一、课程基本信息

二、课程描述

中文：

本课程是建筑环境与能源应用工程专业学类核心课。通过本课程的教学，使学生了解和掌握建筑环境与能源系统自动控制的基本理论知识、原理和分析方法。

本课程的前导课程为《高等数学》、《计算机程序设计》、《建筑环境测试技术》，学生先行掌握建筑环境控制参数的测量传感元件及信号形式。本课程又为后续课程《建筑设备自动化》、《暖通空调工程》、《建筑节能技术》等专业课程的学习提供预备基础。

英文：

Principle of Automatic Control is the core course of the major of Constructional Environment and Equipment Engineering. Through the teaching and studying of this course, the undergraduates should understand and master the basic theory, principle and methodology of automatic control system in the field of building environment and applied energy engineering.

This prerequisite course for this course is Advanced Mathematics, Computer Programming, and Test and Measurement Technology for Building Environment. The undergraduates should beforehand master the testing/measuring sensors and their signal types of control parameters in building environment control systems. This course will provide the preparatory basic and knowledge for the next courses,such as Building Equipment Automation, HVAC Engineering and Building Energy Efficiency Technology.

三、课程内容

（一） 课程教学目标

通过本课程教学使学生了解和掌握自动控制的基本理论知识和分析原理，能对本专业的控制问题提出控制方案，确定控制参数，能配合控制工程师设计和配置建筑环境与能源系统的自动控制系统。

通过自动控制原理的学习，使学生了解自动控制系统的组成，掌握系统各环节的特性及其综合和特性分析，了解影响系统响应特性的因素，熟悉各类自动控制系统及其控制规律，了解采样控制系统及本专业常用自控系统仪表等。

（二） 基本教学内容

第一章、绪论

教学目的与要求：要求学生了解自动控制系统的分类、结构及控制系统的基本要求，以及学习自动控制原理的目的与意义。

教学重点：重点了解自动控制系统的基本概念、结构、术语，及控制系统的基本要求。

教学难点：闭环控制系统的术语与结构，及控制系统的基本要求。

教学内容：自动控制理论内容，控制系统分类、结构、术语、要求等，自控在建筑环境与能源应用工程专业中的作用和意义。

学时分配：2学时

第二章、拉普拉斯变换及其运算定理

教学目的与要求：拉普拉斯变换是自动控制原理的基本数学工具。要求学生必须掌握拉氏变换的基本理论、方法及其运算定理和如何运用拉氏变换，为后面建立控制系统的传递函数做方法准备。

教学重点：拉氏变换的运算定理，拉氏变换和反变换与应用。

教学难点：拉氏变换的运算定理之线性性质、微分性质、积分性质、初值定理、终值定理、拉氏反变换的三种情况分析。

教学内容：拉普拉斯变换和反变换的概念， 拉普拉斯变换的运算定理， 拉普拉斯变换及反变换的应用。

学时分配：4个学时

第三章、控制系统的数学模型

教学目的与要求：掌握控制系统几种数学模型及其相互转换关系：微分方程、传递函数、动态结构图和信号流图，为后续学习做理论铺垫。

教学重点：传递函数概念、动态结构图及其简化、信号流图的基本概念与梅逊公式。

教学难点：信号流图简化、信号流图绘制和梅逊公式应用。

教学内容：如何建立控制系统的微分方程，传递函数概念，动态结构图的组成与术语，动态结构图的简化原则和方法，信号流图的术语与构成，怎样绘制信号流图，运用微分方程、动态结构图、信号流图求取系统的传递函数。

学时分配：6个学时

实验课：用MATLAB表示控制系统数学模型。（2学时）

第四章、控制系统的时域分析

教学目的与要求：要求学生掌握控制系统的稳定分析方法，控制系统的性能指标和时域分析方法，控制系统的稳态误差分析方法，基本控制规律的分析。

教学重点：稳定性分析方法、时域分析方法、稳态误差分析方法和基本控制规律

教学难点：劳斯判据、二阶系统性能指标分析、稳态误差分析方法及PID控制规律

教学内容：控制系统稳定性概念与判据，控制系统的性能指标，典型信号、二阶和高阶系统的时域分析，稳态误差计算，PID控制规律分析及开关控制规律。

学时分配：10个学时

实验课：用MATLAB进行控制系统的时域分析。（2学时）

第五章、控制系统的频率特性分析

教学目的与要求：要求学生掌握频率特性的概念、控制系统及各环节的频率特性，能够绘制系统及各环节的极坐标图、对数频率特性曲线（伯德图），了解控制系统的相对稳定性：相角裕度和幅值裕度，开环频率特性与系统性能指标的关系。

教学重点：频率特性的概念，极坐标图的绘制，伯德图的绘制，相角裕度和幅值裕度

教学难点：极坐标图的绘制，伯德图的绘制，相角裕度和幅值裕度

教学内容：频率特性的概念、控制系统及各环节的频率特性，极坐标图绘制、对数频率特性曲线，相对稳定性：相角裕度和幅值裕度，开环频率特性与系统性能指标的关系。

学时分配：8学时

实验课：用MATLAB进行控制系统的频域分析。（2学时）

第六章、控制系统的校正方法简介

教学目的与要求：要求学生了解控制系统校正的基本概念和方式，了解串联工程设计方法。

教学重点：系统校正概念、超前校正、滞后校正、滞后-超前校正

教学难点：超前校正、滞后校正、滞后-超前校正

教学内容：系统校正概念、校正方式：超前校正、滞后校正、滞后-超前校正

学时分配：2学时

第七章、采样控制系统

教学目的与要求：要求学生掌握采样控制系统的概念与术语，采样过程和采样定理，掌握Z变换与脉冲传递函数的概念，采样控制系统的性能分析方法。

教学重点：采样控制系统的概念与术语，采样过程和采样定理，Z变换与脉冲传递函数的概念，采样控制系统的性能分析方法：稳定性分析方法和性能指标分析。

教学难点：采样过程和采样定理，Z变换，S平面与Z平面间的映射关系，稳定性判定方法。

教学内容：采样控制系统的概念与术语，采样过程和采样定理，Z变换及其基本定理和方法，S平面与Z平面之间的映射关系，脉冲传递函数及采样开关位置不同的传递函数分析，采样控制系统的稳定性条件与判据，采样控制系统性能指标估算及稳态误差分析。

学时分配：8个学时

实验课：用MATLAB分析采样控制系统。（2学时）

第八章、自控系统常用仪表

教学目的与要求：要求学生了解本专业常用自动控制仪表的类型，电气式控制器，电子式控制器，各类执行器：电磁阀、电动调节阀，电动调节风阀，掌握调节阀的特性及选择计算。

教学重点：常用自动控制仪表的类型，电气式控制器，电子式控制器，电磁阀、电动调节阀，电动调节风阀，调节阀的选择计算。

教学难点：调节阀的特性与选择计算

教学内容：常用自动控制仪表的类型，电气式控制器，电子式控制器，电磁阀、电动调节阀，电动调节风阀，调节阀的选择计算。

学时分配：6学时

四、考核方式

课程考试+平时成绩（课程考试50%+作业出勤20%+平时小考30%）

五、教材及参考书

教材：陈丽兰主编，自动控制原理教程（第二版），电子工业出版社，2010.8

参考书：张子慧编.热工测量与自动控制，中国建筑工业出版社(第2版)1999

六、授课手段

课堂讲授+习题分析+专题讨论分析