《自动控制原理》是研究自动控制的基本理论和方法的一门课程。主要内容包括：反馈控制引论；系统的数学描述；时域分析法；频域分析法；系统设计方法；非线性的基本控制方法；以及必不可少的实验（践）性教学内容。

　“反馈控制引论”重点是：受控对象、控制器、被控量、输入量、干扰等基本概念；反馈控制基本原理；稳、快、准的自动控制性能要求。

难点是怎样理解自动控制的本质。因此，要从人们生活中的事例、自然界熟知的现象、工程中常见的实例出发，让学生逐步形成自动控制的概念。在此基础之上，强调“反馈”是自动控制的本质所在，让学生从方法论上认识到这一点，过去研究问题注重“因—果”，现在要能以“因－果－因”、“否定之否定”的观点研究系统；强调自动控制更加关注动态过程的研究，因此在研究方法上与其他学科会有差异；强调反馈控制下的核心问题是稳定性问题，这是控制理论研究贯穿始终的问题。

　“系统的数学描述” 重点内容：动态方程建立及线性化；传递函数及动态结构图；结构图的等效变换。让学生学会用数学工具描述客观世界的方法。

难点是传递函数的概念；结构图等效变换的法则。对于前者，首先讲清拉氏变换把微分方程转换为代数方程，更容易进行分析；进而说明在时域线性系统输入与输出是卷积关系，而经拉氏变换写成传递函数后，其输入与输出是一个乘积关系，表达了信号传递的特征。对于后者，由于控制系统一般都是在大的外反馈下套各种内反馈，所以尽管结构图等效变换的法则有很多，要求学生掌握一条原则“相加点尽量前移、分支点尽量后移”便可迎刃而解。总之，所有的讲解都围绕着怎样让学生掌握用简明、具有物理含义的数学工具去描述客观世界的方法。

　“时域分析法” 重点是：一、二阶系统时域分析与计算；控制系统对参数变化的灵敏度；系统稳定性的分析与计算，劳斯、古尔维茨判据；稳态误差的计算及一般规律；干扰信号对稳态误差的影响；根轨迹与增益的关系。

　难点是性能指标诸概念及计算指标的方法，结构参数对系统响应影响的一般规律，特别是如何让学生在工程层面上理解这些结果。为此，首先说明用性能指标来刻画系统是实际工程中常采用的办法，再强调系统动态性能与稳定性一定由系统内部结构参数所决定，通过根轨迹的绘制并结合实验体会系统参数变化对系统性能变化的一般规律，掌握在参数变化下系统性能变化趋势的判断方法，逐步培养学生工程素养。

　“频域分析法” 重点是线性系统的频率响应；典型环节的频率响应；系统开环的频率响应；Nyquist稳定判据和对数频率稳定判据，稳定裕度及计算；闭环幅频与阶跃响应的关系，开环频率响应与阶跃响应的关系。

难点是系统频率响应曲线的绘制、系统稳定性判据（Nyquist判据和对数判据）的应用及稳定裕度的计算方法，频域性能指标与时域性能指标的关系。频域分析法是利用稳态信息研究动态过程的方法。首先从理论上推导正弦输入对应的稳态输出之比，即频率特性，与反映时域动态信息的传递函数的关系。从信息的观点建立起稳态幅、相信息与动态性能之间存在着紧密联系，激发起学生对频域分析法的学习兴趣。再以奈氏稳定判据为中心，培养学生运用稳态幅相信息和图示方法分析系统的能力。将工程中频域的概念渗入到理论与实验教学中。

　“系统设计法” 重点是系统设计的基本思想；串联校正（超前、滞后及PID）特性及作用；频域与时域的校正方法。

　难点是各种校正环节的作用和适用条件。在这个部分强调知识的综合运用，强调理论设计中的工程化处理（参数范围、合理的估计等），强调存在方案多样性和可行性的选择，强调目前仍大量应用的PID控制规律。采取“重点讲设计思想，自学设计方法”的教学方式，充分利用已开发的基于MATLAB的网络仿真平台进行教与学。

　“非线性的基本控制方法” 重点是非线性系统动态过程的一般特征；典型非线性特性及其影响；谐波线性化及描述函数；相轨迹的一般特点及绘制方法，线性系统的相轨迹，非线性系统的相轨迹绘制及分析。

　难点是非线性系统的不可叠加性及自振现象，描述函数法的使用限制条件。线性系统相轨迹的全局结构，分段线性系统相轨迹和动态过程的概略分析。

　前四部分内容是《自动控制原理》的核心部分，讲解过程要注意理论推导及结果在工程中的含义；要注意不同的理论分析方法之间的关系；要注意引导学生在理论知识学习的过程中培养自己的工程素养。

　后两部分内容是《自动控制原理》的延伸部分，要注意内容的开放性。及时将近现代控制的新思想、学科最新发展动态、教师的科研成果融合进来。
一、本课程的性质与地位

　　本课程是电类和控制类专业的“主干专业基础课”，以理论教学为主。学习本课程以前，应先修《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等课程。

二、本课程的基本要求

　　《自动控制原理》是研究自动控制的基本理论和方法的一门课程。主要内容包括：反馈控制引论；系统的数学描述；时域分析法；频域分析法；系统设计方法；非线性的基本控制方法。

　　1、反馈控制引论的重点是让学生初步建立自动控制的概念，难点是怎样理解自动控制的本质。

　　2、系统的数学描述的重点在于学生会用数学工具描述世界。难点在于讲清为什么有多种工具来描述，它们之间的关系怎样？

　　3、时域分析法是本课程基础性内容，重点是一、二阶系统时域分析方法和稳定性判据，难点在于如何让学生从微分方程求解的数学层面上脱出到工程层面上。

　　4、频域分析法是与工程实验手段结合紧密的内容，是利用稳态信息研究动态过程的方法。这部分的重点是频域响应的获取和频域稳定判据。难点在于要学生建立频域稳态与时域动态的关系和频域的实验手段对理论分析的重要性。

　　5、系统设计法是在“时域分析法”和“频域分析法”两大分析方法的基础上，进一步研究控制器设计的方法。强调知识的综合运用，强调理论设计中的工程化处理（参数范围、合理的估计等），强调存在方案多样性和可行性的选择，强调目前仍大量应用的PID控制规律。要求学生重点掌握常用校正装置及其特性，系统设计特别是综合校正是一个难点。

　　6、非线性的基本控制方法是拓展内容，让学生了解线性是一种简化，实际系统总有非线性，非线性系统线性化是一个基本方法。同时，对描述函数法，相平面法的基本思想给予介绍。

三、本课程的基本内容

　　1 ．反馈控制引论（ 4 学时）

　　　Module 1 Introduction to feedback control 4 学时

　　2 ．系统的数学描述（ 4 学时）

　　　Module 2 Transfer function and block diagram algebra 4 学时

　　3 ．时域分析法 （ 20 学时）

　　　Module 3 First-order systems 2 学时
　　　Module 4 Second-order systems 2 学时
　　　Module 5 Second-order system time-domain response 2 学时
　　　Module 6 Second-order systems: Disturbance rejection and rate feedback 2 学时
　　　Module 7 Higher-order systems4 2 学时
　　　Module 8 System type: Steady-state errors ２ 学时
　　　Module 9 Routh's method, root locus: magnitude and phase equations ４ 学时
　　　Module 10 Rules for plotting the root locus 2 学时
　　　Module 11 System design using the root locus 2 学时

　　4 ．频域分析法 （ 16 学时）

　　　Module 12 Frequency response and nyquist diagrams 2 学时
　　　Module 13 Nyquist stabolity criterion 4 学时
　　　Module 14 Nyquist analysis and relative stability 2 学时
　　　Module 15 Bode diagrams 2 学时
　　　Module 16 Bode analysis, stability, and gain and phase margins 2 学时
　　　Module 17 Time response from frequency response 2 学时
　　　Module 18 Frequency-domain specifications and closed-loop frequency response 2 学时

　　5 ．系统设计法（ 10 学时）

　　　Module 19 Phase lead compensation 2 学时
　　　Module 20 Phase lag and lead-lag conpensation 4 学时
　　　Module 21 Multimode controllers 4 学时

　　6 ．非线性的基本控制方法（孙炳达主编《自动控制原理》， 6 学时）

　　 第 7 章 非线性系统分析 6 学时
　　 （ 1 ）死区、饱和、回滞、继电等典型非线性对系统的影响
　　 （ 2 ）描述函数法
　　 （ 3 ）相平面的基本思想

　　7 ．习题课、总复习　4 学时

四、教材

　　1．Linear Control System Engineering( 线性控制系统工程 )
　　　　作者： Morris Driels
　　　　McGraw-Hill 和清华大学出版社联合出版
　　2．自动控制原理 孙炳达主编（第2版），机械工业出版社2005

五、学时分配

　　学时分配：总学时 80 ，其中理论学时 64 ，实验学时 16 。