控制工程基礎課程是南京理工大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程，於2018年10月25日在中國大學MOOC首次開課，授課教師為吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇。據2021年10月中國大學MOOC官網顯示，該課程已經開課7次。
該課程共六章，包括自動控制的基本概念、控制系統的數學模型、線性系統的時域分析法、線性系統的根軌跡法、線性系統的頻率回響法、控制系統的校正方法等內容。
基本介紹
- 中文名：控制工程基礎
- 建設院校：南京理工大學
- 開課時間：2018年10月25日（首次）
- 授課教師：吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇、馬倩
- 授課平台：中國大學MOOC
- 類 別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
課程建設,課程性質,課程背景,課程定位,適應對象,課程簡介,課程大綱,開課信息,教學目標,學習預備,預備知識,學習資料,教師簡介,
課程建設
南京理工大學自動化學院自動化教學團隊承擔了超過16餘年的“控制工程基礎”課程教學，授課對象主要為自動化、電氣工程及其自動化等專業的本科生，課程負責人為國家級教學名師，各位主講教師具有較為豐富的教學經驗。通過課程教學團隊多年的努力和不斷的教學改革與實踐，該課程被評為2004年度國家精品課程，2009年度教育部雙語教學示範課程，2013年獲國家級精品資源共享課程，2018年被評為國家精品線上開放課程，2020年被評為國家級一流本科課程。
課程性質
課程背景
隨著科學技術的飛速發展，自動控制技術越來越廣泛地套用於工業、農業、交通、國防、宇航、國民生活等各個領域。作為電氣信息類專業的學生，學習並掌握自動控制的基本理論和方法，對正確運用控制論這一科學方法論分析和解決問題，具有重要的理論意義和現實意義。
課程定位
控制工程基礎課程是自動化學科的專業基礎課。
適應對象
該課程授課對象主要為自動化、電氣工程及其自動化等專業的本科生。
課程簡介
控制工程基礎課程主要介紹：反饋控制理論，包括自動控制的基本概念，自動控制系統的組成；控制系統的數學模型及建模方法；時域分析法，包括時域性能指標的定義，勞斯穩定判據、穩態誤差分析、動態性能分析及時域校正方法；根軌跡分析法，包括閉環根軌跡圖的繪製及基於根軌跡圖的系統性能的定性分析；頻域分析法，包括頻率特性的概念、頻率特性的繪製，Nyquist穩定性判據，頻域性能指標的定義，以及頻率回響法定量分析控制系統動態性能的方法；控制系統的綜合校正方法，重點介紹串聯校正、反饋校正和複合控制校正的原理及方法。
課程大綱
1自動控制的基本概念 使學生了解自動控制的起源、發展歷史和理論的成熟過程，了解控制系統的分類和控制系統的基本要求等，通過本章學習對課程內容和控制理論的工程背景有總體的認知 課時 1.1自動控制的基本原理與方法 1.1.1自動控制技術及其套用 1.1.2自動控制發展簡史 1.1.3反饋控制原理 1.2自動控制系統基本控制方式 1.2.1開環控制 1.2.2閉環控制 1.2.3複合控制 1.3閉環控制基本組成 1.4自動控制系統的分類 1.5自動控制系統的基本要求 1.5.1穩定性 1.5.2快速性 1.5.3準確性 2控制系統的數學模型 使學生掌握自動控制理論的基本數學工具，以及系統數學模型的表示方法，了解系統動態特性的概念，從而掌握常見控制系統的建模方法。 課時 2.1微分方程和傳遞函式 2.1.1線性常微分方程及求解 2.1.2傳遞函式 2.1.3傳遞函式的性質 2.2常用控制元件的傳遞函式 2.2.1無源網路 2.2.2有源網路 2.2.3常用檢測元件 2.2.4常用執行元件 2.3方塊圖及其等效變換 2.3.1控制系統的方塊圖 2.3.2方塊圖的等效變換 2.3.3用Mason公式求傳遞函式 2.4典型環節及其傳遞函式 2.5反饋控制系統的傳遞函式 2.5.1開環傳遞函式 2.5.2閉環系統的傳遞函式 2.5.3閉環系統的輸出 2.5.4閉環系統的誤差 3線性系統的時域分析法 使學生掌握控制系統的時域分析方法，深入理解傳遞函式的概念及其物理意義，掌握系統穩定性的概念和時域分析方法，從而掌握常見系統的時域分析方法，為系統控制策略的設計奠定理論基礎。 課時 3.1典型控制過程及性能指標 3.1.1典型輸入信號 3.1.2時域性能指標 3.2一階系統分析 3.2.1一階系統的數學模型 3.2.2一階系統的階躍回響 3.2.3一階系統的斜坡回響 3.2.4一階系統的脈衝回響 3.2.5線性定常系統的重要結論 3.3二階系統時域分析 3.3.1二階系統的數學模型 3.3.2二階系統的階躍回響 3.3.3二階系統的性能指標 3.3.4二階系統的斜坡回響 3.3.5二階系統的脈衝回響 3.4高階系統的時域分析 3.4.1高階系統的數學模型 3.4.2高階系統的階躍回響 3.4.3高階系統的性能分析 3.4.4主導極點的概念 3.5控制系統的穩定性分析 3.5.1穩定的概念 3.5.2線性定常系統穩定的充要條件 | 3.5.3勞斯穩定判據 3.5.4勞斯穩定判據的套用 3.6控制系統的穩態誤差分析 3.6.1誤差與穩態誤差的概念 3.6.2系統的類型 3.6.3靜態誤差係數 3.6.4擾動作用引起的穩態誤差 4線性系統的根軌跡法 使學生了解根軌跡法在分析系統穩定性、系統性能以及系統控制參數設計中的套用方法。 課時 4.1根軌跡方程 4.1.1根軌跡概念 4.1.2根軌跡與系統性能 4.1.3根軌跡方程 4.2根軌跡繪製的基本法則 4.2.1根軌跡繪製的七條基本法則 4.2.2閉環極點的確定 4.3廣義根軌跡 4.3.1參數根軌跡 4.3.2等效開環傳遞函式 4.3.3附加開環零點的作用 4.3.4附加開環極點的影響 4.3.5零度根軌跡 5線性系統的頻率回響法 使學生深入掌握頻域分析的方法，理解系統頻域特性的物理概念，掌握控制系頻域曲線的圖形繪製，以及與時域特性的對應關係。 課時 5.1頻率特性和頻率特性圖 5.1.1頻率特性的基本概念 5.1.2頻率特性的幾何表示法 5.1.3典型環節的頻率特性圖 5.2控制系統的開環頻率特性圖 5.2.1對數坐標圖 5.2.2極坐標圖 5.2.3最小相位系統與非最小相位系統 5.3奈奎斯特穩定判據 5.3.1幅角原理 5.3.2奈奎斯特穩定判據 5.3.3對數穩定判據 5.3.4穩定裕量 5.4頻率特性與時域性能的關係 5.4.1典型系統的對數幅頻特性 5.4.2開環對數幅頻特性與時域性能的關係 5.4.3閉環頻率特性 5.4.4閉環頻率特性與時域性能的關係 6控制系統的校正方法 使學生掌握控制系統PID調節器的原理，並初步掌握PID控制器的參數設計方法；深入掌握超前、滯後兩種頻域校正方法。 課時 6.1控制系統設計的基本概念 6.1.1性能指標 6.1.2初步設計 6.1.3校正的作用 6.1.4校正方式 6.1.5校正裝置 6.2時域法校正 6.2.1二階系統的比例微分控制 6.2.2二階系統的速度反饋控制 6.2.3比例積分控制 6.2.4PID控制 6.3頻率法校正 6.3.1串聯超前校正 6.3.2串聯遲後校正 6.3.3遲後—超前校正 6.3.4反饋校正 6.4複合控制校正 6.4.1複合控制的特點 6.4.2按擾動補償的複合控制系統 6.4.3按輸入補償的複合控制系統 |
（註：課程大綱排版從左到右列）
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 學時安排 | 授課教師 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2018年10月25日~2018年12月30日 | 待定 | 吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇 | 2529 |
第2次開課 | 2019年03月10日~2019年06月28日 | 3~6小時每周 | 2394 | |
第3次開課 | 2019年09月23日~2019年12月31日 | 5小時每周 | 2198 | |
第4次開課 | 2020年02月24日~2020年05月31日 | 吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇、馬倩 | 1913 | |
第5次開課 | 2020年08月31日~2021年01月16日 | 4小時每周 | 吳曉蓓、戚國慶、李銀伢、張益軍、張保勇 | 2705 |
第6次開課 | 2021年03月10日~2021年06月30日 | 2511 | ||
第7次開課 | 2021年08月24日~2022年01月15日 | 待定 |
教學目標
通過課程學習，目的在於使學生了解自動控制技術在國民經濟建設中各個領域中的地位與作用，掌握控制系統的組成、工作原理，以及控制系統的分析與設計方法，為培養與控制工程相關的創新性思維與能力，奠定專業知識基礎。
