湖北省高等教育自學考試課程考試大綱

  課程名稱：

  第一部分  課程性質(zhì)與目標

  一、課程性質(zhì)與特點

  自動控制理論(二)是高等教育自學考試“電氣工程及其自動化”專業(yè)(專升本)的一門專業(yè)課程。該課程側(cè)重于從理論的角度，系統(tǒng)地闡述自動控制科學和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，介紹對自動控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計過程中應(yīng)用的各種原理、思想和方法。

  二、課程目標與基本要求

  通過本課程的學習，應(yīng)理解和掌握自動控制系統(tǒng)分析的基本方法、理論及應(yīng)用。課程內(nèi)容主要包括以下幾個方面：控制系統(tǒng)導論、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 、線性系統(tǒng)的時域分析法 、線性系統(tǒng)的根軌跡法 、線性系統(tǒng)的頻域分析法 、線性系統(tǒng)的校正方法 、線性離散系統(tǒng)的分析。

  三、與本專業(yè)其他課程的關(guān)系

  在學習本課程之前，考生應(yīng)具有高等數(shù)學、電路、信號與線性系統(tǒng)、電子技術(shù)等課程的相關(guān)知識和理論基礎(chǔ)，本課程與后續(xù)課程有一定關(guān)聯(lián)。

  第二部分  考核內(nèi)容與考核目標

  第一章

  一、學習目的與要求

  通過學習，掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念和分類 ，理解自動控制系統(tǒng)的基本要求。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)自動控制的基本原理(重點)

  1、自動控制技術(shù)及其應(yīng)用(理解)，2、自動控制理論(理解)，3、反饋控制原理(理解)，4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成(理解)，5、自動控制的基本控制方式(理解)。

  (二)自動控制系統(tǒng)示例 (一般)

  1、函數(shù)記錄儀(識記)，2、電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)(識記)，3、鍋爐液位控制系統(tǒng)(識記)。

  (三)自動控制系統(tǒng)的分類 (次重點)

  1、線性連續(xù)控制系統(tǒng)(理解)，2、線性定常離散控制系統(tǒng)(理解)，3、非線性控制系統(tǒng)(理解)。

  (四)自動控制系統(tǒng)的基本要求 (重點)

  1、基本要求的提法(理解)，2、典型外作用(理解)。

  第2章

  一、學習目的與要求

  通過學習，熟悉傅里葉變換與拉普拉斯變換以及控制系統(tǒng)的時域、復數(shù)域數(shù)學模型，掌握控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖 。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)傅里葉變換與拉普拉斯變換(重點)

  1、 傅里葉級數(shù)(識記)，2、傅里葉積分與傅里葉變換(理解)，3、拉普拉斯變換(理解)，4、拉普拉斯變換的積分下限(理解)，5、拉普拉斯變換定理(理解)，6、拉普拉斯變換反變換(理解)。

  (二)控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型(重點)

  1、線性元件的微分方程(理解)，2、控制系統(tǒng)的建立(理解)，3、線性系統(tǒng)的基本特性(理解)，4、線性定常微分方程的求解(理解)，5、非線性微分方程的線性化 (識記)

  (三)控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型 (重點)

  1、傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)(理解)，2、傳遞函數(shù)的零點和極點(理解)，3、傳遞函數(shù)的零點和極點對輸出的影響(理解)，4、典型元部件的傳遞函數(shù)(識記)。

  (四)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖 (重點)

  1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成和繪制(理解)，2、結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡化(理解)，3、信號流圖的組成和性質(zhì)(識記)，4、信號流圖的繪制(理解)，5、梅森增益公(理解)式，6、閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)(理解)。

  第3章

  一、學習目的與要求

  通過學習，熟悉系統(tǒng)的時域性能指標 ，掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時域分析，掌握線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和穩(wěn)態(tài)誤差計算 。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)系統(tǒng)的時域性能指標 (重點)

  1、典型輸入信號(識記)，2、動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程(理解)，3、動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。

  (二)一階系統(tǒng)的時域分析 .(重點)

  1、一階系統(tǒng)的數(shù)學模型(理解)，2、一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(理解)，3、一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)(理解)，4、一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)(識記)。

  (三)二階系統(tǒng)的時域分析(重點)

  1、二階系統(tǒng)的屬性模型(理解)，2、二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(理解)，3、欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析(理解)，4、過阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)過程分析(理解)，5、二階系統(tǒng)性能的改善(識記)。

  (四)高階系統(tǒng)的時域分析 (次重點)

  1、高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(理解)，2、 高階系統(tǒng)閉環(huán)主導極點及其動態(tài)性能分析(識記)。

  (五)線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 (重點)

  1、穩(wěn)定性的基本概念(理解)，2、線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件(理解)，3、勞斯穩(wěn)定判據(jù)(理解)，4、勞斯穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況(識記)，5、勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用(應(yīng)用)。

  (六)線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算(一般)

  1、 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差(理解)，2、系統(tǒng)類型(理解)，3、階躍輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)位置誤差系數(shù)(理解)，4、斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)速度誤差系數(shù)(識記)，5、加速度輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)加速度誤差系數(shù)(識記)，6、擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差(識記)，7、減少或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施(識記)。

  第4章

  一、學習目的與要求

  通過學習，建立根軌跡法的基本概念，掌握常規(guī)根軌跡的繪制法則，能夠?qū)ο到y(tǒng)性能進行分析。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)根軌跡法的基本概念 (重點)

  1、根軌跡概念(理解)，2、根軌跡與系統(tǒng)性能(理解)，3、閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點之間的關(guān)系(理解)，4、根軌跡(理解)。

  (二)常規(guī)根軌跡的繪制法則(重點)

  1、常規(guī)根軌跡的繪制法則(理解)，2、 閉環(huán)極點的確定(應(yīng)用)。

  (三)廣義根軌跡 (次重點)

  1、參數(shù)根軌跡 (識記)，2、附加開環(huán)零點的作用(識記)。

  (四)系統(tǒng)性能的分析 (重點)

  1、主導性能與偶極子(理解)，2、系統(tǒng)性能的定性分析(應(yīng)用)。

  第5章

  一、學習目的與要求

  通過學習，掌握頻率特性、典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)頻率特性，熟悉頻域穩(wěn)定判據(jù)、頻域穩(wěn)定裕度 、閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)頻率特性 (重點)

  1、頻率特性的基本概念(理解)，2、頻率特性的幾何表示法(識記)。

  (二)典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)頻率特性的頻率特性(重點)

  1、典型環(huán)節(jié)(理解)，2、典型環(huán)節(jié)(理解)，3、開環(huán)幅頻特性曲線繪制(理解)，4、開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線(理解)，5、延遲環(huán)節(jié)和延遲系統(tǒng)(理解)，5、傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定(識記)。

  (三)頻域穩(wěn)定判據(jù) (重點)

  1、乃氏判據(jù)的數(shù)學基礎(chǔ)(理解)，2、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)(理解)，3、對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)(識記)，4、條件穩(wěn)定系統(tǒng)(識記)。

  (四)頻域穩(wěn)定裕度 (次重點)

  1、相位裕度(理解)，2、幅值裕度(理解)。

  (五)閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標 (重點)

  1、控制系統(tǒng)的頻帶寬度(理解)，2、系統(tǒng)帶寬選擇(理解)，3、閉環(huán)系統(tǒng)頻域指標和時域指標的轉(zhuǎn)換(應(yīng)用)。

  第6章

  一、學習目的與要求

  通過學習，熟悉系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題，熟悉常用校正裝置及其特性，掌握串聯(lián)校正、前饋校正方法。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)系統(tǒng)的設(shè)計與校正問題 (重點)

  1、性能指標(理解)，2、系統(tǒng)帶寬的確定(理解)，3、校正方式(理解)，4、基本控制規(guī)律(識記)。

  (二)常用校正裝置及其特性(重點)

  1、無源校正網(wǎng)絡(luò)(理解)，2、有源校正裝置(識記)。

  (三)串聯(lián)校正 (次重點)

  1、頻率響應(yīng)法校正設(shè)計(理解)，2、串聯(lián)超前校正(理解)，3、串聯(lián)滯后校正(理解)，4、串聯(lián)滯后-超前校正(識記)。

  (四)前饋校正(次重點)

  1、前置濾波組合校正(理解)，2、最小節(jié)拍組合校正(識記)。

  第7章

  一、學習目的與要求

  通過學習，建立離散系統(tǒng)的基本概念，熟悉離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差 ，掌握離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析方法。

  二、考核知識點與考核目標

  (一)離散系統(tǒng)的基本概念 (重點)

  1、采樣控制系統(tǒng)(理解)，2、數(shù)字控制系統(tǒng)(理解)，3、離散控制系統(tǒng)的特點(理解)，4、離散系統(tǒng)的研究方法(識記)。

  (二)信號的采樣與保持 (次重點)

  1、采樣過程(理解)，2、采樣過程的數(shù)學描述(理解)，3、香農(nóng)采樣定理(理解)，4、采樣周期的選取(理解)，5、信號保持(識記)。

  (三)變換理論 (重點)

  1、z變換定義(理解)，2、z變換方法(理解)，3、z變換性質(zhì)(理解)，4、z反變換(理解)。

  (四)離散系統(tǒng)的數(shù)學模型(重點)

  1、離散系統(tǒng)的數(shù)學定義(理解)，2、線性常系數(shù)差分方程及其解法(理解)，3、脈沖傳遞函數(shù)(理解)，4、開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(理解)，5、閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(理解)。

  (五)離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差(重點)

  1、s域到z域的映射(識記)，2、離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件(理解)，3、離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)(理解)，4、離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差(識記)，5、離散系統(tǒng)的型別與靜態(tài)誤差系數(shù)(識記)。

  (六)離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析(次重點)

  1、離散系統(tǒng)的時間響應(yīng)(識記)，2、采樣器和保持器對系統(tǒng)性能的影響(識記)。

  第三部分  有關(guān)說明與實施要求

  一、考核的能力層次表述

  本大綱在考核目標中，按照“識記”、“理解”、“應(yīng)用”三個能力層次規(guī)定其應(yīng)達到的能力層次要求。各能力層次為遞進等級關(guān)系，后者必須建立在前者的基礎(chǔ)上，其含義是：

  識記：能知道有關(guān)的名詞、概念、知識的含義，并能正確認識和表述，是低層次的要求。

  理解：在識記的基礎(chǔ)上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有關(guān)概念、原理、方法的區(qū)別與聯(lián)系，是較高層次的要求。

  應(yīng)用：在理解的基礎(chǔ)上，能運用基本概念、基本原理、基本方法聯(lián)系學過的多個知識點分析和解決有關(guān)的理論問題和實際問題，是最高層次的要求。

  二、教材

  1、指定教材：胡壽松.自動控制原理基礎(chǔ)教程(第四版).北京：科學出版社，2017

  2、參考教材：鄒伯敏主編. 自動控制理論(第三版). 北京: 機械工業(yè)出版社，2007.

  三、自學方法指導

  1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關(guān)這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數(shù)，有的放矢。

  2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力，吃透每一個知識點，對基本概念必須深刻理解，對基本理論必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。

  3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內(nèi)容，可以不斷提高自學能力。

  4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是理解、消化和鞏固所學知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應(yīng)認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內(nèi)容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應(yīng)注意培養(yǎng)邏輯性，針對問題圍繞相關(guān)知識點進行層次(步驟)分明的論述或推導，明確各層次(步驟)間的邏輯關(guān)系。

  四、對社會助學的要求

  1、應(yīng)熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。

  2、應(yīng)掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識點的考核目標。

  3、輔導時，應(yīng)以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎(chǔ)，不要隨意增刪內(nèi)容，以免與大綱脫節(jié)。

  4、輔導時，應(yīng)對學習方法進行指導，宜提倡"認真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動爭取幫助，依靠自己學通"的方法。

  5、輔導時，要注意突出重點，對考生提出的問題，不要有問即答，要積極啟發(fā)引導。

  6、注意對應(yīng)考者能力的培養(yǎng)，特別是自學能力的培養(yǎng)，要引導考生逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出問題，分析問題，做出判斷，解決問題。

  7、要使考生了解試題的難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個能力層次中會存在著不同難度的試題。

  五、關(guān)于命題考試的若干規(guī)定

  1、本大綱各章所提到的內(nèi)容和考核目標都是考試內(nèi)容。試題覆蓋到章，適當突出重點。

  2、試卷中對不同能力層次的試題比例大致是："識記"為 20 %、"理解"為 70  %、"應(yīng)用"為 10 %。

  3、試題難易程度應(yīng)合理：易、較易、較難、難比例為2：3：3：2.

  4、每份試卷中，各類考核點所占比例約為：重點占65%，次重點占25%，一般占10%。

  5、試題類型一般分為：單項選擇題、填空題、簡答題、計算題、綜合運用題  。

  6、考試采用閉卷筆試，考試時間150分鐘，采用百分制評分，60分合格。

  六、題型示例

  1、單項選擇題

  控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的(      )

  A  絕對穩(wěn)定性    B  相對穩(wěn)定性    C  穩(wěn)態(tài)精度      D  快速性

  2

  若某負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

，則該系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為 (      )。

  3、簡答題

  什么是二階系統(tǒng)?

  4、計算題

  下圖所示電路，

為輸入，

為輸出，試建立該網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)模型。

  5、綜合應(yīng)用題

  典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)極點為

，如圖所示。如果：(1)a不變，減小 b;(2)b不變，增加a;試從超調(diào)量、調(diào)整時間、震蕩頻率、峰值時間、相對穩(wěn)定性5個方面分析對系統(tǒng)性能的影響。