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广东省高等教育自学考试《自动控制理论》最新考试大纲

时间:2017-12-15 18:22:00来源:广州自考网点击量:
自考科目,考试大纲

  Ⅰ 课程性质与设置目的要求

  《自动控制理论》,课程代码:11508,是自动化专业的基础课程,该课程研究的主要是线性定常系统,研究的中心问题是控制系统的稳定性、快速性和控制精度。

  该课程紧密围绕自动控制系统的基本理论与应用,介绍控制系统的物理概念和分析设计方法,是一门理论性和实用性较强的课程。通过本课程的学习,要求学生掌握自动控制的基本概念;对自动控制系统的基本工作原理、数学模型有明确的了解;熟练掌握自动控制系统的分析方法,包括时域法、频域法和根轨迹法;能够根据对系统提出的性能指标要求进行系统综合与校正,满足生产的需求。因此学习和应用自动控制原理的基本分析方法对于从事自动化工作的技术人员是必不可少的。

  本课程的重点(或难点)章为:第二章、第三章、第四章、第五章、第六章;次重点章为:第七章、第八章;一般章节为:第一章。

 

  Ⅱ 课程内容与考核目标

  第一章 自动控制系统的基本概念

  一、学习目的与要求

  了解自动控制理论的学科基础、研究对象和应用领域。了解自动控制的一般概念,包括负反馈控制原理、自动控制系统的基本控制方式、控制系统的组成、分类以及对控制系统的基本要求。

  二、考试内容

  自动控制理论的学科基础、研究对象和应用领域。自动控制的一般概念,包括负反馈控制原理、自动控制系统的基本控制方式、控制系统的组成、分类以及对控制系统的基本要求。

  三、考核知识点

  自动控制的一般概念,包括负反馈控制原理、自动控制系统的基本控制方式、控制系统的组成、分类以及对控制系统的基本要求。

  四、考核要求

  识记:自控控制理论的发展状况。

  领会:自动控制系统的两种控制方式。

  自动控制的基本原理。

  自动控制系统的常见分类方法及分类。

  简单应用:评价自动控制系统的性能指标。

 

  第二章 线性系统的数学模型

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习使学生掌握自动控制系统的三种数学模型(微分方程、传递函数、结构图)的建立方法。熟练掌握自动控制系统传递函数的求取方法。

  二、考试内容

  传递函数的定义和性质;传递函数与微分方程间的关系;系统动态结构图及其等效变换。RL,RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。传递函数概念,传递函数定义及性质,由系统微分方程求传递函数方法,复阻抗法求给定R、L、C一阶或二阶网络的传递函数。控制系统的几种常用传递函数。

  三、考核知识点

  1、掌握RL,RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。

  2、掌握理解传递函数定义及性质、系统微分方程求传递函数方法。

  3、理解闭环控制系统典型结构框图,系统开环传递函数。

  4、非线性环节的线性化方法。

  四、考核要求

  识记:结构图的组成,控制系统的几类典型的环节

  几种典型环节的传递函数

  系统的几种常用传递函数

  领会:RL,RC或RLC网络及简单电机拖动系统、机械系统的微分方程列写方法。

  结构图及等效变换原则,系统开环传递函数

  简单应用:由系统微分方程求传递函数。会求给定R、L、C一阶或二阶网络的传递函数。

  综合应用:能应用动态结构图及其等效变换熟练求取输入或干扰作用下系统的闭环传递函数。

 

  第三章 控制系统的时域分析法

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习使学生理解系统对典型输入信号的响应,会求一阶、二阶系统单位阶跃响应并据此分析系统的动态性能,掌握系统稳定性概念及稳定判据,会求0型、Ⅰ型、Ⅱ型系统的稳态误差。

  二、考试内容

  典型输入信号的概念;一阶系统的时域响应;二阶系统传递函数,二阶系统的阶跃响应;应用二阶系统的知识计算系统参数和性能指标。高阶系统的时域响应分析方法主导极点的作用;稳定性概念;系统稳定的充要条件,劳斯稳定判;稳态误差的定义;线性系统稳态误差的计算;静态误差系数与系统类型的关系;

  三、考核知识点

  (1)一阶系统的时域响应:单位阶跃响应、单位斜坡响应、单位脉冲响应。

  (2)二阶系统传递函数的标准形式;了系统阻尼比,系统无阻尼自然频率;二阶系统的响应:包括欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况;二阶系统的阶跃响应(欠阻尼情况下)的性能指标:上升时间、峰值时间、超调量、调整时间、稳态误差(包括单位阶跃作用和单位斜坡作用)

  (3)高阶统的时域响应分析方法,主导极点的作用。

  (4)稳定的概念;掌握系统稳定的充要条件。劳斯稳定判据;综合应用劳斯稳定判据求解系统参数。

  (5)稳态误差的定义;稳态误差的计算;静态误差系数与系统类型的关系。

  四、考核要求

  识记:常用的输入信号及时域性能指标。

  一阶系统的微分方程、动态结构图及闭环传函。

  二阶系统传函的标准形式。

  稳定性的基本概念,稳态误差的定义。

  领会:一阶系统的单位阶跃响应h(t)及性能指标。

  二阶系统单位阶跃响应及系统参数对动态响应的影响。

  终值定理、误差传函、静态误差系数。

  简单应用:会用拉氏反变换法求二阶系统的单位阶跃响应,会求二阶系统性能指标。

  综合应用:稳定性与闭环系统特征根的关系,劳斯稳定判据。

  会用劳斯稳定判据判断系统的稳定性,综合应用劳斯稳定判据求解系统参数,稳态误差的求解。

 

  第四章 控制系统的根轨迹分析法

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习,使学生掌握根轨迹绘制的一般法则,熟练绘制较简单系统的根轨迹,能运用根轨迹定性分析系统的性能。

  二、考试内容

  根轨迹的基本概念,绘制基本条件和基本规则;应用根轨迹对控制系统性能进行分析与计算。

  三、考核知识点

  (1)根轨迹绘制的基本法则,会用这些法则绘制简单的系统的根轨迹。

  (2)分析参数变化对系统稳定性能的影响。

  四、考核要求

  识记:根轨迹的基本概念。

  掌握根轨迹的模值条件和相角条件。

  领会:绘制根轨迹的基本规则:对称性,分支数,起点和终点,实轴上的根轨迹,渐近线(倾角和与实轴的交点),分离点和会合点,出射角和入射角,与虚轴的交点,根之和根之积。

  简单应用:应用上述基本规则绘制控制系统的根轨迹。

  综合应用:用根轨迹法确定系统的有关参数等。

 

  第五章 控制系统的频率特性分析法

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习,使学生了解系统频率特性的基本概念,学会绘制系统开环频率特性(包括复平面内的频率特性和对数幅相频率特性),掌握运用系统开环频率特性分析系统性能及动态过程的方法。

  二、考试内容

  线性控制系统频率特性的基本概念和主要表示方法,典型环节的频率特性,讨论奈氏稳定判据的原理和应用,控制系统的相对稳定性概念,以及相位裕度、幅值裕度的分析和计算方法;用频域法分析系统的稳定性和其它特性;利用频域指标估算系统时域指标的基本方法等

  三、考核知识点

  (1)频率特性的基本概念。

  (2)对数坐标图的组成(幅频图和相频图)。

  (3)典型环节的频率特性。

  (4)用开环频率特性分析系统的性能。

  (5)频域法分析闭环系统的稳定性。

  四、考核要求

  识记:频率特性的概念及其与传递函数的关系。

  典型环节的频率特性。

  开环频率特性与系统性能的关系。

  领会:正确绘制开环系统的幅相频率特性(乃奎斯特图)和对数幅频、相频特性(伯德图)。

  简单应用:幅角原理和乃奎斯特稳定性判据及对数频率稳定性判据。

  综合应用:熟练掌握乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据,应用上述稳定判据判断系统的稳定性。

 

  第六章 频率法校正

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习使学生了解系统校正的基本方法,理解各种校正方法的基本原理。

  二、考试内容

  在介绍系统校正基本概念的基础上,给出控制系统中的几种校正方法:串联校正、反馈校正;常用校正网络的频率特性及其作用;重点讨论频率响应法串联校正的设计原理和设计方法,并介绍反馈校正原理和特点。

  三、考核知识点

  (1)控制系统校正的意义及常用的校正方法。

  (2)超前校正装置的电路,传递函数及频率特性;基于频率响应法的超前校正方法及其一般步骤。

  (3)滞后校正装置的电路,传递函数及频率特性;基于频率响应法的滞后校正方法及其一般步骤。

  (4)滞后----超前校正的目的、校正装置的电路、传递函数及频率特性;基于频率响应法的滞后----超前校正方法及其一般步骤。

  (5)反馈校正的原理和特点。

  (6)PID控制器

  四、考核要求

  识记:校正的概念,常用的校正方式有两种(串联校正和反馈校正)。

  领会:串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后—超前校正、期望串联校正的原理。

  简单应用:对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响。

  综合应用:PID控制器的应用。

 

  第七章 非线性系统分析

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习使学生了解非线性控制系统的基本分析方法。理解非线性控制系统的主要特性,非线性系统与线性系统的区别与联系,掌握性系统的描述函数法的基本概念以及应用。

  二、考试内容

  典型的非线性特性,描述函数法,用描述函数法分析非线性系统,相平面法,非线性系统的相平面分析。

  三、考核知识点

  (1)典型的非线性特性。

  (2)非线性系统的特点。

  (3)描述函数的基本概念。

  (4)用描述函数分析非线性控制系统。

  四、考核要求

  识记:典型的非线性特性:饱和特性、间隙特性、死区特性、继电器特性。

  非线性系统的特点。

  描述函数的基本概念。

  常见典型非线性特性的描述函数。

  领会:用描述函数分析非线性控制系统。

 

  第八章 线性离散控制系统的分析与综合

  一、学习目的与要求

  通过本章的学习使学生了解离散系统的基本概念,采样系统与连续系统的区别与联系;理解控制系统的数学模型,脉冲传递函数的定义和求法;理解系统稳定性、稳态误差及动态性能的分析方法。

  二、考试内容

  离散控制系统的特点; 信号的采样过程;采样定理;零阶保持器;Z变换的定义;Z变换的基本性质;Z反变换的方法;离散系统脉冲传递函数的定义; 差分的定义和差分方程;离散控制系统的稳定性分析。

  三、考核知识点

  (1)离散控制系统的特点。

  (2)信号的采样过程;采样定理;零阶保持器。

  (3)Z变换的定义; Z反变换的概念;掌握常用的Z反变换方法。

  (4)离散系统脉冲传递函数的定义。

  四、考核要求

  识记:常用函数的Z变换;掌握Z变换的基本性质。

  信号的采样过程;掌握采样定理;掌握零阶保持器。

  领会:常用的Z 变换方法:级数求和法、部分分式法。

  常用的Z反变换方法:长除法、部分分式法、反演公式。

  离散系统脉冲传递函数的定义。

 

  Ⅲ关于大纲的说明与考核实施要求

  (一)自学考试大纲的目的和作用

  课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求,结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。

  课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度,规定了课程自学考试的范围和标准。因此,它是编写自学考试教材和辅导书的依据,是社会助学组织进行自学辅导的依据,是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据,也是进行自学考试命题的依据。

  本大纲第一部分关于课程性质与设置目的规定,是制订第二部分关于考试内容与考核目标的基本出发点,而考试内容与考核目标则是本大纲的主体部分。

  (二)课程自学考试大纲与教材的关系

  课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据,教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围,教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。

  大纲与教材所体现的课程内容基本一致;大纲里面的课程内容和考核知识点,教材里都有。而教材里有的内容,大纲里不一定体现。(注:教材是推荐选用的,其中有的内容与大纲要求不一致的地方,以大纲规定为准。)

  (三)关于自学教材

  指定教材:《自动控制原理》(第3版),孙炳达等主编,机械工业出版社, 2011年7月第3版。

  (四)关于自学要求和自学方法的指导

  1.自学要求

  本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求明确了课程的基本内容,以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此,课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。

  为有效地指导个人自学和社会助学,本大纲已指明了课程的重点和难点,在各章的基本要求中也指明了各章内容的重点和难点。

  2.自学方法的指导

  自学考试主要是通过个人自学、教师辅导、社会助学和国家考试来考核应考者掌握专业知识和能力的方法。应考者应根据自己的特点,找出适合自己的学习方法,此外,应考者在自学时尚需注意以下几个问题。

  1)依据本大纲,学习好本课程

  本大纲是本课程考试命题、教师辅导、自学成才和社会助学的依据,应考者应根据本大纲规定的要求和范围,认真地系统地学习好指定的教材。

  2)正确处理好全面和重点的关系

  一方面要在全面系统学习的基础上掌握重点内容、切忌猜题、押题。只有通过全面系统的学习,才能发现重点、理解重点和掌握重点。否则,若孤立地去猜重点、背重点,不了解重点的来龙去脉,就不可能取得好的学习效果,应考者不可能取得好成绩。另一方面要上好辅导课,课后要认真复习,只有这样才能把基本概念、基础知识记忆好理解透。

  3)正确处理好识记与理解的关系,要在理解基础上加深记忆

  欲学习好本课程,必须对其基本内容(包括基本概念、公式、方法、原理及应用等)应能深刻记忆,但应避免死背硬套方法,欲记得牢、记得深刻,必须在深入理解其内容的基础上,才能达到目的,才能将所学内容应用于实践中。

  4)正确处理好理论与实际、学习与应用的关系。

  本课程的内容十分丰富,涉及面及知识面广泛,该课程首先介绍自动控制系统的基本工作原理、数学模型;然后给出了自动控制系统的分析方法,包括时域法、频域法和根轨迹法;进一步对系统提出的性能指标要求进行系统综合与校正,内容由浅入深,从理论到应用,逐步将所学到的理论和技能应用到实践中去,进一步加深对所学理论的理解,理论联系实际是学习好本课程的唯一学习方法。

  (五)对社会助学的要求

  在助学活动中应注意正确引导、把握好助学方向,正确处理学习知识和提高能力的关系。建议学时如下:

  第一章 自动控制系统的基本概念 2

  第二章 线性连续数学模型 10

  第三章 控制系统的时域分析法 10

  第四章 控制系统的根轨迹分析法 6

  第五章 控制系统的频率特性分析法 12

  第六章 频率法校正 10

  第七章 非线性系统分析 10

  第八章 线性离散控制系统的分析与综合 8

  (六)对考核内容和考核目标的说明

  (1)本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成,在自学考试中成为考核知识点。因此,课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同,自学考试将对各知识点分别按四个认知(或叫能力)层次确定其考核要求。

  (2)四个能力层次从低到高依次是:识记;领会;简单应用;综合应用。

  识记:能正确认识和表述科学事实、原理、术语和规律,知道该课程的基础知识,并能进行正确的选择和判断。

  领会:能将所学知识加以解释、归纳,能领悟某一概念或原理与其他概念或原理之间的联系,理解其引申意义,并能做出正确的表述和解释。

  简单应用:能用所学的概念、原理、方法正确分析和解决较简单问题,具有分析和解决一般问题的能力。

  综合应用:能灵活运用所学过的知识,分析和解决比较复杂的问题,具有一定解决实际问题的能力。

  (七)关于考试命题的若干规定

  本课程的命题考试,应根据本大纲规定的考试内容和考核目标来确定考试范围和考核要求,按大纲规定试题中主观性题和客观性题的比例来组配试卷,适当掌握试题的内容覆盖面、能力层次和难易度。

  1)本课程考试方法采用闭卷、笔试,考试时间为150分钟;评分采用100分制,60分为及格线。

  2)本课程的考试题型:一般采用填空题、单项选择题、简答题、数据库设计题、综合分析题。

  3)试题中主观性试题占40~50%,客观性试题占50~60%。主观性试题是指正确答案可用多种方式表达。

  4)试题分为较易、中等难易、较难(偏难)、难度较大四个层次,其比例大致为2:3:3:2。

  5)试卷中识记占20%;领会占30%;简单应用占30%;综合应用占20%。必须指出试题的难易程度与认识能力的层次又是一个概念,在各认识能力层次中都会存在不同难度的问题,在各难易程度的级别中,同样会包含有不同认识能力层次,切勿混淆。

  6)试题量应以中等水平的应考者能在规定时间内答完全部试题为度。

 

  附录:

  题型举例

  一、选择题

  如:

  二阶系统在欠阻尼时的单位阶跃响应中,其峰值时间tP 是 。

  A.ωd    B.π—ωd    C.π/ωd    D.ωd/π

  二、填空题

  如:

  控制系统的性能一般从 、响应速度、稳态精度三个方面来评价。

  三、简答题

  如:

  已知某系统的特征方程为:S3 + 21S2 + 10S + 10 = 0

  试判别该系统的稳定性。

  四、绘图题

  如:

  已知控制系统的开环传递函数G ( s )H ( s ) = ,

  绘制系统的根轨迹图。

  五、综合题

  如:

  某单位负反馈控制系统的开环传递函数为:G ( s ) =          ,

  1.求系统产生持续等幅振荡时的K值和振荡频率;

  2.确定系统呈阻尼振荡瞬态响应的K值范围。

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