控制工程基礎(西交大版)課程標準

1、控制工程基礎Control Engineering Foundation學 分：4學 時：48其中：講課學時：42實驗學時：6上機學時：0 )先修課程：線性代數(shù)、復變函數(shù)與積分變換、電工與電子技術適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化開課部門：機械工程學院一、課程的地位與任務本課程是機械設計制造及自動化、機械電子工程等機械類專業(yè)和相關專業(yè)的專業(yè)必 修課。通過本課程的學習將為學習自動控制方面的其它課程奠定良好的理論基礎。二、課程的目標課程教學所要到達的目的：使學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。并使學生具有一定的工程 計算和設計能力。三、課程教學內(nèi)容與基本要求緒論.教學內(nèi)容機械工程控制論的研究對象和基本任務，本課程的研究對象和基本任務；課程學時 內(nèi)的講授內(nèi)容；反應的概念與作用；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目的是使學生對機械工程控制論有一個全面概括的了解。認識機械工 程控制論的研究對像和任務，探討系統(tǒng)的反應及系統(tǒng)的組成；系統(tǒng)分類及對控制系統(tǒng)的基本要求等概念。通過本局部學習，學生應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)學模型.教學內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，數(shù)

3、學模型的基本概念；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用。.基本要求本局部的教學目的是使學生掌握數(shù)學模型在控制理論中的作用和建立方法。通過本 局部學習，學生要能對一般簡單的系統(tǒng)建立數(shù)學模型并掌握建立數(shù)學模型基本方法和技 巧。第2章控制系統(tǒng)的時域分析.教學內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，時間響應及其組成；一階系統(tǒng)響應；二階系統(tǒng)響應；二階系 統(tǒng)響應的瞬態(tài)性能指標及計算；穩(wěn)態(tài)性能指標（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；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、學目的是使學生掌握時間響應概念及求法；掌握衡量時間響應性能的性 能指標及求法；了解性能指標對系統(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)輸出的關系；頻率特性的極坐標圖；頻率特性的對數(shù)極坐標圖；開環(huán)與閉環(huán)頻 率特性的關系；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 過學習學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)的設計與校正.教學內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)

6、容，綜合介紹系統(tǒng)指標體系的內(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)的性能指標是衡量系統(tǒng)性能好壞的量化指標，這些指標針對系統(tǒng)的瞬態(tài)響應速 度、穩(wěn)態(tài)響應精度、穩(wěn)定性等內(nèi)容形成了指標體系。通過學習學生要掌握指標體系的內(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.教學內(nèi)容本局部講述如下內(nèi)容，MATLAB語言簡介；數(shù)學模型的MATLAB描述；用 MATLAB對線性系統(tǒng)進行時域響應分析；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)進行時域響應分析；進行控制系統(tǒng)頻 域分析；學會運用基于MATLAB的根軌跡繪制與性能分析四、習題與實驗.習題習題的基本要求是：鞏固和加深理解課堂所學內(nèi)容，提高計算能力，運用所學的知 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，教師可在課上對習題內(nèi)容做一下簡單總結。.實驗工程(1)實驗目的與任務控制工程基礎實驗是控制工程基礎重要的教學內(nèi)容?？刂乒こ袒A實驗教學設備， 涵蓋了控制系統(tǒng)的基本概念和數(shù)學模型、時域分析法和頻域分析法、控制系統(tǒng)的設計和 校正、信號的采樣和恢復、狀態(tài)空間分析法、控制系統(tǒng)的應用和分析?？?/p>

8、制工程基礎實 驗重點培養(yǎng)學生的實際動手能力、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)實驗工程及學時實驗工程名稱學時類型必做/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)響應分析2驗證性必做3控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2設計性必做-4三階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應及穩(wěn)定性分析2設計性必做五、學時分配教學內(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、關于教學大綱的必要說明.本大綱只適用于機械電子工程專業(yè)。.本大綱的學時為參考學時，學時如有變化，任課教師可在此大綱的基礎上增減 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

10、M.北京：清華大學出版社，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：清華大學出版社，2013.8高鐵紅，曲云霞.控制工程基礎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M .6版.武漢：華中科技大學出版社, 2011.10王積偉，吳振順.控制工程基礎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M.北京：機械工業(yè)出版社，2011.13朱驥北.機械控制工程基礎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M.