控制工程基礎(chǔ)(西交大版)課程標(biāo)準(zhǔn)

1、控制工程基礎(chǔ)Control Engineering Foundation學(xué) 分：4學(xué) 時：48其中：講課學(xué)時：42實驗學(xué)時：6上機學(xué)時：0 )先修課程：線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電工與電子技術(shù)適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化開課部門：機械工程學(xué)院一、課程的地位與任務(wù)本課程是機械設(shè)計制造及自動化、機械電子工程等機械類專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必 修課。通過本課程的學(xué)習(xí)將為學(xué)習(xí)自動控制方面的其它課程奠定良好的理論基礎(chǔ)。二、課程的目標(biāo)課程教學(xué)所要到達的目的：使學(xué)生正確理解和掌握本課程所涉及的基本概念、基本 理論和基本分析方法。能獨立地應(yīng)用這些基本理論、基本方法來分析實際工程中提煉出 來的各種控制理論問

2、題；同時強化動態(tài)的、系統(tǒng)的思想方法。并使學(xué)生具有一定的工程 計算和設(shè)計能力。三、課程教學(xué)內(nèi)容與基本要求緒論.教學(xué)內(nèi)容機械工程控制論的研究對象和基本任務(wù)，本課程的研究對象和基本任務(wù)；課程學(xué)時 內(nèi)的講授內(nèi)容；反應(yīng)的概念與作用；自動控制系統(tǒng)組成和原理；對控制系統(tǒng)的基本要求; 控制系統(tǒng)的分類.基本要求本局部的教學(xué)目的是使學(xué)生對機械工程控制論有一個全面概括的了解。認(rèn)識機械工 程控制論的研究對像和任務(wù)，探討系統(tǒng)的反應(yīng)及系統(tǒng)的組成；系統(tǒng)分類及對控制系統(tǒng)的基本要求等概念。通過本局部學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握控制理論的基本體系和研究內(nèi)容；自動 控制系統(tǒng)組成和原理。第1章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，數(shù)

3、學(xué)模型的基本概念；微分方程的建立方法和步驟；遞函數(shù) 的概念及求法；典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的建立；系統(tǒng)方塊圖的化簡方法和應(yīng)用。.基本要求本局部的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)模型在控制理論中的作用和建立方法。通過本 局部學(xué)習(xí)，學(xué)生要能對一般簡單的系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型并掌握建立數(shù)學(xué)模型基本方法和技 巧。第2章控制系統(tǒng)的時域分析.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，時間響應(yīng)及其組成；一階系統(tǒng)響應(yīng)；二階系統(tǒng)響應(yīng)；二階系 統(tǒng)響應(yīng)的瞬態(tài)性能指標(biāo)及計算；穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（系統(tǒng)誤差）分析計算；穩(wěn)定的充分必要 條件和穩(wěn)定的判別方法；系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的概念和指標(biāo)；系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；時 域穩(wěn)定性判別方法Routh判據(jù)；.基本要求本局部的教

4、學(xué)目的是使學(xué)生掌握時間響應(yīng)概念及求法；掌握衡量時間響應(yīng)性能的性 能指標(biāo)及求法；了解性能指標(biāo)對系統(tǒng)的影響；掌握系統(tǒng)穩(wěn)定的判別條件和判別方法。第3章控制系統(tǒng)的頻率分析.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容：頻率特性的定義及求法；典型環(huán)節(jié)的頻率特性；頻率特性與 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出的關(guān)系；頻率特性的極坐標(biāo)圖；頻率特性的對數(shù)極坐標(biāo)圖；開環(huán)與閉環(huán)頻 率特性的關(guān)系；頻域穩(wěn)定性判別方法Nquist判據(jù)和Bode判據(jù)；。.基本要求頻率特性分析是系統(tǒng)時間響應(yīng)的一種特例，在經(jīng)典控制理論中占有重要的地位和作 用，特別是將頻率特性分析用于系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)的校正會帶來極大的方便。通 過學(xué)習(xí)學(xué)生要掌握頻率特性的求法和含義；頻率特性和

5、穩(wěn)態(tài)輸出的關(guān)系；頻率特性的圖形表示法。第4章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，穩(wěn)定性的基本概述；勞斯穩(wěn)定判據(jù)；奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù); Bode穩(wěn)定判據(jù).基本要求熟記穩(wěn)定性的基本概述；掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)；奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；Bode穩(wěn)定判 據(jù)第5章 控制系統(tǒng)的根軌跡法.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，根軌跡法的基本概述；繪制根軌跡的基本規(guī)那么；參量根軌跡 的繪制；非最小相位系統(tǒng)的根軌跡；用根軌跡分析控制系統(tǒng).基本要求熟記根軌跡法的基本概述；繪制根軌跡的基本規(guī)那么；掌握參量根軌跡的繪制；非最 小相位系統(tǒng)的根軌跡；學(xué)會運用根軌跡分析控制系統(tǒng)第6章自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)

6、容，綜合介紹系統(tǒng)指標(biāo)體系的內(nèi)容和特點；系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù) 的調(diào)整方法技意義，系統(tǒng)相位超前校正和相位滯后校正的原理和方法。.基本要求系統(tǒng)的性能指標(biāo)是衡量系統(tǒng)性能好壞的量化指標(biāo)，這些指標(biāo)針對系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速 度、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)精度、穩(wěn)定性等內(nèi)容形成了指標(biāo)體系。通過學(xué)習(xí)學(xué)生要掌握指標(biāo)體系的內(nèi) 容和常用的校正方法。第7章 基于MATLAB語言的控制系統(tǒng)分析.教學(xué)內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，MATLAB語言簡介；數(shù)學(xué)模型的MATLAB描述；用 MATLAB對線性系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析；用MATLAB進行控制系統(tǒng)頻域分析；基于 MATLAB的根軌跡繪制與性能分析；系統(tǒng)設(shè)計校正的MATLAB實現(xiàn).基本要求掌握MATLAB

7、語言；用MATLAB對線性系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析；進行控制系統(tǒng)頻 域分析；學(xué)會運用基于MATLAB的根軌跡繪制與性能分析四、習(xí)題與實驗.習(xí)題習(xí)題的基本要求是：鞏固和加深理解課堂所學(xué)內(nèi)容，提高計算能力，運用所學(xué)的知 識分析和計算從工程實際中簡化出來的控制理論問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的 能力。在每一章作業(yè)判完后，教師可在課上對習(xí)題內(nèi)容做一下簡單總結(jié)。.實驗工程(1)實驗?zāi)康呐c任務(wù)控制工程基礎(chǔ)實驗是控制工程基礎(chǔ)重要的教學(xué)內(nèi)容?？刂乒こ袒A(chǔ)實驗教學(xué)設(shè)備， 涵蓋了控制系統(tǒng)的基本概念和數(shù)學(xué)模型、時域分析法和頻域分析法、控制系統(tǒng)的設(shè)計和 校正、信號的采樣和恢復(fù)、狀態(tài)空間分析法、控制系統(tǒng)的應(yīng)用和分析?？?/p>

8、制工程基礎(chǔ)實 驗重點培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、分析解決實際問題的能力及理論探索精神。講課與實 驗同時穿插進行。實驗局部包括涉及教材內(nèi)容的系列實驗工程6項，實驗方法既表達傳 統(tǒng)又反映前沿。(2)實驗工程及學(xué)時實驗工程名稱學(xué)時類型必做/選做1控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬2驗證性必做2二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析2驗證性必做3控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2設(shè)計性必做-4三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性分析2設(shè)計性必做五、學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容講課實驗上機1概論22第1章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型823第2章控制系統(tǒng)的時域分析424第3章控制系統(tǒng)的頻域分析65第4章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析426第5章控制系統(tǒng)的根軌跡法47第6章自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

9、與 校正68第7章基于MATLAB語言的控制 系統(tǒng)分析8六、關(guān)于教學(xué)大綱的必要說明.本大綱只適用于機械電子工程專業(yè)。.本大綱的學(xué)時為參考學(xué)時，學(xué)時如有變化，任課教師可在此大綱的基礎(chǔ)上增減 一些內(nèi)容。.建議的教材只是編寫大綱時的教材，選用教材時要盡量選用新版教材，或最新 獲獎教材。.教學(xué)內(nèi)容的安排與闡述力求由淺入深，深入淺出，條理清楚，通俗易懂。.采用多媒體課件授課。七、推薦教材及參考書目參考文獻：1彭珍瑞，董海棠.控制工程基礎(chǔ)M .2版.北京：高等教育出版社，2015.2玄兆燕，朱洪俊，楊秀萍，等.機械控制工程基礎(chǔ)M.北京：電子工業(yè)出版社, 2011.3董景新，趙長德,郭美鳳，等.控制工程基礎(chǔ)

10、M.北京：清華大學(xué)出版社，2015.4鄒伯敏.自動控制理論M .3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.5孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)M .3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.6王正林，王勝開，陳國順，等.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真M .2版.北 京：電子工業(yè)出版社，2012.7苗宇，蔣大明.自動控制原理M .2版.北京：清華大學(xué)出版社，2013.8高鐵紅，曲云霞.控制工程基礎(chǔ)M .2版.北京：中國計量出版社，2010.9楊叔子，楊克沖，等.機械工程控制基礎(chǔ)M .6版.武漢：華中科技大學(xué)出版社, 2011.10王積偉，吳振順.控制工程基礎(chǔ)M .2版.北京：高等教育出版社，2010.11孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)M .3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.12左健民.機電控制工程基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，2011.13朱驥北.機械控制工程基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，2013.14董玉紅，徐莉萍.機械控制工程基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，2013.15安林超，司堯華，程雪利.機械控制工程基礎(chǔ)M.