《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 4 -本科生課程大綱課程名稱機(jī)械工程控制基礎(chǔ)Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering課程代碼082103101257課程屬性專業(yè)知識(shí)課時(shí)/學(xué)分32/2課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)責(zé)任教師 課外學(xué)時(shí)課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識(shí)教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識(shí)/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹1.課程描述： 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)是具有一般方法論特點(diǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程側(cè)重原理，同時(shí)其內(nèi)容密切結(jié)合工程實(shí)際。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(wèn)題；同時(shí)，它又是一種方法論。2.設(shè)計(jì)思路： 學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以動(dòng)態(tài)

2、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(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；能結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來(lái)分析、研究和解決其中的問(wèn)題。這包括兩個(gè)方面：對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問(wèn)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(wèn)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)。課程是培養(yǎng)本科生從事機(jī)械制造領(lǐng)域工程工作的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)課，為達(dá)成能力矩陣1.4、1.6、2.1、2.2、2.6項(xiàng)要求見(jiàn)下表。序號(hào)授課內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生能力要求

3、1.41.62.12.22.61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6系統(tǒng)的性能分析與校正具體要求學(xué)生掌握以下專業(yè)知識(shí)和技能：2.1 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(jiǎn)化與演算等，應(yīng)有清晰的基本概念并能熟練掌握。2.2 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。2.3掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)。2.4對(duì)于線性系統(tǒng)的性能指標(biāo)有較全面的認(rèn)識(shí)，了解并掌握系統(tǒng)的綜合與校正的常用方法。2.5 對(duì)系統(tǒng)分析和辯識(shí)問(wèn)題應(yīng)建立基本概念。3. 課程與其他課程的關(guān)系：機(jī)械工程控

4、制基礎(chǔ)是機(jī)械專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)本課程前學(xué)生已完成高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路基礎(chǔ)、機(jī)械原理等課程。本課程為后期控制類課程的學(xué)習(xí)奠定基本理論基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以動(dòng)態(tài)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(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；能結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來(lái)分析、研究和解決其中的問(wèn)題。這包括兩個(gè)方面：對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問(wèn)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(wèn)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)

5、最佳控制打下基礎(chǔ)。三、學(xué)習(xí)要求機(jī)械工程控制基礎(chǔ)是一門比較抽象的技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)過(guò)程中既不能陷于專業(yè)技術(shù)中，僅研究專業(yè)技術(shù)問(wèn)題，但又必須概括工程實(shí)踐，緊密結(jié)合專業(yè)實(shí)際。本課程以數(shù)學(xué)、物理及有關(guān)學(xué)科為其理論基礎(chǔ)，以機(jī)械工程中有關(guān)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為抽象、概括與研究的對(duì)象，運(yùn)用信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行控制這一正確的思維方法與觀點(diǎn)，在數(shù)理基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程之間架起一道橋梁，將兩者緊密結(jié)合起來(lái)。要完成以上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生必須： （1）按時(shí)上課、認(rèn)真聽(tīng)講，積極參與課堂討論。 （2）要重視習(xí)題和實(shí)驗(yàn)，要獨(dú)立完成作業(yè)，加深對(duì)基本概念的理解與基本方法的運(yùn)用。 （3）學(xué)習(xí)本課程時(shí)，不必過(guò)分追求數(shù)學(xué)論證上的嚴(yán)謹(jǐn)性，但一定要

6、充分注意到數(shù)學(xué)結(jié)論的準(zhǔn)確性與物理概念的明晰性。 （4）在學(xué)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)大膽地思考問(wèn)題，提出問(wèn)題，研究問(wèn)題，運(yùn)用學(xué)習(xí)中反饋所獲得的信息來(lái)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)習(xí)，切記“書(shū)云亦云”，努力“書(shū)書(shū)之所未書(shū)”，不為教材所束縛。四、教學(xué)進(jìn)度序號(hào)主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)1緒論2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)及學(xué)習(xí)方法。2系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；傳遞函數(shù)的基本概念及其數(shù)學(xué)物理意義與求取方法； 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

7、簡(jiǎn)化；工程中典型的機(jī)電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3時(shí)間響應(yīng)與誤差分析6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。4系統(tǒng)的頻率特性分析8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。5系統(tǒng)的穩(wěn)定性6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

8、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)。6系統(tǒng)的性能分析與校正4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。 五、參考教材與主要參考書(shū)1 楊叔子主編. 機(jī)械工程控制基礎(chǔ). 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2011.7（ISBN: 97875609687350）.2 楊咸啟主編. 機(jī)電工程控制基礎(chǔ). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2005.9 (ISBN: 7118039101).3 王積偉主編. 控制工程基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社.2010.5(ISBN：9787040291087).六、成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開(kāi)卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績(jī)綜合評(píng)分體系： 成績(jī)綜合