1、課程性質與定位
在現代科學領域中,自動控制技術起著愈來愈重要的作用。自動化學科在眾多領域發揮著重大作用,如航天、航空等,兩彈一星的偉大工程就包含了許多自動化科學技術的成果。自動化科學技術也改變了我國工業的整體面貌,另外,自動化學科對一些交叉學科的發展同樣也起到了積極的促進作用。自動控制理論是研究自動控制技術的基礎理論和自動控制共同規律的技術學科。自動控制理論按其發展過程分成經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三大部分。自動控制原理主要體現了經典控制理論的內容。經典控制理論以傳遞函數為基礎研究單輸入單輸出的反饋控制系統,採用的主要研究方法有時域分析法、根軌跡法和頻率法。 自動控制原理是自動化專業的專業基礎課。主要內容有:自動控制系統的分類和基本工作原理,控制系統的性能指標:穩定性、瞬態響應、穩態精度;建立系統數學模型的方法——傳遞函數和微分方程的方法以及各模型之間的轉換;分析控制系統性能的基本方法——時域分析法、根軌跡法和頻域分析法;最後將涉及控制系統設計的基本方法。
2、課程特點
本課程從基本概念、基本分析方法入手,結合生產和生活中的實例,以時域分析方法為基礎,時域分析和頻域分析並進,利用直觀的物理概念,使學生充分理解系統結構、參數與系統指標之間的內在聯繫,由淺入深地引導學生理解和掌握古典控制理論的精髓。 本課程以數學推導嚴謹、物理概念清楚為主要特色,加強了基本理論和基本概念的闡述,增加了通用性的內容描述,除用數學工具分析工程中的實際系統之外,還力求由淺入深、循序漸進和突出重點,同時給學生自學留有充分的空間。這既給分析、設計和調試目前工業中廣泛應用的各種控制系統提供了清楚的理論依據,又為學習有關專門文獻和後續課程打下了良好的基礎,也為進一步激發和調動學生的潛能和積極性創造了條件。 本課程增加的內容有:中國學者提出的代數穩定判據——謝氏判據;非電類系統的數學模型;MATLAB在系統分析中的應用實例及非週期函數的頻譜分析等。 與本課程配套的有《自動控制原理習題詳解》(王建輝等編著,清華大學出版社,2010)、《自動控制原理電子教案》(方曉柯 鄭艷 徐建有主編,王建輝主審,清華大學出版社,2011)和實驗教程;為了合理利用現代化教學和手段,本課程還配有電子教案、網上答疑、實驗、試題系統等。
3、課程目標
(1)通過本課程的學習,使學生掌握自動控制原理的基本概念和基本分析與設計方法,重點培養學生利用自動控制原理的基本理論解決工程實際問題的思維方式和初步能力,並為學習後續相關專業課程,以及進一步學習和應用自動控制方面的新知識、新的科技打下必要的基礎。 (2)轉變教育觀念,寓理性思維、創造性思維於課程建設中,使學生既求得真才實學,又受到創造性思維的啟發。教材版本不斷更新,所編教材有靈魂、有內涵,說理透徹,啟人智慧。教學方式方法與時俱進,提高學生綜合素質。將現代教育技術、多功能教學軟件與紙質教材有機結合,形成完整的立體教學體系。注重學生能力培養,交給學生的是「點金術」而不是幾塊「金子」,加強教學互動及實踐教學,全面提高學生的思維能力、動手能力和創新能力。 (3)通過本課程的學習,使學生在實踐意識,質量意識,協作意識,創新意識,堅持意識得到磨練與培養。
4、教學目標
在信息技術高速發展的今天,掌握和瞭解自動控制的基本理論與方法,對從事電氣信息類各專業的科技人員都是十分必要的。本課程具有科學方法論的鮮明特點,研究的問題帶有普遍性,對工程實踐具有重要的指導意義,是廣泛意義上的方法論。這將對學生提高分析問題和解決問題的能力,奠定堅實的理論基礎。 本課程的教學目標,是使學生掌握有自動控制的基本概念、基本理論和基本方法,能夠自覺運用反饋原理解決工程實際中的相關問題,學會用系統的方法分析問題和解決問題,逐步培養學生的工程意識和創新意識,提高學生的工程設計能力和創新能力。
5、人才培養目標 培養具有強烈社會責任感,國際視野,過硬的社會創造力和競爭力,並具有厚基礎,高素質,強能力的創造、創新、創業的精英型人才和各行各業的領軍人物。
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