摘要：本文根据“自动控制原理”这门学科的特点，结合自身多年的学习体会与实践经验，在此就课程学习方法、课程教学内容、实践操作等方面进行了深入探讨，不管是工科类学生还是初学者都具有极大的帮助，有助于快速入门。
关键词：自动控制原理；学习方法；课程教学内容；实践操作
引言：
自动控制原理是自动化及信息控制类专业最重要的基础课程之一，所谓自动控制是指在人没有直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使受控对象的被控量自动地按照预定的规律运行。按照发展的历程可分为古典控制理论和现代控制理论两大类。经典控制理论是以传递函数为基础的一种控制理论，其控制对象一般是单输入单输出、线型定常系统；对多输入多输出系统、时变系统、非线性系统则无能为力。现代控制理论是建立在状态空间上的一种分析方法，其控制对象可以是单输入单输出的控制系统也可以是多输入多输出控制系统，可以是连续控制系统,也可以是离散和(或)数字控制系统。但两者的主线仍是数学建模与传递函数求取、时域分析法（尤其是二阶系统的时域性能分析）、二阶系统的稳定判据及稳态误差的求取、根轨迹法、频域分析法、系统校正、非线性控制系统、线性离散控制系统。随着计算机技术的快速发展，MATLAB这款软件的诞生为自动控制原理这门课程的分析带来了极大的方便，因此学会使用这款软件也是各位读者必须具备的一项技能。
1学习方法
1.1学习方法
和其他课程学习方法大同小异，课前看书预习课本、课上认真听讲、课后及时做相应习题巩固和整理知识点、利用MATLAB课后编程实践。
2课程教学内容
2.1数学模型及传递函数求取
数学模型是描述系统输入、输出变量以及内部各变量之间关系的数学表达式，可用于工程的定性分析与定量估算。通过数学模型的建立，可使抽象的数学与实际对象联系起来，从而培养学生利用数学方法解决工程实际问题的能力。数学模型通常是非定常的，即为微分方程，其用于系统的动态过程。随着拉普拉斯变换的提出为我们解决高阶微风方程带来了便利。拉普拉斯变换是一种简单的工程数学方法，可将微积分运算转化成代数运算。说到拉普拉斯变换就不得不提起“传递函数”这个概念，所谓传递函数是指在零初始条件下输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。我们在学习过程中需掌握的传递函数求取方法：微分方程法，用于有关电路方面的题型；梅森公式法，可用于方框图求取传递函数也可用于信号流图求取传递函数。
2.2时域分析
时域分析是直接的分析方法，具有直观、易理解等优点。通过典型输入信号来分析系统的“快”，“稳”，“准”三个指标，解释系统的动态性能与零极点和阻尼系数之间的关系。“快”即动态性能；“稳”即基本要求；“准”即稳态要求。学者必须要掌握二阶系统在欠阻尼下的动态性能指标，其包括上升时间、峰值时间，调节时间、超调量。对于“稳”，主要掌握劳斯判据，对于“准”，主要掌握稳态误差的分析及求取。
2.3根轨迹法
所谓根轨迹法即当开环系统某一参数从零变化到无穷时，闭环系统特征方程的根在s平面上变化的轨迹。因为系统的稳态性能和动态性能与闭环零、极点在s平面的位置密切相关，而且系统的稳态性能又由闭环极点唯一确定。所以根轨迹不仅可以直接给出闭环系统的时间响应的全部信息，还可以指出开环零、极点怎么变化才能满足闭环系统的性能指标要求。根轨迹不仅能用于分析系统的稳定性，而且是设计控制系统的一种简便而实用的工具。对于求一个系统的根轨迹我们需熟练掌握由幅角定理演绎的十条规则，在求解过程中要分清180度根轨迹和0度根轨迹的区别。
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2.4频率特性法
线性定常系统在初始条件为零时，当输入正弦信号的频率在0到无穷大的范围内连续变化时，系统稳态正弦输出与正弦输入的幅值比与相位差随输入频率变化而呈现的变化规律为系统的频率特性。频率特性的最大特点是与实验的紧密结合，在线性系统的频域分析法中，控制系统及其元部件的频率特性可以运用分析法和实验方法获得，并可用多种形式的曲线表示（如Nyquist图和Bode图），因而系统分析和控制器设计可以应用图解法进行。可对系统的各个环节的频率特性进行分析从而对整个系统的频域及稳定性进行有效的分析和设计。在学习此章节时还需掌握利用幅值裕度和相角裕度判定系统是否稳定。
2.5系统的校正
所谓校正，是指当系统的性能指标不满足控制要求时，通过给系统附加某些新的部件、环节，依靠这些部件、环节的配置来改善原系统的控制性能，从而使系统性能达到控制要求的过程。这些附加的部件、环节称为校正装置。校正的方式是多样的，有串联校正、反馈校正和复合校正，根据串联校正的不同特点可细分为串联超前校正、串联滞后校正、串联滞后—超前校正。超前校正和滞后校正从自身命名上看是和相角有关，但两者的校正思想和原理却不同。超前校正的工作原理是校正装置给原系统提供最大相角而得名，并且最大相角出现在校正后系统的截止频率处。而滞后校正是利用高频幅值衰减特性，最大滞后相角远离截止频率，发生在低频处。
2.6非线性控制系统
非线性系统形式多样但受数学工具限制，很难求得非线性微分方程的解。因此工程上常用的两种近似方法为：相平面法和描述函数法。相平面法也是一种时域分析法，它能分析系统的稳定性和自振荡，也能给出系统的运动轨迹。它是求解一、二阶常微分方程的一种几何表示法，这种方法的实质是将系统的运动过程形象的转化为相平面上的一个点的移动，通过研究这个点移动的轨迹，就能获得系统运动规律的全部信息。描述函数法的实质是一定条件下频率特性法在非线性系统中的应用，通常一个系统由两部分组成，前面一部分是非线性部分，后一部分是线性部分。
2.7线性离散控制系统
离散控制是一种断续控制方式，在实际系统中，都是人为的将连续信号离散化，这个过程称为采样。在离散系统中，由于采样器和保持器的存在，其稳定性不仅取决于系统的开环增益K，系统的零极点分布，还与采样周期T有关。在解决此类问题时，我们需要将一个系统的开环传递函数进行z变换，将变换后的闭环传递函数的特征方程写出，在利用双线性变换z=（w+1）/（w-1）得到关于w的表达式，最后利用劳斯稳定判据判断系统的稳定性。z平面单位圆和s平面、w平面是一一对应关系，如单位圆内映射到s平面的左半平面，映射到w平面的左半平面。
3实践操作
3.1实践操作
由于本科教学学时有限，同学们学完课本理论知识后还未深刻理解，未能将理论付诸实践研究，停留在自会做习题，对工程实际问题漠不不关心，也不懂得利用Matlab解决在计算过程中遇到的问题，在此可将班级分为几个学习小组，每位小组有个组长利用周末时间组织各小组成员针对工程中存在的实际问题进行研讨，并利用实验课上机时间用Matlab软件和Simulik进行仿真验证、数学建模、参数调试，将研讨内容和上机操作写成一份实验报告，一个月进行一次总结大会。各小组分别展示自己的实践成果，让学生深刻体会到完成一项实践操作获得的成就感，从传统教学中的“要我学”逐步向“我要学”转变。任课老师也应多关注与自动控制原理相关的专业技能比赛，组织同学报名参加！让同学们体会到这不只是学习了一门课程完成了一项任务，而是真正将知识学以致用。
4结语
本文结合“自动控制原理”课程的教学内容，针对学习方法和实践操作提出了自己的见解，对学习内容进一步阐述，讲述了各类问题的实质，将所学知识串在了一起。课程内容、理论知识是学习此课程必备的，但实践操作也是非常之重要，只有将两者充分结合才能真正学好这门课程，才能在解决工程问题中有自己独到的见解，提升自己的能力。
参考文献
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[2]余晓波
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[5]张瑞成等.“自动控制原理”课程立体化教学体系研究与实践[J].北京:实验技术与管理2013，30(9):181¯184..
论文作者:张宇涛
论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月60期
论文发表时间:2020/3/4
标签：系统论文; 函数论文; 自动控制论文; 控制系统论文; 课程论文; 轨迹论文; 平面论文; 《知识-力量》2019年12月60期论文;