《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱一、課程名稱機(jī)械工程控制基礎(chǔ)CyberneticsFoundationforMechanicalEngineering學(xué)時(shí)：40二、授課對(duì)象機(jī)械類各專業(yè)三、先修課程復(fù)變函數(shù)、積分變換四、課程的性質(zhì)、目標(biāo)與任務(wù)本課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)合工程實(shí)際，是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它是控制論為理論基礎(chǔ)，以機(jī)械工程系統(tǒng)為研究對(duì)象的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；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)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：①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；②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)。五、課程的基本要求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)有清楚的基本概念并能熟練掌握。

2．對(duì)于典型系統(tǒng)的時(shí)域和頻域特性，應(yīng)有清楚的基本概念并能熟練掌握。

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)。

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。

5．了解線性離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的基本概念和基本的分析方法。

6．對(duì)系統(tǒng)辯識(shí)問(wèn)題應(yīng)建立基本概念。六、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配授課學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)；復(fù)習(xí)、做習(xí)題、寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等課外學(xué)時(shí)為50學(xué)時(shí)以上。教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)1．緒論機(jī)械工程控制的基本概念、研究對(duì)象和任務(wù)學(xué)習(xí)本課程的目的和意義。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)。42．系統(tǒng)的

數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本概念、利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)、電工學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本方法、典型例子。傳遞函數(shù)的基本概念、其數(shù)學(xué)物理意義、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)、方框圖的等效簡(jiǎn)化、工程中典型的機(jī)、電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)83．時(shí)間響應(yīng)與誤差分析時(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)、δ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84．系統(tǒng)的頻率特性分析頻率響應(yīng)與頻率特性的基本概念、頻率特性與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的關(guān)系、系統(tǒng)的動(dòng)剛度與動(dòng)柔度的概念、頻率特性的表示方法。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。85．系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(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)。66．系統(tǒng)的性能分析與校正系統(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、相位超前—滯后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。67．實(shí)驗(yàn)網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)：線性系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真、線性系統(tǒng)頻率特性的計(jì)算機(jī)輔助分析（Nyquist圖、Bode圖）七、作業(yè)要求作業(yè)每二個(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。八、教材及參考書(shū)教材：熊良才，吳波．《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與考試指導(dǎo)》，華中科技大學(xué)出版社，2008．楊叔子，楊克沖等編.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)(第六版).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011．參考書(shū)：胡壽松等.自動(dòng)控制原理習(xí)