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第一章  绪论

第一节 自动控制的基本原理与方式

第二节 自动控制系统示例

第三节 自动控制系统的分类

第四节 对自动控制系统的基本要求

教学目的：

知识目标：了解自动控制的发展概况。掌握反馈控制系统的组成及原理。掌握控制系统性能的基本要求。

能力目标：会根据实际控制系统绘制系统方框图。

思政育人目标: 培养学生学科学、爱科学的思想。

教学重点与难点：

重点：开环控制和闭环控制的区别；反馈控制系统的组成及原理；控制系统性能的基本要求；根据实际控制系统绘制系统方框图。

难点：根据实际控制系统绘制系统方框图。

思政映射与融入点：

融入点一：

主要融入点：“中国自动化控制之父”——钱学森

思政融入点：加强学生的爱国主义情怀

两者之间联系：钱学森先生经过艰苦努力终归故土→加强学生的爱国主义情怀

融入点二：

主要融入点：“控制论之父”—— 维纳

思政结合点：通过了解维纳的轶事，加强学生的专研精神

两者之间联系：简述维纳专心工作为学生解答问题而忘记了自己已经搬家，找不到家的故事→培养学生对科学研究的执着及对待工作的认真专研精神

融入点三：

主要融入点：“中国制造2025”与德国“工业4.0”的合作对接

思政结合点：表明我国由制造大国向制造强国的转变，激发学生对中国制造和控制行业领域发展自信和国家认同

两者之间联系：借此事件，可以让学生客观地了解我国制造技术与自动控制技术的发展现状。认识中国技术水平已经站在世界前列，激发学生对国家实力的认可，产生民族自豪感，建立对国家技术发展的信心。

教学方法和手段：

1、 教学方法：课堂讲授法为主；用精讲多问的方法突出重点，用分析举例的方法突破难点。

2、 教学手段：以多媒体PPT、传统的口述为主，粉笔加黑板的手段为辅。

教学过程：

一、 引入（约3min）

从“自动化技术发展历史和应用”引入新课。

二、 教学进程设计

（一）自动控制的发展和应用（约5min）

1、 应用：广泛应用于工业、农业、航空、航天、核反应等领域。

2、 发展

（1） 经典控制理论

（2） 现代控制理论

（二）自动控制的基本概念（约37min）

1、 人工控制和自动控制：以水箱控制系统为例讲解

2、 基本概念：（举例）

（1） 自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。

（2） 被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。

（3） 被控量：表现于控制对象或系统输出端，要求实现自动控制的物理量。

（4） 给定值：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。

（5） 扰动：所有影响控制量对被控量按要求进行正常控制的因素

（6） 自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成

3、 组成和方框图

以水箱控制系统为例，绘制系统方框图。

4、 反馈控制系统基本原理：用偏差纠正偏差。

（三）基本控制方式（约10min）                  

1、 开环控制：只有前向通道而无反馈通道，输出信号不影响控制作用。特点是输出不影响输入、控制精度不高。以电机转速控制系统为例讲解按扰动控制和按给定控制两种开环控制方式。

2、 闭环控制：既有前向通道又有反馈通道，输出信号影响控制作用。特点是输出影响输入、控制精度高，因为可能发生超调和振荡，所以稳定性很重要。以电机转速控制系统为例讲解闭环控制方式。                

3、 复合控制：开环控制和闭环控制的结合。（举例）                              

（四）自动控制系统示例（约15min）    

1、 函数记录仪（例题）

2、 电阻炉温度控制系统（练习）

3、 锅炉液位控制系统（例题）

（五）自动控制系统的分类（约20min）

1、按给定量变化规律分类：

（1） 定值控制系统：输出量以一定的精度等于给定值，而给定值一般不变化。（举例）

（2） 程序控制系统：自动控制系统的被控制量是根据预先编好的程序进行控制的系统。（举例）

（3） 随动控制系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统。（举例）

2、按主要元件特性分类：

（1） 线性控制系统；

（2） 非线性控制系统。

3、 按系统参数是否随时间变化

（1） 定常系统：控制系统的参数在工作过程中不随时间而变化。

（2） 时变系统：控制系统的参数在工作过程中随时间而变化。

4、 按信号是否连续

（1） 连续系统：如果系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。

（2） 离散系统：系统中只要有一个传递的信号是时间上断续的信号，则称为离散系统。

举例分析系统的分类。

小结：（约3min）

1、 基本控制方式和组成原理

2、 自动控制系统的分类

3、 对自动控制系统的基本要求

4、 示例

作业题和思考题布置：

讨论液位自动控制系统原理图、方框图（见PPT）

判断系统类型（见PPT）