先修课程：自动控制原理、MATLAB语言
二、课程性质及目标
课程性质：
自动控制原理实验是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课程。通过本课程的学习，要求学生熟练掌握MATLAB软件的使用，MATLAB程序编写及调试方法；掌握MATLAB软件在控制系统数学模型、时域分析法、复域分析法、频域分析法以及控制系统设计中的应用；能用MATLAB仿真工具对自动控制系统进行建模、分析和设计，理解仿真在系统分析和设计中的作用和局限性。
课程目标：
1.通过学习MATLAB程序编写、调试以及Simulink建模，掌握MATLAB软件在自动控制原理中的应用，引导学生利用工程软件解决专业理论知识，树立坚韧不拔的科学探索精神和求真创新精神。
2.通过撰写实验报告，能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。引导学生养成严谨、细心、认真的学习态度，善于与同行进行准确的书面沟通交流，增加专业认同感，树立行业自信。
1.强化实验课前预习环节，引导学生预习实验相关专业理论知识，了解MATLAB相关函数的调用格式。
2.通过课堂演示教学，注重实验过程，讲解主要函数的功能及调用格式，引导学生利用MATLAB解决理论知识，提升学生的专业技能。
3.采用讨论式教学，加强师生互动，实验做完后，组织学生对实验结果、内容、方法及相关内容进行现场讨论，引导学生主动思考，提高实验教学效果。
4.针对综合性实验，引导学生查阅文献，自主设计实现方案，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
四、实验教学内容及要求
实验一 连续系统的数学模型（2学时）
【实验类型】
验证性实验
【目的与要求】
1.理解控制系统数学模型传递函数的概念。
2.掌握传递函数的有理分式模型和零极点模型。
3.掌握控制系统结构图的等效变换。
【内容提要】
1.传递函数的表示。
2.传递函数有理分式模型和零极点模型之间的转换。
3.传递函数的串、并、反馈等效。
【所需主要仪器设备】
实验二 Simulink建模与仿真（2学时）
【实验类型】
验证性实验
【目的与要求】
1.掌握Simulink模块的基本操作。
2.掌握Simulink建模仿真方法。
3.了解Simulink的模块库。
【内容提要】
1.Simulink模块库。
2.Simulink模块基本操作。
3.Simulink建模与仿真。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件
实验三 连续系统的时域分析（2学时）
【实验类型】
验证性实验
【目的与要求】
1.理解控制系统的时域分析法。
2.掌握控制系统稳定性的概念及判断方法。
3.掌握控制系统稳态误差的概念及计算方法。
【内容提要】
1.一阶系统的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线和单位脉冲响应曲线的绘制。
2.二阶系统的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线和单位脉冲响应曲线的绘制。
3.时域性能指标的计算。
4.控制系统稳定性的判断。
5.控制系统稳态误差的计算。
6.连续系统的Simulink建模与仿真。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件
实验四 连续系统的根轨迹分析与设计（2学时）
【实验类型】
设计性实验
【目的与要求】
1.理解控制系统的根轨迹分析法。
2.掌握控制系统根轨迹绘制的一般规律。
3.掌握闭环零、极点对控制系统性能的影响。
【内容提要】
1.控制系统的零极点图、根轨迹图、渐近线的绘制。
2.参数的计算。
3.利用rltool工具，分析零、极点对根轨迹的影响。
4.利用根轨迹法对系统进行校正。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件
实验五 连续系统的频域分析与设计（2学时）
【实验类型】
设计性实验
【目的与要求】
1.理解控制系统的频域分析法。
2.理解频域性能指标的相关概念。
3.掌握频率特性曲线绘制的一般规律。
【内容提要】
1.控制系统频率响应曲线的绘制。
2.控制系统奈氏图、波德图的绘制。
3.控制系统频率响应的幅值、相角以及各频域性能指标计算。
4.利用频域分析法对系统进行校正。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件
实验六 连续系统的PID校正（2学时）
【实验类型】
设计性实验
【目的与要求】
1.理解PID校正的基本思想。
2.掌握Kp、Ti和Td对系统性能的影响。
3.掌握Ziegler-Nichols参数整定方法。
【内容提要】
1.分析Kp、Ti和Td对系统性能的影响。
2.采用Ziegler-Nichols参数整定方法，分析P、PI、PID控制对同一系统阶跃响应的影响。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件
实验七 连续系统的校正（2学时）
【实验类型】
综合性实验
【目的与要求】
1.理解超前校正和滞后校正的基本思想。
2.掌握超前校正和滞后校正的装置。
3.掌握利用频域分析法和根轨迹法对系统进行超前校正和滞后校正。
【内容提要】
1.无源校正网络和有源校正网络。
2.超前校正装置和滞后校正装置。
3.选择超前校正装置和滞后校正装置对系统进行校正。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件。
实验八 炉温控制系统（2学时）
【实验类型】
综合性实验
【目的与要求】
1.理解炉温控制系统的数学模型。
2.掌握PID控制的基本原理。
3.掌握PID参数整定的两种方法，反应曲线法和临界比例度法。
【内容提要】
1.建立电炉的数学模型。
2.绘制系统的阶跃响应曲线，分析系统的性能。
3.设计PID校正，采用反应曲线法和临界比例度法整定PID参数，分析校正后系统性能。
【所需主要仪器设备】
计算机、MATLAB软件。
正确分析实验原理，掌握实验方法，熟悉实验用到的函数功能，能够准确完成实验要求，提交及时，并有一定的创新意识。
正确分析实验原理，掌握实验方法，较熟悉实验用到的函数功能，能够较准确完成实验要求，提交及时，并有一定的创新意识。
正确分析实验原理，掌握实验方法，基本熟悉实验用到的函数功能，能够基本完成实验要求，提交及时，并有一定的创新意识。
不能正确分析实验原理，不能掌握实验方法，不熟悉实验用到的函数功能，不能够完成实验要求，提交不及时，没有创新意识。
实验
操作：
能够正确使用软件进行程序编写，能够正确进行程序调试，能够实现实验要求，提交及时，并有一定的创新意识。
能够正确使用软件进行程序编写，能够正确进行程序调试，能够实现主要实验要求，提交及时，并有一定的创新意识。
能够正确使用软件进行程序编写，能够正确进行程序调试，能够实现基本实验要求，提交及时。
不能正确使用软件进行程序编写，不能够正确进行程序调试，调试结果错误。
实验
报告
能够按照报告格式要求撰写，能正确书写函数调用格式，能正确编写程序，实验结果正确，结果分析合理，提交及时，并有一定的创新意识。
能够按照报告格式要求撰写，函数调用格式书写较准确，程序编写正确，实验结果正确，结果分析较合理，提交及时，并有一定的创新意识。
能够按照报告格式要求撰写，函数调用格式书写基本准确，程序编写基本正确，实验结果基本正确，结果分析基本合理，提交及时，并有一定的创新意识。
不能按照报告格式要求撰写，存在函数调用格式、程序编写、实验结果分析不准确、不到位或较多缺失问题。
七、教材及参考书目
推荐教材：
王敏主编. 《控制系统原理与MATLAB仿真实现》，北京：电子工业出版社，2013。
参考教材：
[1] 余成波主编. 《自动控制原理》（第二版），北京：清华大学出版社，2009。
[2] 胡寿松主编. 《自动控制原理》，北京：国防工业出版社，1994。
[3] 熊晓君主编. 《自动控制原理实验教程》，北京：机械工业出版社，2011。
[4] 程鹏主编. 《自动控制原理实验教程》，北京：清华大学出版社，2008。
