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（Fundamentals of Control Engineering）一、課程概況課程代碼：2202201學(xué)分：2.0學(xué)時(shí)：32先修課程：高等數(shù)學(xué)、模擬電子電路、數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等。適用專業(yè)：車輛工程專業(yè)建議教材：自動(dòng)控制原理第三版，孫亮編著，高等教育出版社，2011.06 課程歸口：汽車工程學(xué)院課程的性質(zhì)與任務(wù)：本課程是車輛工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)選修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論，并具有對(duì)簡(jiǎn)單連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行定性分析、定量估算和初步設(shè)計(jì)的能力，為專業(yè)課學(xué)習(xí)和參加控制工程實(shí)踐打下必要的基礎(chǔ)。學(xué)生將掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)等方面的基本方法，如控制系統(tǒng)

2、的時(shí)域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法等基本方法等。為各類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)控制工程基礎(chǔ)側(cè)重于從理論角度，系統(tǒng)地闡述了自動(dòng)控制科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，介紹了自動(dòng)控制技術(shù)從建模分析到應(yīng)用設(shè)計(jì)的各種思想和方法，內(nèi)容十分豐富。通過(guò)自動(dòng)控制理論的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的基本概念、基本規(guī)律和基本分析與設(shè)計(jì)方法，以便將來(lái)勝任實(shí)際工作，具有從事相關(guān)工程和技術(shù)工作的基本素質(zhì)，同時(shí)具有一定的分析和解決有關(guān)自動(dòng)控制實(shí)際問(wèn)題的能力。目標(biāo)1、熟練掌握自動(dòng)控制的概念、基本控制方式及特點(diǎn)、對(duì)控制系統(tǒng)性能的基本要求。目標(biāo)2、熟練掌握典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、梅遜公式以及控制

3、系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立和表示方法，掌握開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)等基本概念。目標(biāo)3、熟練掌握暫態(tài)性能指標(biāo)、勞思判據(jù)、穩(wěn)態(tài)誤差、終值定理和穩(wěn)定性的概念以及利用這些概念對(duì)二階系統(tǒng)性能的分析，初步掌握高階系統(tǒng)分析方法、主導(dǎo)極點(diǎn)的概念。目標(biāo)4、熟練掌握根軌跡的概念和繪制法則，并能利用根軌跡對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，初步掌握偶極子的概念。目標(biāo)5、熟練掌握頻率特性的概念、掌握典型系統(tǒng)Bode圖的畫(huà)法、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)頻率特性Bode圖的畫(huà)法，了解最小相位系統(tǒng)、非最小相位系統(tǒng)、穩(wěn)定裕量、頻域性能指標(biāo)的概念。目標(biāo)6、熟練掌握校正的基本概念、基本校正方式和反饋校正的作用，初步掌握以串聯(lián)校正為主的頻率響應(yīng)綜合法，了解以串聯(lián)校正為主

4、的根軌跡綜合法，掌握PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求1-1（占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的13%）、畢業(yè)要求2-1（占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的6%）、畢業(yè)要求3-1（占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的12%）、畢業(yè)要求4-1（占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的9%），對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)6畢業(yè)要求1-1畢業(yè)要求2-1畢業(yè)要求3-1畢業(yè)要求4-1三、課程內(nèi)容及要求第一章自動(dòng)控制的一般概念1、教學(xué)內(nèi)容（1）自動(dòng)控制的任務(wù)（2）自動(dòng)控制的基本方式（3）對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求2、基本要求（1）掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)和基本要素，理解自動(dòng)控制的基本控制方式和對(duì)系統(tǒng)的性能要求，了解

5、一些實(shí)際自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制原理。（2）要求初步了解本門(mén)課程的意義與作用。第二章自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1、教學(xué)內(nèi)容（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)微分方程的建立（2）非線性微分方程的線性化（3）傳遞函數(shù)（4）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（5）系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)（6）典型反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2、基本要求（1）掌握傳遞函數(shù)及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的概念、意義；（2）熟練掌握使用梅遜公式求解系統(tǒng)傳遞函數(shù)的方法；（2）理解自動(dòng)控制系統(tǒng)的建模方法和步驟；（3）了解非線性微分方程的線性化方法；（4）掌握基本概念：傳遞函數(shù)及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。第三章時(shí)域分析法1、教學(xué)內(nèi)容（1）時(shí)域分析介紹（2）一階和二階系統(tǒng)分析與計(jì)算（3）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（4）穩(wěn)態(tài)誤差分析及計(jì)算

6、2、基本要求（1）掌握系統(tǒng)微分方程的拉普拉斯變換解法；（2）掌握判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，特別是以勞斯判據(jù)和赫爾維茨判據(jù)為代表的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)；（3）理解針對(duì)一階和二階系統(tǒng)的分析計(jì)算以及穩(wěn)態(tài)誤差的分析計(jì)算，了解改善系統(tǒng)響應(yīng)的措施。（4）掌握基本概念：典型響應(yīng)、漸近穩(wěn)定性及時(shí)域性能指標(biāo)、穩(wěn)態(tài)誤差。第四章根軌跡1、教學(xué)內(nèi)容（1）根軌跡與根軌跡方程（2）繪制根軌跡的基本法則（3）廣義根軌跡（4）系統(tǒng)閉環(huán)零、極點(diǎn)分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系（5）系統(tǒng)階躍響應(yīng)的根軌跡分析2、教學(xué)要求（1）掌握根軌跡概念、閉環(huán)零極點(diǎn)與開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)的關(guān)系；（2）理解繪制根軌跡的基本法則及其應(yīng)用，了解系統(tǒng)閉環(huán)零極點(diǎn)分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系。（

7、3）掌握基本概念：根軌跡、零極點(diǎn)、主導(dǎo)極點(diǎn)、偶極子。第五章頻率域方法1、教學(xué)內(nèi)容（1）頻率特性（2）典型環(huán)節(jié)的頻率特性（3）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性（4）頻率穩(wěn)定性判據(jù)（5）系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性與階躍響應(yīng)的關(guān)系（6）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性與階躍響應(yīng)的關(guān)系2、基本要求：（1）掌握系統(tǒng)頻率特性概念、一些典型環(huán)節(jié)的頻率特性；（2）掌握系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性曲線的繪制方法，并掌握頻率穩(wěn)定性判據(jù)。理解穩(wěn)定裕度以及系統(tǒng)閉環(huán)、開(kāi)環(huán)頻率特性與階躍響應(yīng)的關(guān)系。（3）掌握基本概念：頻率特性、峰值、頻帶、截止頻率、穩(wěn)定裕度等。第六章控制系統(tǒng)的校正方法1、教學(xué)內(nèi)容（1）系統(tǒng)校正基礎(chǔ)（2）根軌跡法校正（3）頻率法校正（4）PID調(diào)節(jié)器2、基本

8、要求：（1）理解系統(tǒng)校正和設(shè)計(jì)概念，掌握系統(tǒng)校正的基本方式和方法。（2）掌握串聯(lián)(超前、滯后、PID)的特性及其作用。教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系及學(xué)時(shí)分配如表所示。序號(hào)教學(xué)內(nèi)容支撐的課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)講授學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1自動(dòng)控制的一般概念目標(biāo)1、21-1、2-122自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型目標(biāo)1、21-1、2-163時(shí)域分析法目標(biāo)3、51-1、3-1、4-164根軌跡目標(biāo)4、52-1、3-1、4-165頻率域方法目標(biāo)2、41-1、2-166控制系統(tǒng)的校正方法目標(biāo)61-1、2-1、3-14-16合計(jì)320四、課程實(shí)施（一）把握主線，引導(dǎo)學(xué)生掌握自動(dòng)控制原理的基本概念、原理、建立系統(tǒng)模型和

9、傳遞函數(shù)的方法、常用控制系統(tǒng)的分析和綜合方法，進(jìn)而初步具備從事相關(guān)工程和技術(shù)工作的基本素質(zhì)。（二）采用多媒體教學(xué)手段，配合例題的講解以及適當(dāng)?shù)乃伎碱}，保證講課進(jìn)度的同時(shí)，注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛。（三）采用案例式教學(xué)，引進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際案例，讓學(xué)生真正了解并掌握以自動(dòng)控控制系統(tǒng)的相關(guān)概念和典型的分析、綜合手段，從而具備相關(guān)知識(shí)和方法的實(shí)際應(yīng)用能力。（四）主要教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求如表所示。主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量要求1備課（1）掌握本課程教學(xué)大綱內(nèi)容，嚴(yán)格按照教學(xué)大綱要求進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的組織。（2）熟悉教材各章節(jié)，借助專業(yè)書(shū)籍資料，并依據(jù)教學(xué)大綱編寫(xiě)授課計(jì)劃，編寫(xiě)每次授課的教案。教案內(nèi)容包括章

10、節(jié)標(biāo)題、教學(xué)目的、教法設(shè)計(jì)、課堂類型、時(shí)間分配、授課內(nèi)容、課后作業(yè)、教學(xué)效果分析等方面。（3）根據(jù)各部分教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)思授課思路、技巧，選擇合適的教學(xué)方法。2講授（1）要點(diǎn)準(zhǔn)確、推理正確、條理清晰、重點(diǎn)突出，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，熟練地解答和講解例題。（2）采用多種教學(xué)方式（如啟發(fā)式教學(xué)、案例分析教學(xué)、討論式教學(xué)、多媒體示范教學(xué)等），注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力。（3）能夠采用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)。（4）表達(dá)方式應(yīng)能便于學(xué)生理解、接受，力求形象生動(dòng)，使學(xué)生在掌握知識(shí)的過(guò)程中，保持較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣。3作業(yè)布置與批改學(xué)生必須完成規(guī)定數(shù)量的作業(yè)，作業(yè)必須達(dá)到以下基本要求：（1）按時(shí)按量完成作業(yè)

11、，不缺交，不抄襲。（2）書(shū)寫(xiě)規(guī)范、清晰。（3）解題方法和步驟正確。教師批改和講評(píng)作業(yè)要求如下：（1）學(xué)生的作業(yè)要按時(shí)全部批改，并及時(shí)進(jìn)行講評(píng)。（2）教師批改和講評(píng)作業(yè)要認(rèn)真、細(xì)致，按百分制評(píng)定成績(jī)并寫(xiě)明日期。（3）學(xué)生作業(yè)的平均成績(jī)應(yīng)作為本課程總評(píng)成績(jī)中平時(shí)成績(jī)的重要組成部分。4課外答疑為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助學(xué)生更好地理解和消化所學(xué)知識(shí)、改進(jìn)學(xué)習(xí)方法和思維方式，培養(yǎng)其獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，任課教師需每周安排一定時(shí)間進(jìn)行課外答疑與輔導(dǎo)。5成績(jī)考核本課程考核的方式為閉卷筆試?？荚嚥扇〗炭挤蛛x，監(jiān)考由學(xué)院統(tǒng)一安排。有下列情況之一者，總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案瘢海?）缺交作業(yè)次數(shù)達(dá)1/3以上者。（2）缺課次數(shù)

12、達(dá)本學(xué)期總授課學(xué)時(shí)的1/3以上者。（3）課程目標(biāo)小于0.6。五、考核方式（一）課程考核包括期末考試、平時(shí)及作業(yè)情況考核和實(shí)驗(yàn)考核，期末考試采用閉卷筆試。（二）課程成績(jī)=平時(shí)成績(jī)50%+期末考試成績(jī)50%。具體內(nèi)容和比例如表所示。成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)權(quán)重考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)平時(shí)成績(jī)平時(shí)作業(yè)15%課后完成10-20個(gè)習(xí)題，主要考核學(xué)生對(duì)每節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，計(jì)算全部作業(yè)的平均成績(jī)?cè)侔?5%計(jì)入總成績(jī)。1-1、2-1考勤及課堂練習(xí)35%以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，隨堂測(cè)試1-3題，主要考核學(xué)生課堂的聽(tīng)課效果和課后及時(shí)復(fù)習(xí)消化本章知識(shí)的能力，結(jié)合平時(shí)考勤，最后按35%計(jì)入課程總成績(jī)。3-2、4-1期末考試期末考試卷面成績(jī)50%試卷題型由6-8道分析題組成。以卷面成績(jī)的50%計(jì)入課程總成績(jī)。其中考核建模部分知識(shí)30%，時(shí)域分析30%，根軌跡20%，頻率分析20%。1-1、2-1、3-1、4-1（三）所有課程目標(biāo)均需大于等于0.6，否則總評(píng)成績(jī)不及格，需要補(bǔ)考或重修。每個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算方法如下：式中：Ai=平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的權(quán)重課程目標(biāo)i在平時(shí)成績(jī)中的權(quán)重，Bi=期末成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的