《機械工程控制基礎》課程教學大綱

1、PAGE PAGE - 4 -本科生課程大綱課程名稱機械工程控制基礎Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering課程代碼082103101257課程屬性專業(yè)知識課時/學分32/2課程性質必修實踐學時責任教師 課外學時課程屬性：公共基礎/通識教育/學科基礎/專業(yè)知識/工作技能，課程性質：必修、選修課程介紹1.課程描述： 機械工程控制基礎是具有一般方法論特點的技術基礎課，本課程側重原理，同時其內容密切結合工程實際。它以控制論為理論基礎，研究機械工程中廣義系統(tǒng)的動力學問題；同時，它又是一種方法論。2.設計思路： 學習本課程的目的在于使學生能以動態(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、轉換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；能結合工程實際，應用經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分析，以找出問題的本質和有效的解決方法；如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預定的規(guī)律運動，以達到預定的技術經濟指標，為實現(xiàn)最佳控制打下基礎。課程是培養(yǎng)本科生從事機械制造領域工程工作的專業(yè)知識基礎課，為達成能力矩陣1.4、1.6、2.1、2.2、2.6項要求見下表。序號授課內容機械設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)的數學模型3時間響應與誤差分析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)的數學模型，有關數學工具（如Laplace變換等）的應用，傳遞函數與方框圖的求取、簡化與演算等，應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。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)分析和辯識問題應建立基本概念。3. 課程與其他課程的關系：機械工程控

4、制基礎是機械專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，學習本課程前學生已完成高等數學、大學物理、電路基礎、機械原理等課程。本課程為后期控制類課程的學習奠定基本理論基礎。二、課程目標學習本課程的目的在于使學生能以動態(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、轉換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；能結合工程實際，應用經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分析，以找出問題的本質和有效的解決方法；如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預定的規(guī)律運動，以達到預定的技術經濟指標，為實現(xiàn)

5、最佳控制打下基礎。三、學習要求機械工程控制基礎是一門比較抽象的技術基礎課。學習過程中既不能陷于專業(yè)技術中，僅研究專業(yè)技術問題，但又必須概括工程實踐，緊密結合專業(yè)實際。本課程以數學、物理及有關學科為其理論基礎，以機械工程中有關系統(tǒng)動力學為抽象、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，在數理基礎課程與專業(yè)課程之間架起一道橋梁，將兩者緊密結合起來。要完成以上學習任務，學生必須： （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）學習本課程時，不必過分追求數學論證上的嚴謹性，但一定要

6、充分注意到數學結論的準確性與物理概念的明晰性。 （4）在學習過程中，應大膽地思考問題，提出問題，研究問題，運用學習中反饋所獲得的信息來總結經驗，指導學習，切記“書云亦云”，努力“書書之所未書”，不為教材所束縛。四、教學進度序號主題計劃課時主要內容概述實驗實踐內容或課外練習1緒論2關于“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；本課程的特點及學習方法。2系統(tǒng)的數學模型6系統(tǒng)的數學模型；傳遞函數的基本概念及其數學物理意義與求取方法； 輸入輸出信號與傳遞函數的關系；系統(tǒng)方框圖；閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數方框圖的等效

7、簡化；工程中典型的機電系統(tǒng)的傳遞函數。3時間響應與誤差分析6時間響應的基本概念；典型輸入信號與一階、二階系統(tǒng)的時間響應；二階系統(tǒng)響應的性能指標；高階系統(tǒng)的時間響應；函數在時間響應中的作用；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；根據頻率特性的對數坐標圖辨識系統(tǒng)數學模型。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、Nyquist穩(wěn)定性判據的基本原理和方法；Bode判據系統(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計方法；PID調節(jié)器的基本特性與設計方法；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. 武漢：華中科技大學出版社. 2011.7（ISBN: 97875609687350）.2 楊咸啟主編. 機電工程控制基礎. 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. 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