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课程编码：08265008

课程名称：连续与离散控制系统

英文名称：Continuous and Discrete Control Systems

开课学期：５

学时/学分：96／6

课程类型：学科基础课

开课专业：电气工程及其自动化、测控技术与仪器专业本科

选用教材：内部教材

主要参考书：

１．[美] John Dorsey著《Continuous and Discrete Control Systems》，电子工业出版社 2002年7月出版

２．梅晓榕主编：《自动控制原理》，科学出版社 2002年9月出版

３．蒋大明、戴胜华主编：《自动控制原理》，清华大学出版社、北方交通大学出版社2003年出版

4.[美]Benjamin C. Kuo Farid Golnaraghi著：《Automatic Control Systems》Eighth Edition，汪小帆李翔译《自动控制系统》第八版 翻译版，高等教育出版社，2004年7月第一版

5.姜学军 编著《计算机控制技术》，清华大学出版社 2005年8月第一版

6.席爱民 编著《计算机控制技术》，高等教育出版社 2004年7月第一版

执笔人：王春民 刘兴明

一课程性质、目的与任务

1、《连续与离散控制系统》课程涵盖经典控制理论和现代控制理论，它是电气工程及其自动化、测控技术与仪器专业必修的学科基础课之一；

2、通过本课程的学习使学生掌握连续与离散控制方面的基本理论和典型控制系统的设计方法.通过本课所设的实验初步掌握连续与离散控制方面的工程实践技能和方法，为控制理论的实际应用以及在控制理论方面进一步地深入研究奠定基础。

二教学基本要求

1．初步掌握连续控制系统的建模理论及方法；

2．掌握连续控制系统稳定性理论、稳定性的判定方法及改善系统稳定性的方法；

3．掌握连续控制系统动态特性及其分析方法、稳态误差理论及稳态误差改善方法；

4．掌握连续控制系统的校正理论和方法；

5．熟悉离散控制系统的基本分析方法；

6．掌握数字控制器的经典法设计

7.掌握现代控制理论部分可控性和可观性的判定；

8、掌握现代控制理论部分的状态反馈和状态观测器的原理及设计方法

9、了解关于二次型性能指标的最优控制

10、了解系统辨识的基本概念，掌握最小二乘法参数估计

三各章节内容及学时分配

第一章绪论（２学时）

第一节 控制理论的历史及其发展概述

第二节 控制系统的基本要求

第三节 控制系统的分类

第二章 连续系统建模（８学时）

第一节 控制系统的微分方程描述

第二节 控制系统的方框图与传递函数描述

第三节 控制系统的状态空间方程

第四节 各种数学模型的相互转换

第五节 非线性系统的线性化

第三章控制系统的稳定性（６学时）

第一节 稳定性的代数判定

第二节 稳定性的几何判定

第三节 李亚普诺夫判定

第四节 系统稳定性的改善

第四章控制系统的时域分析方法（８学时）

第一节 二阶系统的时域分析

第二节 高阶系统的时域分析

第三节 控制系统的稳态误差

第四节 复合控制

第五章根轨迹法（８学时）

第一节 绘制根轨迹的基本规则和根轨迹图的绘制

第二节 控制系统的根轨迹分析法

第三节 根轨迹法对系统的校正

第六章频率特性法（９学时）

第一节 典型环节的频率特性

第二节 闭环频率特性和开环频率特性

第三节 开环频率特性和控制系统性能的关系

第四节 频率特性法实现对系统的校正

第七章连续域现代控制理论基础（８学时）

第一节 线性定常系统状态方程的解

第二节 线性系统的可控性和可观性

第三节 线性系统的状态反馈与极点配置

第四节 状态观测器

第五节 二次型性能指标的最优控制

第八章典型非线性环节及其对系统的影响（３学时）

第一节 典型非线性环节及其特性

第二节 描述函数法

第九章 离散控制系统概述（2学时）

第一节 离散控制系统的特点

第二节 离散控制系统的组成

第十章 离散控制系统的基本分析方法（5学时）

第一节 离散控制系统中的信号变换

第二节 信号保持器（重点零阶）

第三节 多个环节组合的脉冲传递函数（串联、并联和反馈）

第四节 扩展的Z变换

第五节 线性离散控制系统稳定性分析

第六节 采样周期T对闭环系统稳定性的影响

第十一章数字控制器的经典法设计（6学时）

第一节 数字控制器的间接法设计（离散化近似方法）

第二节 PID数字控制器的原理及间接设计

第三节 PID控制算法与程序设计（位置式和增量式）

第四节 实际的PID控制算法

第五节 对象具有纯滞后（大滞后）的PID算法

第六节 W平面的频域设计

第七节 数字控制器的编程实现方法

第十二章 数字控制器的状态空间法设计（7学时）

第一节 离散控制系统的状态方程描述

第二节 连续状态方程的离散化、脉冲传递矩阵和离散系统的特征方程

第三节 状态转移矩阵及其计算方法

第四节 离散控制系统的可控性和可观性

第五节 离散控制系统采用状态反馈的极点配置设计

第六节 状态观测器的设计

第七节 分离原理

第八节 最优控制

第十三章 实现数字控制器的有关问题（4学时）

第一节 系统辨识的基本概念

第二节 最小二乘法参数估计

第三节 用飞升特性曲线法求取被控对象的数学模型

第四节 采样周期的选择及与采样周期相关因素的探讨

第十四章 自适应控制、鲁棒控制、智能控制和控制技术发展新趋势（2学时）

四实验

１. 实验目的与任务

本实验配合《连续与离散控制系统》课程的理论教学，以连续与离散控制实验平台为基础，开展系列实验，使学生在连续与离散控制系统的基本原理和实际应用结合方面具有较强能力，培养同学既具有一定的理论基础又具有解决工程问题的能力.

２. 实验教学基本要求

实验1：了解典型控制环节的响应曲线和应用特性；

实验2：观测二阶系统的阶跃响应曲线，掌握参数的改变对系统动态特性的影响；

实验3：检测超前、滞后、滞后-超前校正对系统性能影响，了解校正的原则及使用方法；实验4：掌握PID控制器参数的改变对控制系统稳态和动态性能的影响；

实验5：了解控制系统状态反馈的结构形式，掌握状态反馈的极点配置方法对控制系统性能的影响，了解状态反馈的优点；

试验6：了解温度控制系统的硬件结构，能够在给定的平台上进行控制软件编程设计，了解控制参数对温度控制系统的影响；

实验7：了解直流电机调速系统的结构特点，掌握PID控制器的参数并研究整定方法；

实验8：了解步进电机控制特点，掌握步进电机驱动软件设计方法.

3、实验教材或指导书：自编

4、实验项目一览表

五．考核方式：笔试（开、闭卷结合）

六．其他信息：组织学生开展MATLAB/SIMULINK在控制理论方面的仿真实验工作（课外上机）