x2160521控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱

1、控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程名稱： 控制工程基礎(chǔ)英文名稱：課程編號：學(xué) 時(shí) 數(shù)：其中實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)：課外學(xué)時(shí)數(shù)：學(xué) 分 數(shù)：適用專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、機(jī)械工程一、課程簡介控制工程基礎(chǔ)課程內(nèi)容包括機(jī)械工程控制的基本概念、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)間響應(yīng)分析、頻率特性分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。以數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析到穩(wěn)定性判斷均以此例展開，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整的初步知識，領(lǐng)悟與學(xué)會應(yīng)用控制理論來解決機(jī)械工程的實(shí)際問題奠定必要的基礎(chǔ)。二、課程的性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)控制工程基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)和機(jī)械工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。（一）課堂教學(xué)目標(biāo)：（）使學(xué)生牢固掌

2、握控制工程基礎(chǔ)的基本概念、基本原理，學(xué)會處理控制工程中機(jī)械系統(tǒng)控制問題的一般方法。（）結(jié)合機(jī)械工程實(shí)際，連續(xù)地、系統(tǒng)地、循序漸進(jìn)講授各章內(nèi)容，使學(xué)生對控制工程基礎(chǔ)理論知識在工程實(shí)踐中的應(yīng)用有初步的認(rèn)識。（二）實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)：（）了解數(shù)值分析軟件的功能模塊。（）通過數(shù)值分析軟件平臺進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性仿真，加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，學(xué)會運(yùn)用數(shù)值分析軟件分析系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性，為學(xué)生今后運(yùn)用數(shù)值分析軟件分析工程問題奠定基礎(chǔ)。1 / 8三、教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系表教學(xué)目標(biāo)（）使學(xué)生牢固掌握控制工程基礎(chǔ)的基本概念、基本原理，學(xué)會處理控制工程中機(jī)械系統(tǒng)控制問題的一般方法。（）結(jié)合機(jī)械工程實(shí)際，連

3、續(xù)地、系統(tǒng)地、循序漸進(jìn)講授各章內(nèi)容，使學(xué)生對控制工程基礎(chǔ)理論知識在工程實(shí)踐中的應(yīng)用有初步的認(rèn)識。（）學(xué)會運(yùn)用數(shù)值分析軟件分析系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性。畢業(yè)要求掌握機(jī)械電子工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識， 能選擇恰當(dāng)?shù)哪Ｐ陀糜诜治鰪?fù)雜機(jī)械工程問題。能夠應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識對研究對象進(jìn)行正確的分析和改進(jìn)工程問題。能夠應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識對研究對象進(jìn)行正確的分析和改進(jìn)工程問題。四、課程教學(xué)內(nèi)容、基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）緒論. 教學(xué)內(nèi)容（）機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù)；（）反饋的概念；（）控制系統(tǒng)組成及分類：控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用，控制量、擾動量、被控制量、控制器和被控對象的概念，繪制控制系統(tǒng)方框圖；控制系統(tǒng)的分類

4、。（）對控制系統(tǒng)的基本要求；（）機(jī)械工程控制論的發(fā)展歷程；（）實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的控制原理和控制框圖。. 基本要求（）了解部分：機(jī)械工程控制的發(fā)展史、控制工程基礎(chǔ)的研究對象及任務(wù)、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的分類；實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的控制原理和控制框圖；（）理解部分：反饋的概念；（）掌握部分：控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用，控制量、擾動量、被控制量、控制器和被控對象的概念，繪制控制系統(tǒng)方框圖，“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的控制原理和控制框圖；（）熟練掌握：機(jī)械工程控制系統(tǒng)的基本要求。. 重點(diǎn)和難點(diǎn)（）重點(diǎn)：反饋的概念；控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用，控制量、

5、擾動量、被控制量、控制器和被控對象的概念，繪制控制系統(tǒng)方框圖，機(jī)械工程控制系統(tǒng)的基本要求。2 / 8（）難點(diǎn)：控制量、擾動量、被控制量、控制器和被控對象的概念，繪制控制系統(tǒng)方框圖。（二）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型. 教學(xué)內(nèi)容（）積分變換：變換定義、性質(zhì)、計(jì)算方法和應(yīng)用，逆變換的定義、計(jì)算方法和應(yīng)用；（）系統(tǒng)的微分方程：線性系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)，機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)的微分方程建立方法，非線性系統(tǒng)線性化的條件和方法；（）傳遞函數(shù)：線性系統(tǒng)傳遞函數(shù)的定義、特點(diǎn)，傳遞函數(shù)的極點(diǎn)、零點(diǎn)和放大系數(shù)的概念；（）典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（）系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖建立及其簡化；（）考慮擾動的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；（）相似原理：機(jī)械系

6、統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的相似性；（）數(shù)學(xué)模型的描述；（）實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的數(shù)學(xué)模型建立。. 基本要求（）了解部分：變換的定義，考慮擾動的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，相似原理（機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的相似性）；實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的控制原理和控制框圖。（）理解部分：數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)、傳遞函數(shù)基本概念；（）掌握部分：變換的計(jì)算方法、性質(zhì)，逆變換的計(jì)算方法；典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；數(shù)學(xué)模型的描述。（）熟練掌握：機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的微分方程建立、傳遞函數(shù)、方框圖的建立及其簡化。. 重點(diǎn)和難點(diǎn)（）重點(diǎn)：變換的計(jì)算方法、性質(zhì)，逆變換的

7、計(jì)算方法；機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的微分方程建立、傳遞函數(shù)、方框圖的建立及其簡化；典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。（）難點(diǎn)：變換性質(zhì)；逆變換的求解方法，數(shù)學(xué)模型的描述。（三）系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析. 教學(xué)內(nèi)容（）時(shí)間響應(yīng)及其組成：時(shí)間響應(yīng)的基本概念、組成以及與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的關(guān)系，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、瞬態(tài)相應(yīng)、自由響應(yīng)、強(qiáng)迫響應(yīng)、零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)相應(yīng)的概念；（）典型輸入信號；3 / 8（）一階系統(tǒng)：一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；（）二階系統(tǒng)：二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；（）高階系統(tǒng)：高階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)概念，主導(dǎo)極點(diǎn)的概念；（）系統(tǒng)誤差分析與計(jì)算：誤差和偏差的概念與區(qū)別，影響系統(tǒng)誤差的因素，減小誤差的措施；（）利用分析時(shí)間

8、響應(yīng)；（）實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的時(shí)間響應(yīng)分析。. 基本要求（）了解部分：典型輸入信號；高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)；“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的時(shí)間響應(yīng)分析；（）理解部分：時(shí)間響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)相應(yīng)的概念；穩(wěn)態(tài)誤差、偏差的概念；（）掌握部分：一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；利用分析時(shí)間響應(yīng)；（）熟練掌握：二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法。. 重點(diǎn)和難點(diǎn)（）重點(diǎn)：系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的求解；一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其性能指標(biāo)；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法；（）難點(diǎn)：系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的求解；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法，利用分析時(shí)間響應(yīng)。（四）系統(tǒng)的頻

9、率特性分析. 教學(xué)內(nèi)容（）頻率特性概述：頻率響應(yīng)和頻率特性的基本概念，頻率特性的物理意義，頻率響應(yīng)和頻率特性的求解方法；（）頻率特性的圖解方法：典型環(huán)節(jié)的圖的特征，繪制系統(tǒng)的圖的方法，型、型和型系統(tǒng)的圖特點(diǎn)；典型環(huán)節(jié)的圖的特征，繪制系統(tǒng)的圖的方法；（）頻率特性的特征量：零頻值、諧振頻率、諧振峰值、截止頻率、系統(tǒng)頻寬的概念及其物理意義；（）最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)。（）利用分析頻率特性；（）實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的頻率特性分析。. 基本要求（）了解部分：最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)；“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的頻率特性分析；4 / 8（）理解部分：頻率響應(yīng)和頻率特性

10、的基本概念，頻率特性的物理意義，頻率響應(yīng)、頻率特性、零頻值、諧振頻率、諧振峰值、截止頻率、系統(tǒng)頻寬的基本概念及其物理意義；（）掌握部分：頻率響應(yīng)和頻率特性的求解方法；利用分析頻率特性；（）熟練掌握：頻率特性的極坐標(biāo)圖（圖）；頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖（圖）。. 重點(diǎn)和難點(diǎn)（）重點(diǎn)：頻率響應(yīng)和頻率特性的求解方法；諧振頻率、諧振峰值、截止頻率、系統(tǒng)頻寬的基本概念及其物理意義；頻率特性的極坐標(biāo)圖（圖）；頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖（圖）（）難點(diǎn)：頻率特性的極坐標(biāo)圖（圖）；頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖（圖）；利用分析頻率特性。（五）系統(tǒng)的穩(wěn)定性. 教學(xué)內(nèi)容（）系統(tǒng)穩(wěn)定性的初步概念：系統(tǒng)穩(wěn)定的概念，穩(wěn)定的充分必要條件；（）穩(wěn)

11、定判據(jù)：穩(wěn)定判據(jù)的內(nèi)容，穩(wěn)定判據(jù)應(yīng)用中的兩種特殊情況，穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用；（）穩(wěn)定判據(jù)：穩(wěn)定判據(jù)的證明、內(nèi)容，應(yīng)用中圖的補(bǔ)圖方法、判斷步驟；（）穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性：幅值穿越頻率、相位穿越頻率；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性概念；穿越的概念；（）利用分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（）實(shí)例：“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的穩(wěn)定性分析。. 基本要求（）了解部分：控制系統(tǒng)穩(wěn)定的概念；“數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)”的穩(wěn)定性分析；（）理解部分：幅值穿越頻率、相位穿越頻率；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性概念；穿越的概念；（）掌握部分：控制系統(tǒng)穩(wěn)定的概念；穩(wěn)定的充分必要條件；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性裕量計(jì)算；利用

12、分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（）熟練掌握：穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性裕量計(jì)算。. 重點(diǎn)和難點(diǎn)（）重點(diǎn)：控制系統(tǒng)穩(wěn)定的概念；穩(wěn)定的充分必要條件；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)定判據(jù)；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性裕量計(jì)算；（）難點(diǎn)：穩(wěn)定判據(jù)；利用分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、教學(xué)方式及學(xué)時(shí)分配5 / 8序號教 學(xué) 內(nèi) 容學(xué)時(shí)分配教學(xué)方式輔導(dǎo)答疑一緒論講授：二系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型講授：三系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析講授實(shí)驗(yàn)：四系統(tǒng)的頻率特性分析講授實(shí)驗(yàn)：五系統(tǒng)的穩(wěn)定性講授實(shí)驗(yàn)：六、課程其他教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）實(shí)踐教學(xué)：（學(xué)時(shí)）序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)者類型要求類別用軟件仿真的方法，求取典型驗(yàn)證時(shí)間響應(yīng)特性分析環(huán)節(jié)及二階

13、系統(tǒng)的階躍響應(yīng)必修本科生性用軟件仿真的方法，求取慣性驗(yàn)證環(huán)節(jié)和二階系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)頻率特性分析性必修本科生用軟件仿真的方法，求取系統(tǒng)驗(yàn)證的頻率特性并進(jìn)行穩(wěn)定性分系統(tǒng)穩(wěn)定性分析性必修本科生析.實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（）實(shí)驗(yàn)一人一組，每個實(shí)驗(yàn)的時(shí)間均為小時(shí)；（）要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師的幫助下自行完成操作、記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的整理工作。.實(shí)驗(yàn)考核方式、內(nèi)容及評定標(biāo)準(zhǔn)（）實(shí)驗(yàn)成績按實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)所占課程總學(xué)時(shí)的比例（）計(jì)，目前為分。（）以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)為依據(jù)進(jìn)行考核，最終的實(shí)驗(yàn)成績?yōu)楦鞔螌?shí)驗(yàn)成績的平均值。（）學(xué)生必須完成本課程規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，成績合格者才能參加期末考試。（二）課后作業(yè)每周固定小時(shí)答

14、疑，每課后留作業(yè)，每章收一次作業(yè)，要求獨(dú)立完成，布置作業(yè)道習(xí)題，教師6 / 8對作業(yè)全批全改并作平時(shí)成績記載。（三）課堂筆記每周檢查一次課堂筆記。七、本課程與其他課程的聯(lián)系（一）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、理論力學(xué)、機(jī)械原理、電工學(xué)和電子學(xué)等。（二）后修課程：機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制、液壓伺服控制、液壓比例控制、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)八、建議教材及教學(xué)參考書目（一）主講教材：機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（第六版），楊叔子、楊克沖等編著，華中科技大學(xué)出版社，。（二）參考書：.控制工程基礎(chǔ)（第版），董景新等編，清華大學(xué)出版社，。.控制工程基礎(chǔ)（第版），王積偉等編，高等教育出版社，。.，著，機(jī)械工業(yè)出版社，。九、課程考核方式與成績評定辦法（一）課程考核方式為：平時(shí)成績實(shí)驗(yàn)成績期末閉卷考試（二）成績評定方法：總成績 平時(shí)成績 * 實(shí)驗(yàn)成績 * 期末成績 * ，其中平時(shí)成績包括課堂表現(xiàn)、 課后作業(yè)和課堂筆記等考察環(huán)節(jié)