《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE8《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱控制工程基礎(chǔ)課程編號310050026課程性質(zhì)必修課課程類別核心課程開課單位測控教研室授課學(xué)期第三學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32課內(nèi)學(xué)時32理論授課32上機學(xué)時0課內(nèi)實踐0實驗學(xué)時0課外學(xué)時32適用專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化是否雙語否先修課程高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、大學(xué)物理、理論力學(xué)、電路原理后續(xù)課程畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《控制工程基礎(chǔ)》是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門比較抽象的、具有很強實踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程以數(shù)學(xué)、物理及有關(guān)學(xué)科為理論基礎(chǔ)，以機械工程中有關(guān)系統(tǒng)為對象，運用信息的傳遞、處理與反饋進行控制，將數(shù)理基礎(chǔ)課與專業(yè)課緊密結(jié)合在一起。培養(yǎng)學(xué)生掌握控制工程的基本概念、基本理論和基本方法,使學(xué)生具備建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、對系統(tǒng)進行時間響應(yīng)分析、頻率特性分析以及穩(wěn)定性分析的能力。全面考核學(xué)生對知識的掌握、運用、分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)、未來從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究、新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生嚴謹科學(xué)的思維方式和求真務(wù)實的工作作風(fēng)，成為與社會主義現(xiàn)代化建設(shè)要求相適應(yīng)的德、智、體、美、勞全面發(fā)展的應(yīng)用型高級專門人才。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(xué)習(xí)，使學(xué)生達到以下目標：課程目標1.培養(yǎng)學(xué)生能夠?qū)ο到y(tǒng)進行時間響應(yīng)分析和頻率特性分析，能夠利用穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜工程問題進行分析和提煉，設(shè)計解決方案的能力。課程目標2.培養(yǎng)學(xué)生能夠利用控制理論中的基本方法，將數(shù)理基礎(chǔ)知識與工程實際相結(jié)合,能夠建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并進行變換、求解的能力。課程目標3.培養(yǎng)學(xué)生從整個系統(tǒng)中信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的“動態(tài)行為”，對工程實際中存在的問題能夠以控制論的觀點和思想方法進行科學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)和有效的解決方法。培養(yǎng)學(xué)生嚴謹科學(xué)的思維方式和求真務(wù)實的工作作風(fēng)，成為一名合格的應(yīng)用型高級專門人才。（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指標點1-2：掌握解決機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域問題所需的工程基礎(chǔ)知識，具備應(yīng)用基本理論分析工程問題的能力；指標點4-1:能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，探討分析解決方案；工程知識4-研究課程目標2指標點2-1：能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和儀器儀表工程學(xué)科的基本原理對機械設(shè)計制造及其自動化工程問題進行識別與描述；2-問題分析課程目標3指標點4-1：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，探討分析解決方案；4-研究四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容了解反饋控制的基本原理以及控制系統(tǒng)的基本概念;理解并掌握常見的控制方式;理解并掌握控制系統(tǒng)的術(shù)語、組成及分類;理解并掌握對控制系統(tǒng)的基本要求；了解控制理論的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢。2.重點和難點重點：常見的控制方式;控制系統(tǒng)的術(shù)語、組成及分類；對控制系統(tǒng)的基本要求。難點：開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的區(qū)分、正反饋與負反饋的區(qū)分。教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，對控制工程的重要性以及控制系統(tǒng)的基本概念有較深刻的理解。支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第二單元數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容了解拉氏變換與拉氏反變換的定義；掌握常見函數(shù)的拉氏變換和拉氏變換定理；掌握拉氏反變換的部分分式法。重點和難點重點：常見函數(shù)拉氏變換；拉氏變換定理；拉氏反變換的部分分式法。難點：拉氏變換定理及拉氏反變換的計算。3.教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠達到靈活運用拉普拉斯變換去分析問題、解決問題。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標2。第三單元系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）課程主要內(nèi)容了解微分方程列寫方法；理解傳遞函數(shù)的基本概念及特點;掌握典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)；熟練掌握傳遞函數(shù)方框圖的等效變換。2.重點和難點重點：建立系統(tǒng)微分方程、求傳遞函數(shù)以及傳遞函數(shù)方框圖的等效變換。難點：列寫微分方程、計算傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù)方框圖的等效變換。3.教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠達到對較簡單的機械系統(tǒng)和電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標2。第四單元時間響應(yīng)分析（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容理解時間響應(yīng)的概念及其組成；深度理解一階、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析；熟練掌握一階、二階系統(tǒng)時間響應(yīng)性能指標的計算方法;理解并掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算。2.重點和難點重點：二階系統(tǒng)時間響應(yīng)性能指標的計算；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算。難點：系統(tǒng)時域性能指標和穩(wěn)態(tài)誤差的計算。3.教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠?qū)σ浑A、二階系統(tǒng)進行時間響應(yīng)分析并計算各項性能指標，能夠?qū)ο到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差進行分析。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第五單元頻率特性分析（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容理解頻率響應(yīng)和頻率特性的概念；熟練掌握利用頻率特性計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；熟練掌握頻率特性的圖示方法Nyquist圖和Bode圖；了解最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)的概念；了解頻域性能指標。2.重點和難點重點：系統(tǒng)在諧波輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)計算；頻率特性的圖示法。難點：繪制頻率特性的Nyquist圖和Bode圖。3.教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行頻率特性分析，并用圖示法表示出來。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第六單元系統(tǒng)的穩(wěn)定性（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容理解系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件;熟練掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)；掌握系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度的計算。2.重點和難點重點：Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù);系統(tǒng)相對穩(wěn)定性裕度的計算。難點：系統(tǒng)的幅值裕度和相位裕度的計算。3.教學(xué)方法(1)以課堂教學(xué)為主，輔以問題式、啟發(fā)式、案例式等多種交互式教學(xué)方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業(yè)的方式鞏固所學(xué)知識。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果要求學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠利用穩(wěn)定判據(jù)判斷出系統(tǒng)是否穩(wěn)定，并計算出穩(wěn)定性裕度。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元緒論講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標1、321：1第二單元數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標221：1第三單元系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標261：1第四單元時間響應(yīng)分析講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標1、381：1第五單元頻率特性分析講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標1、361：1第六單元系統(tǒng)的穩(wěn)定性講授法、交互式教學(xué)、隨堂測驗課程目標1、381：1合計321：1五、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)（百分制）70本門課程布置7次作業(yè)，主要考核學(xué)生對課程的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，作業(yè)按百分制打分，計算全部作業(yè)的平均成績。目標分值=0.7*作業(yè)平均成績測驗（百分制）20隨堂測驗，主要考核學(xué)生課堂的聽課效果和課后復(fù)習(xí)消化知識的情況。目標分值=0.2*測驗平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10考核內(nèi)容及評價細則:依據(jù)課堂表現(xiàn)、課堂紀律、平時出勤打分。目標分值=0.1*課堂表現(xiàn)成績期末考試70%知識40考核內(nèi)容：緒論(5%)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（20%）、時間響應(yīng)分析（25%）、頻率特性分析（25%）、系統(tǒng)的穩(wěn)定性（25%）?？荚囶}型：填空、選擇、判斷、計算題評價細則：嚴格按照試卷評分標準，按步驟打分。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(xué)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1-1控制系統(tǒng)的術(shù)語、組成及分類；1-2對控制系統(tǒng)的基本要求作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、3第二單元數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識2-1常見函數(shù)拉氏變換；2-2拉氏變換定理;2-3拉氏反變換的部分分式法作業(yè)、測驗、期末考試課程目標2第三單元系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3-1建立系統(tǒng)微分方程、求傳遞函數(shù)以及。3-2傳遞函數(shù)方框圖的等效變換作業(yè)，測驗、期末考試課程目標2第四單元時間響應(yīng)分析4-1時間響應(yīng)的概念及其組成；4-2一、二階系統(tǒng)時間響應(yīng)性能指標的計算；4-3系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算作業(yè)、測驗，期末考試課程目標1、3第五單元頻率特性分析5-1系統(tǒng)在諧波輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)計算；5-2頻率特性的圖示法。作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、3第六單元系統(tǒng)的穩(wěn)定性6-1穩(wěn)定的充要條件;6-2勞斯穩(wěn)定判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)；6-3相位裕度和幅值裕度的計算。作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材楊叔子主編：《機械控制工程基礎(chǔ)》，華中理工大學(xué)出版社,2023年版;（二）相關(guān)推薦書目1.朱驥北主編：《機械控制工程基礎(chǔ)》，機械工業(yè)出版