(完整版)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱.doc

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程名稱： 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering學(xué)時(shí)： 44+4授課對(duì)象： 機(jī)械類各專業(yè)先修課程： 復(fù)變函數(shù)、積分變換一、課程的性質(zhì)、目的及任務(wù)本課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)合工程實(shí)際，是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它以控制論為理論基礎(chǔ)， 研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題； 同時(shí)，它又是一種方法論。學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以 動(dòng)態(tài)（即動(dòng)力學(xué)）的觀點(diǎn)而不是靜態(tài)觀點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械工程系統(tǒng)； 從整體的而不是分離的角度， 從整個(gè)系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為； 能結(jié)合工程實(shí)際，

2、應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、 研究和解決其中的問題。 這包括兩個(gè)方面：對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問題能夠以控制論的觀點(diǎn)和思維方法進(jìn)行科學(xué)分析，以找出問題的本質(zhì)和有效的解決方法； 如何控制一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)， 使之按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。二、課程的基本要求1.對(duì)于建立機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，有關(guān)數(shù)學(xué)工具（如 Laplace 變換等）的應(yīng)用，傳遞函數(shù)與方框圖的求取、簡化與演算等，應(yīng)有清晰的基本概念并能熟練掌握。2. 對(duì)于典型系統(tǒng)的時(shí)域和頻域特性，應(yīng)有清晰的基本概念并能熟練掌握。3. 掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)。4. 對(duì)于線性系統(tǒng)的性能指標(biāo)有

3、較全面的認(rèn)識(shí)，了解并掌握系統(tǒng)的綜合與校正的常用方法。5. 對(duì)系統(tǒng)辯識(shí)問題應(yīng)建立基本概念。三、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配授課學(xué)時(shí)為 36 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn) 4 學(xué)時(shí)；復(fù)習(xí)、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等課外學(xué)時(shí)為 50 學(xué)時(shí)以上。教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)1緒論2系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3時(shí)間響應(yīng)與誤差分析4系統(tǒng)的頻率特性分析5系統(tǒng)的穩(wěn)定性機(jī)械工程控制的基本概念研究對(duì)象和任務(wù)學(xué)習(xí)本課程的目的和意義關(guān)于“系統(tǒng)” 、“信息傳遞”和“反饋”及“反饋控制”的基本概念系統(tǒng)及其模型控制系統(tǒng)的分類反饋控制系統(tǒng)的基本組成 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求本課程的特點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本概念應(yīng)用機(jī)械動(dòng)力學(xué)、 電工學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本方法典型例子傳遞函數(shù)的基本

4、概念其數(shù)學(xué)物理意義求取方法輸入輸出信號(hào)與傳遞函數(shù)的關(guān)系系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)方框圖的等效簡化工程中典型的機(jī)、電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)時(shí)間響應(yīng)的基本概念典型輸入信號(hào)與一階、 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)二階系統(tǒng)響應(yīng)的性能指標(biāo)高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)在時(shí)間響應(yīng)中的作用系統(tǒng)的誤差分析： 系統(tǒng)的類型及各型系統(tǒng)的位置、速度、加速度誤差頻率響應(yīng)與頻率特性的基本概念頻率特性與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的關(guān)系系統(tǒng)的動(dòng)剛度與動(dòng)柔度的概念頻率特性的表示方法頻率特性的極坐標(biāo)圖（Nyquist圖）的一般概念典型環(huán)節(jié)的 Nyquist 圖 繪制系統(tǒng) Nyquist 圖的一般步驟和方法頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖（Bode 圖）的一般概念典型環(huán)節(jié)的

5、Bode 圖繪制系統(tǒng) Bode 圖的一般步驟和方法根據(jù)頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖辨識(shí)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的一般方法系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本出發(fā)點(diǎn)Routh 穩(wěn)定性判據(jù)、 Nyquist 穩(wěn)定性判據(jù)的基本原理和方法 Bode 判據(jù)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性 幅值裕度與相位裕度 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)488886系統(tǒng)的性能分析與校正7實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能指標(biāo)校正的一般概念常用的校正方法與分類相位超前校正、相位滯后校正及相位滯后超前校正的基本特性及其頻域設(shè)計(jì)方法PID 調(diào)節(jié)器的基本特性與設(shè)計(jì)方法順饋校正與反饋校正的基本特性上機(jī)實(shí)驗(yàn)：線性系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真線性系統(tǒng)頻率特性的計(jì)算機(jī)輔助分析 （ Nyquist 圖 、Bode 圖）物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：單位脈沖響應(yīng)頻率響應(yīng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定84四、作業(yè)要求作業(yè)每四個(gè)學(xué)時(shí)布置一次作業(yè)，每次作業(yè)題量不少于 4 道題，教師對(duì)作業(yè)全批全改并作平時(shí)成績記載。五、教材及參考書教材：楊叔子主編機(jī)械工程控制基礎(chǔ) （第五版） 武漢：華中科技大學(xué)出版