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)大綱課程名稱：控制工程基礎(chǔ)英文名稱：Elements of Control Engineering課程編號(hào)：X2040281學(xué) 時(shí) 數(shù)：40 (實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：6 課外學(xué)時(shí)數(shù)： 0 )學(xué) 分 數(shù)：2.5適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)本課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)合工程實(shí)際，是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。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。學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生能以動(dòng)力學(xué)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)

2、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。為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下一定的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)內(nèi)容的基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)本課程的授課內(nèi)容與教學(xué)要求如下：（一）緒論了解機(jī)械工程控制的發(fā)展史、控制工程基礎(chǔ)的研究對(duì)象及任務(wù)、機(jī)械工程控制系統(tǒng)的分類和機(jī)械工程控制系統(tǒng)的基本要求；理解反饋的概念；掌握機(jī)械工程控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用。重點(diǎn)：反饋的概念和機(jī)械工程控制系統(tǒng)的組成及各部分的作用。教學(xué)建議：結(jié)合軋機(jī)板型控制液壓壓下控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行講解。（二）傳遞函數(shù)對(duì)于建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，有關(guān)數(shù)學(xué)工具要求理解拉氏變換與反變換的定義；掌握拉氏變換性質(zhì)的應(yīng)用；熟練掌握拉氏變

3、換與拉氏逆變換的求解方法。對(duì)于建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，要求了解相似原理；掌握典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；熟練掌握系統(tǒng)數(shù)學(xué)摸型的建立、傳遞函數(shù)和方框圖及其簡(jiǎn)化。重點(diǎn)：拉氏變換性質(zhì)的應(yīng)用；拉氏變換與拉氏逆變換的求解方法。系統(tǒng)數(shù)學(xué)摸型的建立、傳遞函數(shù)和方框圖的簡(jiǎn)化。難點(diǎn)：拉氏變換性質(zhì)中的微分性質(zhì)、積分性質(zhì)、初值定理、終值定理和延遲定理；拉氏逆變換的求解方法。系統(tǒng)數(shù)學(xué)摸型的建立和方框圖的簡(jiǎn)化。教學(xué)建議：結(jié)合軋機(jī)板型控制液壓壓下控制系統(tǒng)講解數(shù)學(xué)模型的建立。（三）時(shí)間響應(yīng)分析對(duì)于典型系統(tǒng)的時(shí)域特性，應(yīng)有清楚的基本概念并能熟練掌握。要求了解高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)；正確理解穩(wěn)態(tài)誤差的概念；掌握時(shí)間響應(yīng)的求解及典型輸入信號(hào)；熟

4、練掌握一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及性能，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法。重點(diǎn)：一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及性能，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法。難點(diǎn)：時(shí)間響應(yīng)的求解，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法。教學(xué)建議：利用MATLAB軟件，對(duì)軋機(jī)板型控制液壓壓下控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果進(jìn)行分析和講解。（四）頻率特性分析對(duì)于典型系統(tǒng)的頻域特性，應(yīng)有清楚的基本概念并能熟練掌握。要求掌握頻率特性的基本概念、閉環(huán)頻率特性的特征量；熟練掌握頻率特性的極坐標(biāo)圖和頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。重點(diǎn)和難點(diǎn)：頻率特性的極坐標(biāo)圖和頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。教學(xué)建議：利用MATLAB軟件，對(duì)軋機(jī)板型控制液壓壓下控制系統(tǒng)的數(shù)

5、學(xué)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果進(jìn)行分析和講解。（五）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)。要求理解系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念；熟練掌握Routh穩(wěn)定判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。重點(diǎn)：Routh穩(wěn)定判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。難點(diǎn)：Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。教學(xué)建議：利用MATLAB軟件，對(duì)軋機(jī)板型控制液壓壓下控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果進(jìn)行分析和講解。三、教學(xué)方式及學(xué)時(shí)分配序號(hào)教 學(xué) 內(nèi) 容學(xué)時(shí)分配教學(xué)方式輔導(dǎo)答疑一緒論2講授2：1二傳遞函數(shù)8講授2：1三時(shí)間

6、響應(yīng)分析6+2講授+實(shí)驗(yàn)2：1四頻率特性分析8+2講授+實(shí)驗(yàn)2：1五系統(tǒng)穩(wěn)定性分析10+2講授+實(shí)驗(yàn)2：1四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)的要求1實(shí)踐教學(xué)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)者類別1時(shí)間響應(yīng)特性分析典型環(huán)節(jié)及二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)2驗(yàn)證性必修本科生2系統(tǒng)頻率特性分析用MATLAB軟件仿真的方法，求取慣性環(huán)節(jié)和二階系統(tǒng)的頻率特性2驗(yàn)證性必修本科生3系統(tǒng)穩(wěn)定性分析用MATLAB軟件仿真的方法，求取系統(tǒng)的頻率特性并進(jìn)行穩(wěn)定性分析2驗(yàn)證性必修本科生(1)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)繪制系統(tǒng)方框圖、實(shí)驗(yàn)線路圖、伯德圖。記錄測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。(2)實(shí)驗(yàn)考核方式、內(nèi)容及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)成

7、績(jī)按實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)所占課程總學(xué)時(shí)的比例（10-20%）計(jì)，目前為15分。以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)為依據(jù)進(jìn)行考核。最終的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)楦鞔螌?shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值。學(xué)生必須完成本課程規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，成績(jī)合格者才能參加期末考試。2.課外作業(yè)輔以一定的習(xí)題使學(xué)生消化、理解和鞏固所學(xué)知識(shí)。作業(yè)每4個(gè)學(xué)時(shí)布置一次作業(yè)，每次作業(yè)題量不少于4道題，教師對(duì)作業(yè)全批全改并作平時(shí)成績(jī)記載。五、本課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：高等數(shù)學(xué) 線性代數(shù) 復(fù)變函數(shù) 理論力學(xué) 機(jī)械原理 電工學(xué)和電子學(xué)后續(xù)課程：機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制 液壓伺服控制 液壓比例控制 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)六、教學(xué)參考書(shū)目機(jī)械工程控制基礎(chǔ)(第五版) 楊叔子、楊克沖等編著 華中理工大學(xué)出版社 2005年 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)(第一版) 柳洪義、原所先等編 東北大學(xué)大學(xué)出版社 2002年機(jī)械控制工程基礎(chǔ)(第一版) 朱冀北著 機(jī)械工業(yè)出版社 1992年控制工程基礎(chǔ)(第一版) 張伯鵬 機(jī)械工業(yè)出版社 1992年現(xiàn)代控制工程(第一版) 緒方勝?gòu)┲R伯英等