《控制工程基礎(chǔ)》課程教學大綱

PAGEPAGE7《控制工程基礎(chǔ)》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱控制工程基礎(chǔ)課程編號課程性質(zhì)必修課課程類別專業(yè)基礎(chǔ)課開課單位車輛工程教研室授課學期第5學期學分/學時2.5/40課內(nèi)學時40理論授課40上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時0課外學時0適用專業(yè)車輛工程專業(yè)是否雙語否先修課程高等數(shù)學、工程力學、電工電子學后續(xù)課程汽車電氣、汽車電控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)二、課程簡介《控制工程基礎(chǔ)》是智能制造工程專業(yè)的必修課，為綜合性性較強的一門課程。本課程對經(jīng)典控制理論中控制系統(tǒng)的數(shù)學描述方法、時域分析方法、頻域分析方法、綜合校正進行理論講授，引導(dǎo)學生正確理解和掌握本課程所涉及的基本概念、基本原理和基本分析方法，并能夠應(yīng)用這些知識分析和解決實際工程問題，同時樹立正確的價值觀，培養(yǎng)良好的職業(yè)操守。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.要求學生理解控制系統(tǒng)的組成、分類、控制方法及其發(fā)展趨勢，熟悉常見經(jīng)典物理系統(tǒng)的數(shù)學模型，能夠推導(dǎo)其傳遞函數(shù)，并基于傳遞函數(shù)對系統(tǒng)進行分析、綜合與校正。課程目標2.通過課程學習和項目案例分析，學生能夠應(yīng)用數(shù)學工具、結(jié)合所學相關(guān)知識對實際工程系統(tǒng)進行建模、分析、優(yōu)化，能夠為系統(tǒng)性能的提高提供設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方法，具有解決實際工程問題的能力。。課程目標3.通過項目案例分析，提高學生的文獻搜索與總結(jié)能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作能力、職業(yè)道德和責任感，使其在車輛工程控制領(lǐng)域具備高度的專業(yè)素養(yǎng)，增強其在交通行業(yè)的競爭力。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1課程目標21.3學習專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜車輛工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標1課程目標22.1能夠運用數(shù)學、自然科學和機械工程學科的基本原理對車輛工程問題進行識別與描述；2-問題分析課程目標1課程目標2課程目標32.2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述，對復(fù)雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進；2-問題分析課程目標2課程目標35.2能夠開發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對車輛工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進行模擬與預(yù)測，并能夠理解其局限性。5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元緒論（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的基本概念。(2)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。(3)控制工程基礎(chǔ)的主要任務(wù)。2.重點和難點(1)重點：控制系統(tǒng)的工作原理和基本要求。(2)難點：控制系統(tǒng)的基本組成和分類。3.教學方法教學課件課堂講授。4.學生學習預(yù)期成果(1)理解控制系統(tǒng)的基本工作原理。(2)了解控制系統(tǒng)的類型。(3)掌握控制系統(tǒng)的基本要求。(4)了解控制工程的基本任務(wù)。5.支撐課程目標課程目標1、3。第二單元控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的微分方程。(2)拉普拉斯變換與反變換。(3)傳遞函數(shù)。(4)控制系統(tǒng)的圖形描述。2.重點和難點(1)重點：拉普拉斯變換，基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，框圖的簡化方法。(2)難點：微分方程的建立、拉普拉斯變換、框圖的簡化及系統(tǒng)相似性。3.教學方法課堂講授基礎(chǔ)知識，通過案例分析增強學生對系統(tǒng)數(shù)學模型的認識。4.學生學習預(yù)期成果(1)能夠利用數(shù)學、物理學等相關(guān)知識建立系統(tǒng)的微分方程。(2)能夠應(yīng)用拉普拉斯變換建立線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。(3)能夠利用系統(tǒng)方框圖對控制系統(tǒng)進行描述與簡化。(4)能夠求解系統(tǒng)的輸入、傳遞函數(shù)和輸出的關(guān)系。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第三單元控制系統(tǒng)的分析方法（學時數(shù)：22學時）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的典型輸入信號。(2)系統(tǒng)的時域分析方法及性能指標。(3)系統(tǒng)的頻率特性的概念及圖形表示。(4)系統(tǒng)的頻率特性分析。(5)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。(6)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算。(7)系統(tǒng)辨識。2.重點和難點(1)重點：一階系統(tǒng)、欠阻尼二階系統(tǒng)的時域瞬態(tài)響應(yīng)指標；勞斯判據(jù)及其應(yīng)用；利用靜態(tài)誤差系數(shù)計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；幾何穩(wěn)定性判據(jù)，相角裕度和幅值裕度的計算與應(yīng)用。(2)難點：勞斯判據(jù)及其應(yīng)用；利用靜態(tài)誤差系數(shù)計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；幾何穩(wěn)定性判據(jù)，相角裕度和幅值裕度的計算與應(yīng)用；基于Bode圖的系統(tǒng)辨識方法。3.教學方法課堂講授基礎(chǔ)知識，通過實例分析使學生掌握并鞏固控制系統(tǒng)的分析方法。4.學生學習預(yù)期成果(1)掌握控制系統(tǒng)的時域分析和頻域分析的方法。(2)對于一階、二階系統(tǒng)，能夠利用本單元所學知識計算其性能指標，分析其性能。(3)對于高階系統(tǒng)，能夠利用相關(guān)數(shù)學工具知識分析其性能。(3)能夠結(jié)合Bode圖辨識系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第四單元控制系統(tǒng)的綜合與校正（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的綜合與校正的概述。(2)控制系統(tǒng)的校正方法。2.重點和難點(1)重點：PID控制的控制規(guī)律和整定方法；串聯(lián)、反饋、復(fù)合校正的分析有設(shè)計。(2)難點：PID整定方法，校正裝置的設(shè)計。3.教學方法課堂分析具體案例，組織小組討論、分析和匯報。4.學生學習預(yù)期成果(1)理解校正的概念與實質(zhì)。(2)能夠基于控制系統(tǒng)性能指標設(shè)計控制裝置。(3)掌握PID控制的基本控制規(guī)律及參數(shù)調(diào)節(jié)方法。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元緒論講授法課程目標1、321：1.25第二單控制系統(tǒng)的數(shù)學模型講授法、案例教學課程目標1、2、381：1.25第三單元控制系統(tǒng)的分析方法講授法、案例教學課程目標1、2、3221：1.25第四單元控制系統(tǒng)的綜合與校正講授法、項目教學課程目標1、2、381：1.25合計401：1.25五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績30%作業(yè)（十分制）90本門課程5次作業(yè)，主要考核學生對本課程基礎(chǔ)知識點的掌握請款，評分細則如下：9~10：表述內(nèi)容充分、嚴謹、準確，計算步驟完整，結(jié)果準確，所用概念、理論和公式準確；準時上交、卷面整潔，書寫工整；7~8：表述內(nèi)容較充分、正確，計算步驟較完整，結(jié)果準確，所用概念、理論和公式準確；準時上交、卷面有涂改，書寫較工整；6：表述內(nèi)容較充分、個別有誤，計算步驟不完善，結(jié)果準確，所用概念、理論和公式有誤；準時上交、卷面有涂改，書寫潦草；<6：表述內(nèi)容不充分、錯誤較多，計算步驟不完整，結(jié)果有誤，所用概念、理論和公式有誤；未準時上交、書寫潦草。目標分值=9*作業(yè)平均成績課堂表現(xiàn)（十分制）101.課上提問及隨堂測驗回答問題正確6分2.上課態(tài)度端正（無遲到早退、上課認真聽講）4分目標成績=課堂表現(xiàn)成績之和實踐成績20%專題設(shè)計（十分制）100考核內(nèi)容及評價細則1.方案設(shè)計合理62.匯報表達清楚、邏輯正確23.回答問題正確24.個人成績按貢獻度排序賦分。目標分值=10*匯報考核內(nèi)容成績之和期末考試60%知識40考核內(nèi)容：基礎(chǔ)知識、設(shè)計分析能力、綜合素質(zhì)?？荚囶}型：選擇、計算、時域分析、勞斯判據(jù)、頻域分析、綜合校正評價細則：1選擇題為單項選擇題，共10小題，每題3分，合計30分；2計算題，拉普拉斯變換3中基本類型，共3小題，每題5分，計算步驟完整，所用公式準確，結(jié)果正確，得滿分；3時域分析題，邏輯清晰、變量表述明確、格式無誤，計算正確，得10分；4勞斯判據(jù)應(yīng)用，邏輯清晰、變量表述明確、格式無誤，計算正確，得15分；5頻域分析題，邏輯清晰、變量表述明確、格式無誤，計算正確，得15分；6綜合校正題，分析邏輯清晰，變量表述明確，格式無誤，計算正確，得15分。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論控制系統(tǒng)的基本原理、組成及類型控制系統(tǒng)的基本要求作業(yè)、考試課程目標1、2第二單元控制系統(tǒng)的數(shù)學模型拉普拉斯變換、系統(tǒng)框圖簡化、系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系作業(yè)、考試課程目標1、2、3第三單元控制系統(tǒng)的分析方法系統(tǒng)的時域分析方法勞斯判據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)頻率特性分析作業(yè)、考試課程目標1、2、3第四單元系統(tǒng)的綜合校正典型系統(tǒng)的綜合與校正專題匯報、考試課程目標1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材孔祥東姚成玉主編：《控制工程基礎(chǔ)》第4版，機械工業(yè)出版社，2019年版。（