20%折算后计入总成绩；教师随堂检
查学生课堂笔记记录情况并打分，按 10%计入总成绩；期末考试分卷面考试与实
践操作两部分，分别占总成绩的 20%。
六、课程内容
第一章自动控制的一般概念
（授课时间：第五学期 6 学时）
教学目标：掌握自动控制系统及其任务、控制的基本方式（开/闭环控制）、负反馈控制
原理，掌握自动控制系统的基本组成及分类、对控制系统的基本要求。
教学重点：控制的基本方式，负反馈控制原理，自动控制系统的基本组成，对控制系统的
要求。
教学难点：控制系统结构框图的绘制。
学时：课堂教学 6 学时，课外自主学习时间不少于 6 学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）自动控制的基本原理与方式；
（2）自动控制系统示例；
（3）自动控制系统的分类；
（4）对自动控制系统的基本要求。
学习方法：课堂讲授为主，结合小组讨论
课后作业：完成教材第 18 页习题 1-2、1-4、1-5、1-7 并在下周课前提交
第二章控制系统的数学模型
（授课时间：第五学期 12 学时）
教学目标：掌握掌握微分方程建立和非线性方程线性化的方法。熟练掌握传递函数的概念、
定义、性质及局限性。掌握典型环节的概念；熟悉常用元部件的传递函数，明
确系统常用的传递函数形式。学会由系统微分方程建立系统结构图。熟练掌握
用拉氏变换方法求解线性常微分方程的方法；熟练掌握利用结构图等效变换和
梅逊公式求系统传递函数的方法。
教学重点：传递函数与微分方程之间的关系。结构图的建立与等效变换、梅逊公式。利用
结构图等效变换和梅逊公式求系统传递函数的方法。
教学难点：各种求解传递函数的方法。
学时：课堂教学 12 学时，课外自主学习时间不少于 8 学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）控制系统的时域数学模型；
（2）控制系统的复数域数学模型；
（3）控制系统的结构图与信号流图；
（4）控制系统建模实例。
学习方法：课堂讲授为主，结合小组讨论
课后作业：完成教材第 59 页习题 2-3、2-9、2-10、2-13、2-15、2-17、2-22 并在
下周课前提交
第三章线性系统的时域分析法
（授课时间：第五学期 12 学时）
教学目标：掌握了解对于线性定常连续系统的在时域上的分析的一般过程，典型输入信号
的拉氏变换。一阶系统的过渡过程，掌握二阶系统的过渡过程和高阶系统的过
渡过程，控制系统的稳定性分析，以及控制系统稳态误差的计算方法。了解无
差度的概念。掌握消除和减少稳态误差的办法以及了解用复合控制怎样可以减
少系统的稳态误差，提高系统的无差度的原理。
教学重点：掌握①时域上描述系统动态性能的特性指标δ %、ts。②劳斯判据判断系统的
稳定性。③稳定误差计算以及减少标志误差，提高控制精度的办法。
教学难点：控制系统时域设计
学时：课堂教学 12 学时，课外自主学习时间不少于 8 学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）系统时间响应的性能指标；
（2）一阶系统的时域分析；
（3）二阶系统的时域分析；
（4）高阶系统的时域分析；
（5）线性系统的稳定性分析；
（6）线性系统的稳态误差分析；
（7）控制系统时域设计
学习方法：课堂讲授为主，结合小组讨论
课后作业：完成教材第 128 页习题 3-2、3-3、3－4、3－6、3－7、3－9、3－11、
3－13、3－14、3－16、3－23、3－31 并在下周课前提交
第四章线性系统的根轨迹法
（授课时间：第五学期 8 学时）
教学目标：了解控制系统根轨迹的概念，一般解析画法过程。用根轨迹法分析控制系统的
思路。掌握绘制根轨迹的基本规则，并利用基本规则概要画出给定系统的根轨
迹。并在此基础上用根轨迹法来分析系统的稳定性，动态性能的好坏和闭环主
导极点在 S 平面上分布的关系。并掌握最小相位系统的参数根轨迹的画法。最
后给出闭环极点，零点分布和控制系统性能指标之间的关系。应用 Matlab 中根
轨迹工具箱对系统进行性能分析。
教学重点：根轨迹的画法，参数根轨迹的画法，并学会用根轨迹的方法来分析控制系统，
附加开环零极点对系统根轨迹的改造和对系统性能的影响。
教学难点：用根轨迹的方法来分析控制系统。
学时：课堂教学 8 学时，课外自主学习时间不少于学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）根轨迹法的基本概念；
（2）根轨迹绘制的基本法则；
（3）广义根轨迹；
（4）系统性能的分析；
（5）控制系统复域设计
学习方法：课堂讲授为主，结合小组讨论
课后作业：完成教材第页习题并在下周课前提交
第五章 线性系统的频域分析法
（授课时间：第五学期 16 学时）
教学目标：了解一个系统和一个环节的频率特性并得出系统的正弦传递函数。了解频率特
性的表示方法幅相曲线和波特图，并学会画一个典型环节的频率特性（幅相曲
线和波特图）。了解闭环频率特性图的画法。掌握系统开环传递函数的幅相曲
线和波特图，并在此基础上利用系统的幅相曲线和波特图来分析系统的稳定性
──奈氏判据，用幅数曲线和波特图来分析系统的动态性能──控制系统的相
对稳定性。掌握开环频率特性与控制系统性能的关系。
教学重点：用频率特性的方法来分析系统的稳定性，以及相对稳定性以及开环频率特性与
控制系统性能指标间的关系。用奈氏判据判断系统的稳定性中幅相曲线包围（-1，
J0）点圈数情况，以及负数轴上（-1，J0）点以左正、负穿越的定义。
教学难点：控制系统的相对稳定性的含意。幅数曲线变化情况和开环结构参数关
系。应用 Matlab 对系统进行频域分析。
学时：课堂教学 16 学时，课外自主学习时间不少于学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）频率特性；
（2）典型环节与开环系统的频率特性；
（3）频率域稳定判据；
（4）稳定裕度；
（5）闭环系统的频域性能指标；
（6）控制系统频域设计；
课后作业：完成教材第页习题并在下周课前提交
第六章 线性系统的校正方法
（授课时间：第五学期 10 学时）
教学目标：了解系统为什么需要校正，采用校正方式和方法的分类。并结合前面第三章、
四章、五章对系统的分析的情况来分析控制系统的基本控制规律。掌握串联校
正中的超前校正的综合过程，滞后校正的综合过程以及滞后──超前校正的综
合过程，以及按系统的期望频率特性进行校正的综合过程，采用反馈校正参数
的确定。Simulink 在控制系统综合与校正的应用。
教学重点：超前校正，滞后校正，滞后──超前校正的校正网络传递函数中零极点在 S 平
面上分布情况以及参数结构是怎样对校正起作用的，串联校正和并联校正间的
关系。
教学难点：采用超前、滞后、滞后──超前校正对系统校正的方法和流程。
学时：课堂教学 10 学时，课外自主学习时间不少于学时
教学方法：讲授法
主要内容：（1）系统的设计与校正问题；
（2）常用校正装置及其特性；
（3）串联校正；
（4）反馈校正；
（5）复合校正；
（6）控制系统校正设计；
学习方法：课堂讲授为主，结合小组讨论
课后作业：完成教材第 172 页习题 4－1、4－3、4－4、4－20、4－23 并在下周
课前提交
实验类课程大纲
课程名称:自动控制原理
一、课程概况
所属专业: 自动化 开课单位： 物理与电子信息学院
课程类型: 专业实验课程 课程代码: 0845250
开课学期: 5 学分： 0.5
学时： 16 核心课程: 是
拟使用教材：
自编教材《自动控制原理实验指导书》
国内(外)现有教材：
1．吴麒主编. 自动控制原理.清华大学出版社
2．李友善主编. 自动控制原理. 国防工业出版社
3．戴忠达主编. 自动控制理论基础.清华大学出版社
学习参考资料
1．卢京潮主编.《自动控制原理》.西北工业大学出版社
2．刘慧英主编《自动控制原理导教.导学.导考》.西北工业大学出版社
二、课程描述（300 字以内）
本课程是自动化、电子信息工程等专业的一门重要的专业基础课。本实验的
主要目的是使学生通过实验加强对控制理论的理解和认识；进一步理解自动控制
系统的设计和分析方法；学会综合应用所学的工程数学等基础知识，电路、电力
电子、电器、微机原理、计算机通信等专业基础知识；在计算机控制应用领域能
较熟练地进行应用系统的设计与编程。本实验也有助于学生从自动控制工程的角
度自觉地建立系统的思维方法。
三、课程目标
熟悉各种典型算法的模拟电路的工作原理，学会独立观察、分析实验现象，
记录、测取数据并整理、绘制、分析实验结果。
要求学生能够计算实验电路中的校正参数，并能正确使用校正装置。
掌握数字仿真的基本方法及仿真软件 MATLAB 的应用。
四、教学要求
本课程由控制系统 MATLAB 实验等 7 组实验构成，分为演示、验证、综合、
设计性等类型，授课教师将对学生进行实验安全辅导，并按照不同类型实验要求，
做好实验准备工作，指导学生做好实验方案设计、实验报告撰写等工作。
学生应熟悉实验室管理相关规章制度，遵守实验操作要求，规范使用实验仪
器设备。积极做好实验准备工作，预习实验指导书中实验原理、做好实验设计等；
实验过程中认真观察、记录，及时发现并解决问题；实验结束后认真完成完成实
验报告撰写（报告格式见附件）。
五、考核方式及要求
为实现课程教学目标，本门课程考核采用平时考核、期末理论考核与实验操
作相结合的方式进行。
平时考核用于考察学生参与课程教学的行为表现、实验操作情况，占课程总
成绩的 40%；
期末理论考核主要用于检验学生对于实验原理与操作流程的熟悉程度，占课
程总成绩的 30%；
实验操作考核为学生自主设计实验，根据实验设计、流程安排与实验结果进
行评分，占课程总成绩的 30%。
六、课程内容
实验一：典型环节的阶跃响应
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：熟悉超低频扫描示波器的使用方法；掌握用运放组成控制系统典型环
节的电子模拟电路；测量典型环节的阶跃响应曲线；通过本实验了解
典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响
主要内容：观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：验证性实验
实验二：二阶环节的阶跃响应
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：熟悉有关二阶系统的特性和模拟仿真方法；了解二阶对象的三种阻尼
比下的响应曲线及系统稳定性。
主要内容：观测不同参数下二阶系统的阶跃响应曲线。测试典型二阶系统的瞬态
性能指标：超调量σ ，峰值时间 tp，调节时间 ts。观测ξ 和ω n 对二
阶系统阶跃响应曲线的影响。测试二阶系统在ξ 相同，ω n 不同时的
瞬态性能指标：超调量σ 和调节时间 ts，并进行比较。
学时：学时
教学方法：演示法/讲授/现场指导
实验类型：验证性实验
实验三：三阶环节的阶跃响应
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：熟悉劳斯判据，用劳斯判据对三阶系统进行稳定性分析。
主要内容：观测不同参数下三阶系统的阶跃响应曲线。测试典型三阶系统的瞬态
性能指标：超调量σ ，峰值时间 tp，调节时间 ts。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：验证性实验
实验四：控制系统稳定性分析
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：了解系统增益变化对系统稳定性的影响；观察系统结构和稳态误差之
间的关系。
主要内容：观察系统的不稳定现象。观测系统的开环增益和时间常数对稳定性的
影响。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：验证性实验
实验五：控制系统频率特性测量
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：学习频率响应的实验测试方法；学习用示波器测量相位差的方法；学
习根据频率特性的实验曲线求取传递函数的方法。
主要内容：测量模拟系统的开环频率特性曲线（对数幅频特性曲线和相频特性曲
线）。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：验证性实验
实验六：连续系统串联校正
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：掌握系统校正的方法，根据期望的时域性能指标推导出串联校正环节
的传递函数。
主要内容：观测未校正系统的稳定性并测量未校正系统的瞬态性能指标。画出校
正前后的 Bode 图并求出相角稳定裕量γ 和截止频率ω c。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：验证性实验
实验七：控制系统 MATLAB 实验
（授课时间：第 5 学期第周）
教学目标：让学生了解 MATLAB，学会使用 MATLAB 绘制各种特性曲线，
主要内容：记录各种特征参数，设计串联校正装置，观测校正效果。
学时：学时
教学方法：演示法及现场指导
实验类型：综合性实验
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