《控制工程基础》教学大纲
（课程编号：A340008，学分3， 学时:48， 实验：6）
一、 课程的性质与目的
“控制工程基础”课程以机电工程领域的线性控制系统为主要对象，介绍应用数学工具或试验结果对线性反馈控制系统进行建模、性能分析和设计的原理和方法。通过学习，使学生能掌握反馈闭环控制的基本概念、基本思想、基本原理，初步掌握建立机电控制系统数学模型的方法，能应用数学手段进行线性控制系统的性能分析，初步掌握控制系统设计校正方法，并初步了解离散控制系统和非线性控制系统的基本，初步了解MATLAB软件在控制系统分析设计中的应用，为后续课程的学习以及从事工程技术工作或继续深造打下基础。
本课程是机械制造与自动化专业的技术基础课。
二、 课程内容与教学要求
1 课程内容
第一章 控制系统导论 一般了解
1-1 自动控制的基本原理
1-2 自动控制系统示例
1-3 自动控制系统的分类
1-4 自动控制系统的基本要求
第二章 控制系统的数学模型 重点掌握
2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换
2-2 控制系统的时域数学模型
2-3 控制系统的复数域数学模型
2-4 控制系统的结构图与信号流图
第三章 线性系统的时域分析法 重点掌握
3-1 系统的时域性能指标
3-2 一阶系统的时域分析
3-3 二阶系统的时域分析
3-4 高阶系统的时域分析
3-5 线性系统的稳定性分析
3-6 线性系统的稳态误差计算
第四章 线性系统的根轨迹法 重点掌握
4-1 根轨迹法的基本概念
4-2 常规根轨迹的绘制法则
4-3 广义根轨迹
4-4 系统性能的分析
第五章 线性系统的频域分析法 重点掌握
5-1 频率特性
5-2 典型环节与开环系统频率特性
5-3 频域稳定判据
5-4 频域稳定裕度
5-5 闭环系统的频域性能指标
第六章 线性系统的校正方法 一般了解
6-1 系统的设计与校正问题
6-2 常用校正装置及其特性
1
第6章 系统的性能指标与校正
一、选择填空题
1.相位超前校正使系统（C）
A.增大相頻穿越频率，提高相位裕度 B.减小幅值穿越频率，提高增益裕度
C.增大幅值穿越频率，提高相位裕度 D.减小相頻穿越频率，提高增益裕度
2.相位滞后校正改善系统性能是基于校正装置的（A）
A.幅值衰减特性降低系统的幅值穿越频率，提高系统的相位裕度
B.相位滞后特性降低系统的幅值穿越频率，提高系统的相位裕度
C.幅值衰减特性增大系统的相頻穿越频率，提高系统的增益裕度
D.相位滞后特性增大系统的相頻穿越频率，提高系统的增益裕度
3.比例-微分（PD）校正是（A）
A.相位超前校正 B.相位滞后校正 C.相位滞后-超前校正 D.复合校正
二、填空题
1.利用超前校正网络的相位超前特性，将其最大相位超前角设置在系统的（截止频率（幅
值穿越频率））处，以增大系统的相位裕量，达到改善系统瞬态响应的目的。
2.在进行相位滞后校正时，系统的截止频率ωc应选在原系统()180[]
c
处，其中补偿角是校正装置在ωc处产生的（相位滞后量）。
3.超前校正补偿角是补偿因校正装置使截止频率增大而增加的（系统相角滞后量）。
三、计算应用题
1.设单位反馈系统的开环传递函数为0()
(0.21)(0.51)K
Gs
sss
，要求的性能指标为：
120
vKs，相位裕量γ≥35°，幅值裕量[]=10
gLdB，试求串联滞后校正环节的传递函
数。
解：1）根据稳态指标要求求出K值
1
00lim()20
VsKsGsKs
则未校正系统的频率特性为
020
()
(10.2)(10.5)Gj
jjj
幅频特性和相頻特性分别为
2
02220
()
1(0.5)1(0.2)A
11
0()90tan(0.2)tan(0.5)
020
20lg02
20
()20lg25
0.5
20
20lg5
0.50.2L
信息文本
单项选择题（共20道题，每题4分，共90分）
题目1
正确
获得4.00分中的4.00分
标记题目
题干
在采用频率法设计校正装置时，串联超前校正网络是利用它（ ）。
选择一项：
A. 相位超前特性
B. 低频衰减特性
C. 相位滞后特性 D. 高频衰减特性
反馈
恭喜您，答对了。
正确答案是：相位超前特性
题目2
正确
获得4.00分中的4.00分
标记题目
题干
闭环系统因为有了负反馈，能有效地抑制（ ）中参数变换对系统性能的影响。
选择一项：
A. 正向及反馈通道 B. 反馈通道
C. 前馈通道
D.
正向通道
反馈
恭喜您，答对了。
正确答案是：正向及反馈通道
题目3
正确
获得4.00分中的4.00分
标记题目
题干
从下图所示的系统对数幅频特性来看，该系统需要校正是因为（ ）。
选择一项：
A. 系统的抗干扰能力差，需要改变高频段特性。
B.
系统虽然稳定，但稳态和动态响应都不能满足要求，整个特性都需要改变。
C. 系统是稳定的，而且具有满意的动态性能，但稳态误差过大，应改变特性的低频段。
D. 系统是稳定的，且具有满意的稳态性能，但动态响应较差，应改变特性的中频段和高频段。
反馈
恭喜您，答对了。
正确答案是：系统是稳定的，而且具有满意的动态性能，但稳态误差过大，应改变特性的低频段。
题目4 正确
获得4.00分中的4.00分
标记题目
题干
从下图所示的系统对数幅频特性来看，该系统需要校正是因为（ ）。
选择一项：
A. 系统是稳定的，且具有满意的稳态性能，但动态响应较差，应改变特性的中频段和高频段。
B. 系统是稳定的，而且具有满意的动态性能，但稳态误差过大，应改变特性的低频段。
C. 系统虽然稳定，但稳态和动态响应都不能满足要求，整个特性都需要改变。 D.
系统的抗干扰能力差，需要改变高频段特性。
反馈
恭喜您，答对了。
正确答案是：系统是稳定的，且具有满意的稳态性能，但动态响应较差，应改变特性的中频段和高频段。
辽宁科技学院教案
课程名称： 控制工程基础
任课教师： 杨光
开课系部： 机械学院
开课教研室： 机制
开课学期： 2012～2013学年度 第1学期
辽宁科技学院教案（参考样式）
课题名称 第六章 系统的误差分析和计算
第一节 系统稳态误差的基本概念
课次 第（14）次课 课时 2
课型 理论（√）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其他（）
教学目标 了解稳定误差的概念；掌握稳态误差的计算公式。
重点、难点及解决方法 重点：稳态误差的计算公式
难点：无
解决方法：
教学基本内容与教学设计 本节主要内容：
一、复习、组织教学；
二、稳定误差的概念
三、稳态误差的计算公式
四、总结
教学方法 讲授法
教学手段 无
课外学习安排 思考题、预习、辅导答疑
参考资料 《机械工程控制基础》，杨叔子主编；《机械控制工程基础》董玉红主编；
学习效果评测
课外学习
指导安排
教学后记
教学内容
1、控制系统的偏差与误差
偏差信号(s)
偏差信号(s)定义为系统输入Xi(s)与系统主反馈信号B(s)之差，即：(s)= Xi(s)－B(s)＝ Xi(s)－H(s) Xo(s)
稳态误差的计算
系统在输入作用下的偏差传递函数为：
即)()()(11)(siXsHsGsi
利用拉氏变换的终值定理，系统稳态偏差为：
稳态误差：
误差信号E(s)
误差信号e(s)定义为系统期望输出Xor(s)与系统实际输出Xo(s)之差，即： E(s)= Xor(s)－ Xo(s)
控制系统的期望输出Xor(s) 为偏差信号(s)＝0时的实际输出值，即此时控制系统无控制作用，实际输出等于期望输出： Xo(s)＝Xor(s)
由：(s)=Xi(s)－H(s)Xor(s)＝0；可得：Xor(s)＝Xi(s)/H(s)
对于单位反馈系统，H(s)＝1，Xor(s)＝Xi(s)
