《機械工程控制基礎(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)知識課時/學(xué)分32/2課程性質(zhì)必修實踐學(xué)時責任教師 課外學(xué)時課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹1.課程描述： 機械工程控制基礎(chǔ)是具有一般方法論特點的技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程側(cè)重原理，同時其內(nèi)容密切結(jié)合工程實際。它以控制論為理論基礎(chǔ)，研究機械工程中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題；同時，它又是一種方法論。2.設(shè)計思路： 學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以動態(tài)

2、的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)；從整體的而不是分離的角度，從整個系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；能結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。這包括兩個方面：對機電系統(tǒng)中存在的問題能夠以控制論的觀點和思維方法進行科學(xué)分析，以找出問題的本質(zhì)和有效的解決方法；如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運動，以達到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。課程是培養(yǎng)本科生從事機械制造領(lǐng)域工程工作的專業(yè)知識基礎(chǔ)課，為達成能力矩陣1.4、1.6、2.1、2.2、2.6項要求見下表。序號授課內(nèi)容機械設(shè)計制造及其自動化專業(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)知識和技能：2.1 對于建立機電系統(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、簡化與演算等，應(yīng)有清晰的基本概念并能熟練掌握。2.2 對于典型系統(tǒng)的時域和頻域特性，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對于線性系統(tǒng)的性能指標有較全面的認識，了解并掌握系統(tǒng)的綜合與校正的常用方法。2.5 對系統(tǒng)分析和辯識問題應(yīng)建立基本概念。3. 課程與其他課程的關(guān)系：機械工程控

4、制基礎(chǔ)是機械專業(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、課程目標學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以動態(tài)的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)；從整體的而不是分離的角度，從整個系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；能結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。這包括兩個方面：對機電系統(tǒng)中存在的問題能夠以控制論的觀點和思維方法進行科學(xué)分析，以找出問題的本質(zhì)和有效的解決方法；如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運動，以達到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)

5、最佳控制打下基礎(chǔ)。三、學(xué)習(xí)要求機械工程控制基礎(chǔ)是一門比較抽象的技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)過程中既不能陷于專業(yè)技術(shù)中，僅研究專業(yè)技術(shù)問題，但又必須概括工程實踐，緊密結(jié)合專業(yè)實際。本課程以數(shù)學(xué)、物理及有關(guān)學(xué)科為其理論基礎(chǔ)，以機械工程中有關(guān)系統(tǒng)動力學(xué)為抽象、概括與研究的對象，運用信息的傳遞、處理與反饋進行控制這一正確的思維方法與觀點，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。要完成以上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生必須： （1）按時上課、認真聽講，積極參與課堂討論。 （2）要重視習(xí)題和實驗，要獨立完成作業(yè)，加深對基本概念的理解與基本方法的運用。 （3）學(xué)習(xí)本課程時，不必過分追求數(shù)學(xué)論證上的嚴謹性，但一定要

6、充分注意到數(shù)學(xué)結(jié)論的準確性與物理概念的明晰性。 （4）在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)大膽地思考問題，提出問題，研究問題，運用學(xué)習(xí)中反饋所獲得的信息來總結(jié)經(jīng)驗，指導(dǎo)學(xué)習(xí)，切記“書云亦云”，努力“書書之所未書”，不為教材所束縛。四、教學(xué)進度序號主題計劃課時主要內(nèi)容概述實驗實踐內(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；對控制系統(tǒng)的基本要求；本課程的特點及學(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、簡化；工程中典型的機電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3時間響應(yīng)與誤差分析6時間響應(yīng)的基本概念；典型輸入信號與一階、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)；二階系統(tǒng)響應(yīng)的性能指標；高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)；函數(shù)在時間響應(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；頻率特性的對數(shù)坐標圖（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)頻率特性的對數(shù)坐標圖辨識系統(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；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；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)計方法；PID調(diào)節(jié)器的基本特性與設(shè)計方法；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1 楊叔子主編. 機械工程控制基礎(chǔ). 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2011.7（ISBN: 97875609687350）.2 楊咸啟主編. 機電工程控制基礎(chǔ). 北京：國防工業(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、成績評定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績綜合評分體系： 成績綜合