《控制工程基礎》課程教學大綱

控制工程基礎編碼：ME04027Code:ME04027課程名稱：控制工程基礎CourseTitle:TheBasisofControlEngineering課程類別：學類核心 Coursecategory:CoreCoursesinGeneralCategory學分：2 Credit（s）:2開課單位：機械與運載工程學院OfferingCollege/School:CollegeofMechanical&VehicleEngineering課程描述：本課程是機械設計制造及自動化、車輛工程、熱能專業(yè)的專業(yè)核心課程，是一門比較抽象的技術基礎課。通過該課程的教學使學生能夠掌握古典控制理論的基本概念、基本理論和基本分析方法，主要掌握常見系統(tǒng)數(shù)學模型的建立、一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的時域分析及頻域分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷等內(nèi)容，了解系統(tǒng)辨識及系統(tǒng)校正的基本方法，為學生學習相關后續(xù)專業(yè)課程，如計算機控制技術、機電傳動與控制等打下必不可少的基礎，并逐漸培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。通過學習本課程，學生獲得機械工程相關的基本理論、基本知識和基本技能，鍛煉和提升分析解決復雜機械工程實際問題的能力、自主學習與創(chuàng)新等多方面的能力。Coursedescription:Thiscourseistherequiredcourseformechanicaldesign,manufacturingandautomation,vehicleengineeringandpowerengineering.It’sanabstracttechnical

basiccourse.Throughthecourseof

learning,studentsareableto

masterthebasicconcepts,

basictheoryof

classical

controltheory

andthebasic

analysismethod.Themain

contentsinclude:building

common

mathematicalmodelofthesystem，timedomainanalysis

andfrequencydomain

analysisofa

secondorderand

two

ordersystemandthesystemstability

judgment

etc.Studentsshouldunderstandthebasic

calibrationmethods

ofsystemidentificationand

systemcorrectiontolaythefoundationofstudyingtherelevantfollow-up

professionalcourses,

suchasthe

basisofcomputer

controltechnology,

electromechanicaltransmissionandcontrol,whichgradually

developstudent’sabilitytoanalyzeandsolvetheproblem.Throughthiscourse,studentscanacquirethebasictheories,thebasicknowledgeandthebasicskillsinmechanicalengineering,fosterandimprovetheirabilitiessuchasanalyzingandsolvingcomplexpracticalengineeringproblemsandindependentlearningandindependentinnovation.課程內(nèi)容（一）課程教學目標通過本課程的教學，使學生具備以下能力：具有解決復雜機械工程問題所需的機械制造基礎知識及其應用能力（畢業(yè)要求1.3）。在考慮安全與健康、法律法規(guī)與相關標準以及經(jīng)濟、環(huán)境、文化、社會等制約因素的前提下，能夠針對復雜機械工程問題進行分析，提出并確定相應解決方案。（畢業(yè)要求3.1）。（二）基本教學內(nèi)容第一章、緒論教學目的：通過本章的學習，要求學生了解機械控制工程的研究對象和任務；掌握控制系統(tǒng)的分類；掌握反饋和反饋控制；了解控制系統(tǒng)的基本要求。培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維。相應畢業(yè)要求：1.3教學內(nèi)容：1.機械控制工程的研究對象和任務；2.控制系統(tǒng)的分類；3.反饋和反饋控制；4.控制系統(tǒng)的基本要求。學時分配：課堂教學1學時補充章節(jié)拉普拉斯變換教學目的：通過本章的學習，要求學生掌握拉氏變換的概念；掌握常用函數(shù)的拉氏變換；了解拉氏變換的基本性質(zhì)；掌握拉氏反變換；能夠應用拉氏變換求解線性微分方程。培養(yǎng)學生理論分析能力。教學重點：掌握拉氏變換的概念和常用函數(shù)的拉氏變換；掌握拉氏反變換。教學難點：應用拉氏變換求解線性微分方程。相應畢業(yè)要求：1.3教學內(nèi)容：1.拉氏變換的概念；2.常用函數(shù)的拉氏變換；3.拉氏變換的基本性質(zhì)；4.拉氏反變換；5.應用拉氏變換求解線性微分方程。學時分配：課堂教學2學時第二章、傳遞函數(shù)教學目的：通過本章的學習，要求學生掌握系統(tǒng)微分方程的建立及非線性方程的線性化；掌握傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；了解系統(tǒng)傳遞函數(shù)方塊圖及其簡化；掌握相似原理。培養(yǎng)學生理論分析能力。培養(yǎng)學生分析連續(xù)控制系統(tǒng)等的初步能力。教學重點：微分方程的建立、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)傳遞函數(shù)方塊圖及其簡化。教學難點：系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立和系統(tǒng)傳遞函數(shù)方塊圖簡化。相應畢業(yè)要求：1.3教學內(nèi)容：1.系統(tǒng)微分方程的建立及非線性方程的線性化；2.傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；3.系統(tǒng)傳遞函數(shù)方塊圖及其簡化；4.相似原理。學時分配：課堂教學4學時第三章、時間響應分析教學目的：通過本章的學習，要求學生了解系統(tǒng)的時間響應及其組成；了解典型輸入信號；掌握一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的時間響應分析；掌握系統(tǒng)的時域性能指標及其與系統(tǒng)參數(shù)的關系；了解高階系統(tǒng)的時間響應分析；掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算。培養(yǎng)學生理論分析能力。培養(yǎng)學生綜合運用所學科學理論和技術手段分析和解決機械控制工程實際問題的能力。教學重點：一階系統(tǒng)的時間響應分析；二階系統(tǒng)的時間響應分析；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算。教學難點：系統(tǒng)的時域性能指標及其與系統(tǒng)參數(shù)的關系。相應畢業(yè)要求：3.1教學內(nèi)容：1.系統(tǒng)的時間響應及其組成；2.典型輸入信號；3.一階系統(tǒng)的時間響應分析；4.二階系統(tǒng)的時間響應分析；5.系統(tǒng)的時域性能指標及其與系統(tǒng)參數(shù)的關系；6.高階系統(tǒng)的時間響應分析；7.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算。學時分配：課堂教學5學時第四章、頻率特性分析教學目的：通過本章的學習，要求學生掌握頻率響應和頻率特性的基本概念；掌握頻率特性的求取、兩種表示方法及特點；掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖和極坐標圖（Nyquist圖）的繪制；掌握典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標圖（Bode圖）；掌握開環(huán)系統(tǒng)Bode圖的繪制；理解最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)及其幅頻和相頻特性。培養(yǎng)學生綜合運用所學科學理論和技術手段分析和解決機械控制工程實際問題的能力。教學重點：頻率響應和頻率特性的基本概念；頻率特性的求取、兩種表示方法及特點。教學難點：典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖和極坐標圖（Nyquist圖）的繪制；典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標圖（Bode圖）；開環(huán)系統(tǒng)Bode圖的繪制。相應畢業(yè)要求：3.1教學內(nèi)容：1.頻率響應和頻率特性的基本概念；2.頻率特性的求取、兩種表示方法及特點；3.典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖和極坐標圖（Nyquist圖）的繪制；4.典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標圖（Bode圖）；5.開環(huán)系統(tǒng)Bode圖的繪制；6.最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)及其幅頻和相頻特性。學時分配：課堂教學8學時，小班討論2學時第五章、系統(tǒng)的穩(wěn)定性教學目的：通過本章的學習，要求學生掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念；理解勞斯（Routh）穩(wěn)定判據(jù)和Nyquist穩(wěn)定判據(jù)；能夠判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；理解系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。培養(yǎng)學生綜合運用所學科學理論和技術手段分析和解決機械控制工程實際問題的能力。教學重點：系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和穩(wěn)定判據(jù)。教學難點：Nyquist穩(wěn)定判據(jù)；系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。相應畢業(yè)要求：3.1教學內(nèi)容：1.系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念；2.勞斯（Routh）穩(wěn)定判據(jù)；3.Nyquist穩(wěn)定判據(jù)；4.系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。學時分配：課堂教學5學時第六章、系統(tǒng)的性能分析與校正教學目的：通過本章的學習，要求學生了解系統(tǒng)的性能指標；了解系統(tǒng)的校正。教學重點：系統(tǒng)校正的基本概念。教學難點：系統(tǒng)的校正。相應畢業(yè)要求：3.1教學內(nèi)容：1.系統(tǒng)的性能指標；2.系統(tǒng)的校正。學時分配：課堂教學1學時，小班討論2學時考核方式本課程考核采用閉卷考試的形式期評成績占比：1.平時成績一（作業(yè)、考勤、課堂討論）占30%2.平時成績二（實驗）占20%3.期末考試成績（閉卷）占50%持續(xù)改進方法1、采用先進的教學手段、方法和教