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《控制工程基础》课程教学大纲课程名称：控制工程基础英文名称：Control Engineering Fundamental课程编码：51510502学时/学分：42/6课程性质：必修课适用专业：机械类各专业先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）一、课程的目的与任务《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。
本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。
这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。
本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。
使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。
在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。
学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。
二、教学内容及基本要求绪论教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。
教学重点和难点：1．系统的概述、工作原理和一般构成2．系统的基本控制方式和分类3．系统的基本要求和控制工程实践教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
《控制工程基础》教学大纲英文名称：Control Engineering Foundation学分：2.5学分学时：40学时实验学时：4学时先修课程：高等数学、电工与电子学、复变函数、工程力学教学对象：过程装备与控制工程系的本科生教学目的：本课程为过程装备与控制工程的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业科研、生产所必备的理论基础。
通过本课程的学习，能够使学生熟悉过程控制系统的数学模型，掌握控制系统分析的一般方法和基本理论，为过程装备控制工程的分析和设计打下基础。
教学要求：控制工程基础主要介绍反馈控制系统的经典控制理论及其工程分析和设计方法，使学生掌握反馈系统的基本工作原理，物理系统的数学模型、典型环节和系统的时域和频域特性的基本概念及分析方法，使学生能顺利学习后续的专业课。
教学内容：第一章绪论（2学时）§1-1 控制理论的发展概述自动控制概念；发展概述§1-2 控制系统组成过程控制示例；控制系统组成；基本术语；§1-3 方框图§1-4 控制系统分类系统结构；按给定值分类；按系统特性分类；按系统信号分类§1-5 对控制系统要求基本要求：了解自动控制的基本概念、控制理论的发展及控制系统分类；掌握控制系统性能指标。
重点：了解自动控制的组成及反馈原理。
难点：控制系统方框图代表含义。
第二章控制系统的数学模型（10学时）§2-1 概述§2-2 数学模型的建立理论推导的一般步骤；示例（机械系统，电气系统）；非线性微分方程的线性化§2-3 控制系统的复域数学模型——传递函数拉氏变换；传递函数（典型环节）；§2-4 控制系统方框图动态结构图的建立及示例；动态结构图的常用符号及连接式；方框图的等效变换；方框图的等效变换示例§2-5 反馈控制系统的传递函数闭环控制系统的开环传递函数；给定输入下的闭环传递函数；扰动信号下的闭环传递函数；系统输出；闭环控制系统误差传递函数基本要求：掌握控制系统数学模型理论推导的一般步骤和拉氏变换的含义，熟悉典型环节的传递函数，了解动态结构图的建立方法，能确定系统的开环传递函数、给定输入下的闭环传递函数及扰动信号下的闭环传递函数和闭环控制系统误差传递函数。
《控制工程基础》课程教学大纲课程名称：控制工程基础，Fundamentals of Control Engineering课程性质：专业基础课学分：2.5总学时：48 其中，理论学时：40 实验学时：8适用专业：机械设计制造及其自动化专业。
先修课程：工程数学，工程力学，电工电子等。
一、教学目的与要求本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课。
在机械类各专业的教学计划中，是一门理论性较强的技术基础课。
它是进行控制系统动态特性分析的基础，目前自动控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输、国防和宇航等各个领域。
本课程的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握系统动态特性数学模型的建立和研究方法，并学会应用这些研究方法对已知系统的稳定性、快速性和准确性问题进行分析，以及进行控制系统的设计，并为学习后续课程、从事工程技术工作、进行科学研究、开拓新的领域，打下坚实的基础。
本课程主要以线性控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。
学完本课程应达到以下基本要求：1．理解自动控制的基本含义，自动控制的基本要求，自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。
2．理解数学模型、线性系统和非线性系统、相似性原理的概念；掌握线性元件和系统的数学模型的建立方法、线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法。
3．掌握一阶、二阶及高阶系统的时间响应分析和性能指标计算；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，系统稳态误差的计算；掌握控制系统稳定性的概念、稳定的充要条件及时域稳定判据。
4．掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算。
5．理解控制系统校正的概念和校正方法。
6．掌握控制系统的串联校正方法和校正装置的设计；掌握控制系统的并联校正的作用及校正方法。
二、教学内容与学时分配三、各章节主要知识点与教学要求1．控制系统的基本概念（1）控制系统的工作原理及其组成；（2）控制系统的基本类型；（3）对控制系统的基本要求；（4）控制工程的发展概况。
《控制工程基础》教学大纲（理论课程及实验课程适用）一、课程信息课程名称（中文）：控制工程基础课程名称（英文）：Fundamental of Control Engineering课程类别：专业主干课课程性质：必修计划学时：40计划学分：2.5先修课程：高等数学、复变函数、理论力学、电工电子学、机械制造技术基础等选用教材：《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子等编著，武汉：华中科技大学出版社，2011年；非自编；教育部规划教材开课院部：机电工程学院适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程课程负责人：徐建民课程网站：二、课程简介（中英文）控制工程基础是机械大类本科专业的一门重要的专业主干课程，也是一种方法论。
其课程内容主要针对闭环控制系统的分析与校正，提供了扎实的理论基础和丰富的实践应用。
通过本课程的学习，重在培养学生系统思维问题的能力，使他们掌握机械工程控制论的基本知识和控制系统的性能分析与校正方法，并能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和方法来分析、研究和解决具体问题，同时为学习后续其它相关课程奠定良好的理论基础。
Fundamental of control engineering is an important basic course for mechanical engineering，and is also a kind of methodology. The course, including a strong foundation of theoretical knowledge and abundant practical application, is focused principally on the analysis and correction of close-loop control systems, The objective of the course is mainly to develop the ability of systematic thought, enable the students to master the basic knowledge and the performance analysis＆correction method of mechanical engineering control theory, and enable them to resolve some specific problems by applying the basic concepts and methods when encountering the engineering problems. Meanwhile, the course provides a favorable theory base for learning other subsequent related courses.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1 工程知识能结合工程实际问题，利用经典控制理论的基本概念和方法，包括时域法、频率特性法等来解决复杂工程中的自动控制问题。
控制工程基础第四版教学大纲课程概述《控制工程基础》是一门针对自动控制领域的入门课程，主要介绍控制工程的基本原理、基本方法以及应用技术。
本课程旨在让学生初步掌握系统控制理论的基本知识和方法，以便于在工程实践中解决相关问题。
授课内容第一章控制系统概述1.控制系统的定义和基本概念2.控制系统的分类3.控制系统的组成部分和基本结构第二章数学模型建立1.线性时不变系统的数学建模2.传递函数和状态空间模型3.系统的时间响应和稳态响应分析第三章系统稳定性分析1.时域分析法2.频域分析法3.系统稳定性的判定方法第四章控制系统的设计1.控制系统的设计要求2.确定控制结构的选择3.设计控制器的方法第五章系统性能分析1.系统的性能指标2.系统响应速度和稳态精度分析3.系统性能的提高第六章高级控制方法1.PID 控制2.广义预测控制（GPC）方法3.模糊控制4.自适应控制第七章运动控制系统设计1.伺服机构的基本原理2.伺服机构的数学模型3.伺服机构的控制方法实验内容实验一系统参数辨识1.传统系统的建模方法2.基于系统响应的辨识方法3.多项式辨识方法实验二控制系统稳定性分析1.时域分析法2.频域分析法3.稳定性判定方法实验三 PID 控制器的设计与应用1.PID 控制器的设计方法2.PID 控制器的参数整定方法3.PID 控制器在控制系统中的应用实验四自适应控制1.反馈误差控制方法2.模型参考自适应控制方法3.自适应控制系统的建模与设计实验五运动控制系统的设计1.伺服机构的控制方法2.伺服机构系统的建模和参数辨识3.运动控制系统的设计实现教材及参考书目教材1.许明杰、洪来兴. 控制工程基础（第4版）. 北京：高等教育出版社，2017年.参考书目1.K. OGATA. Modern Control Engineering (5th edition)，USA: Prentice Hall, 2009.2.F. FRANKLIN,D. POWELL, EMMANUEL K. Agyakwa. Digital Control of Dynamic Systems. Prentice Hall Professional Technical Reference，4 edition, 2009.3.P. KATTIEN, H. UNDE, M. DE DONCKER. Digital Control for Power Converters. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.评分方法1.平时成绩：30%2.期末考试：70%。
控制工程基础课程提纲一、课程简介控制工程基础课程是控制工程专业的一门基础课程，旨在培养学生对控制工程的基本理论和方法的了解和掌握。
本课程将介绍控制系统的基本概念、数学建模与分析方法、常见的控制器设计方法以及控制系统的性能评价和优化等内容。
通过本课程的学习，学生将具备分析和设计简单控制系统的能力。
二、教学目标1.掌握控制系统的基本概念和基本原理；2.掌握控制系统的数学建模方法；3.掌握常见的控制器设计方法，并能应用于简单控制系统的设计；4.能够评价和优化控制系统的性能。
三、教学内容和安排第一讲：控制系统基本概念1.控制系统的定义和基本组成；2.开环控制和闭环控制的特点和区别；3.离散控制系统和连续控制系统的特点和应用。
第二讲：控制系统的数学建模1.数学建模的基本概念和方法；2.传递函数模型和状态空间模型的建立；3.控制系统的分析和仿真。
第三讲：控制系统的稳定性分析1.稳定性的概念和判据；2.极点位置对系统稳定性的影响；3.稳定性判据的应用和稳定性分析的方法。
第四讲：反馈控制器的设计1.PD控制器和PID控制器的设计原理和方法；2.控制系统的稳定裕度和性能指标；3.调试和优化控制系统。
第五讲：频域分析1.频率响应和频域特性；2.Bode图和Nyquist图的绘制和分析；3.频域分析在控制系统设计中的应用。
第六讲：根轨迹法1.极点和根轨迹的概念；2.根轨迹的绘制和分析；3.根轨迹法在控制系统设计中的应用。
第七讲：控制系统的性能指标1.响应时间、稳态误差和超调量的定义；2.性能指标的计算和评价方法；3.性能指标与控制系统设计的关系。
第八讲：控制系统的优化1.控制系统的优化目标和方法；2.最优控制器的设计；3.控制系统的参数整定方法。
四、教学方法和学习要求1.以理论讲解为主，结合案例分析和实例演示；2.总结归纳理论知识，提供练习题让学生巩固；3.鼓励学生主动学习，参与小组讨论和实验操作；4.提倡理论与实践相结合，培养学生解决实际问题的能力。
控制工程基础课程教学大纲课程名称：控制工程基础英文名称：EI ements of Contro I Eng i neer i ng课程编号：X2040281学时数：40（实验学时数：6 课外学时数：0 ）学分数：2.5适用专业：机械设计制造及自动化专业一、课程的性质、目的和任务本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。
它以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。
学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反应等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。
为学生学习后续课程打下一定的基础。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点本课程的授课内容与教学要求如下：（一）绪论了解机械工程控制的开展史、控制工程基础的研究对象及任务、机械工程控制系统的分类和机械工程控制系统的基本要求；理解反应的概念；掌握机械工程控制系统的组成及各局部的作用。
重点：反应的概念和机械工程控制系统的组成及各局部的作用。
教学建议：结合轧机板型控制液压压下控制系统、数控机床伺服进给系统进行讲解。
（二）传递函数对于建立系统的数学模型，有关数学工具要求理解拉氏变换与反变换的定义；掌握拉氏变换性质的应用；熟练掌握拉氏变换与拉氏逆变换的求解方法。
对于建立系统的数学模型, 要求了解相似原理；掌握典型环节的传递函数；熟练掌握系统数学摸型的建立、传递函数和方框图及其简化。
重点：拉氏变换性质的应用；拉氏变换与拉氏逆变换的求解方法。
系统数学摸型的建立、传递函数和方框图的简化。
难点：拉氏变换性质中的微分性质、积分性质、初值定理、终值定理和延迟定理；拉氏逆变换的求解方法。
系统数学摸型的建立和方框图的简化。
教学建议：结合轧机板型控制液压压下控制系统讲解数学模型的建立。
控制工程基础课程教学大纲课程名称：控制工程基础英文名称：课程编号：学时数：其中实践学时数：课外学时数：学分数：适用专业：机械设计制造及其自动化、机械工程一、课程简介《控制工程基础》课程内容包括机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性等。
以数控直线运动工作台位置控制系统为例，从系统建模、系统分析到稳定性判断均以此例展开，帮助学生学习系统设计的完整的初步知识，领悟与学会应用控制理论来解决机械工程的实际问题奠定必要的基础。
二、课程的性质和教学目标《控制工程基础》是机械设计制造及其自动化专业和机械工程专业的专业基础必修课。
（一）课堂教学目标：（）使学生牢固掌握控制工程基础的基本概念、基本原理，学会处理控制工程中机械系统控制问题的一般方法。
（）结合机械工程实际，连续地、系统地、循序渐进讲授各章内容，使学生对控制工程基础理论知识在工程实践中的应用有初步的认识。
（二）实践教学目标：（）了解数值分析软件的功能模块。
（）通过数值分析软件平台进行系统的动态、静态特性仿真，加深学生对课堂教学内容的理解，学会运用数值分析软件分析系统的动态、静态特性，为学生今后运用数值分析软件分析工程问题奠定基础。
三、教学目标与毕业要求关系表四、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论. 教学内容（）机械工程控制论的研究对象与任务；（）反馈的概念；（）控制系统组成及分类：控制系统的组成及各部分的作用，控制量、扰动量、被控制量、控制器和被控对象的概念，绘制控制系统方框图；控制系统的分类。
（）对控制系统的基本要求；（）机械工程控制论的发展历程；（）实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的控制原理和控制框图。
. 基本要求（）了解部分：机械工程控制的发展史、控制工程基础的研究对象及任务、机械工程控制系统的分类；实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的控制原理和控制框图；（）理解部分：反馈的概念；（）掌握部分：控制系统的组成及各部分的作用，控制量、扰动量、被控制量、控制器和被控对象的概念，绘制控制系统方框图，“数控直线运动工作台位置控制系统”的控制原理和控制框图；（）熟练掌握：机械工程控制系统的基本要求。
. 重点和难点（）重点：反馈的概念；控制系统的组成及各部分的作用，控制量、扰动量、被控制量、控制器和被控对象的概念，绘制控制系统方框图，机械工程控制系统的基本要求。
（）难点：控制量、扰动量、被控制量、控制器和被控对象的概念，绘制控制系统方框图。
（二）系统的数学模型. 教学内容（）积分变换：变换定义、性质、计算方法和应用，逆变换的定义、计算方法和应用；（）系统的微分方程：线性系统的概念、特点，机械系统、电控系统的微分方程建立方法，非线性系统线性化的条件和方法；（）传递函数：线性系统传递函数的定义、特点，传递函数的极点、零点和放大系数的概念；（）典型环节的传递函数；（）系统的传递函数方框图建立及其简化；（）考虑扰动的反馈控制系统的传递函数；（）相似原理：机械系统、电气控制系统和液压系统的数学模型的相似性；（）数学模型的描述；（）实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的数学模型建立。
. 基本要求（）了解部分：变换的定义，考虑扰动的反馈控制系统的传递函数，相似原理（机械系统、电气控制系统和液压系统的数学模型的相似性）；实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的控制原理和控制框图。
（）理解部分：数学模型、线性系统、传递函数基本概念；（）掌握部分：变换的计算方法、性质，逆变换的计算方法；典型环节的传递函数；数学模型的描述。
（）熟练掌握：机械系统和电气系统的微分方程建立、传递函数、方框图的建立及其简化。
. 重点和难点（）重点：变换的计算方法、性质，逆变换的计算方法；机械系统和电气系统的微分方程建立、传递函数、方框图的建立及其简化；典型环节的传递函数。
（）难点：变换性质；逆变换的求解方法，数学模型的描述。
（三）系统的时间响应分析. 教学内容（）时间响应及其组成：时间响应的基本概念、组成以及与系统传递函数的关系，稳态响应、瞬态相应、自由响应、强迫响应、零输入响应和零状态相应的概念；（）典型输入信号；（）一阶系统：一阶系统的时间响应及其性能指标；（）二阶系统：二阶系统的时间响应及其性能指标；（）高阶系统：高阶系统时间响应概念，主导极点的概念；（）系统误差分析与计算：误差和偏差的概念与区别，影响系统误差的因素，减小误差的措施；（）利用分析时间响应；（）实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的时间响应分析。
. 基本要求（）了解部分：典型输入信号；高阶系统的时间响应；“数控直线运动工作台位置控制系统”的时间响应分析；（）理解部分：时间响应、瞬态响应、稳态相应的概念；稳态误差、偏差的概念；（）掌握部分：一阶系统的时间响应及其性能指标；利用分析时间响应；（）熟练掌握：二阶系统的时间响应及其性能指标；系统稳态误差的计算方法。
. 重点和难点（）重点：系统时间响应的求解；一阶系统的时间响应及其性能指标；二阶系统的时间响应及其性能指标；系统稳态误差的计算方法；（）难点：系统时间响应的求解；系统稳态误差的计算方法，利用分析时间响应。
（四）系统的频率特性分析. 教学内容（）频率特性概述：频率响应和频率特性的基本概念，频率特性的物理意义，频率响应和频率特性的求解方法；（）频率特性的图解方法：典型环节的图的特征，绘制系统的图的方法，型、Ⅰ型和Ⅱ型系统的图特点；典型环节的图的特征，绘制系统的图的方法；（）频率特性的特征量：零频值、谐振频率、谐振峰值、截止频率、系统频宽的概念及其物理意义；（）最小相位系统和非最小相位系统。
（）利用分析频率特性；（）实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的频率特性分析。
. 基本要求（）了解部分：最小相位系统和非最小相位系统；“数控直线运动工作台位置控制系统”的频率特性分析；（）理解部分：频率响应和频率特性的基本概念，频率特性的物理意义，频率响应、频率特性、零频值、谐振频率、谐振峰值、截止频率、系统频宽的基本概念及其物理意义；（）掌握部分：频率响应和频率特性的求解方法；利用分析频率特性；（）熟练掌握：频率特性的极坐标图（图）；频率特性的对数坐标图（图）。
. 重点和难点（）重点：频率响应和频率特性的求解方法；谐振频率、谐振峰值、截止频率、系统频宽的基本概念及其物理意义；频率特性的极坐标图（图）；频率特性的对数坐标图（图）（）难点：频率特性的极坐标图（图）；频率特性的对数坐标图（图）；利用分析频率特性。
（五）系统的稳定性. 教学内容（）系统稳定性的初步概念：系统稳定的概念，稳定的充分必要条件；（）稳定判据：稳定判据的内容，稳定判据应用中的两种特殊情况，稳定判据的应用；（）稳定判据：稳定判据的证明、内容，应用中图的补图方法、判断步骤；（）稳定判据以及系统的相对稳定性：幅值穿越频率、相位穿越频率；系统的相对稳定性概念；穿越的概念；（）利用分析系统的稳定性；（）实例：“数控直线运动工作台位置控制系统”的稳定性分析。
. 基本要求（）了解部分：控制系统稳定的概念；“数控直线运动工作台位置控制系统”的稳定性分析；（）理解部分：幅值穿越频率、相位穿越频率；系统的相对稳定性概念；穿越的概念；（）掌握部分：控制系统稳定的概念；稳定的充分必要条件；稳定判据；稳定判据；稳定判据；系统的相对稳定性裕量计算；利用分析系统的稳定性；（）熟练掌握：稳定判据；稳定判据；稳定判据；系统的相对稳定性裕量计算。
. 重点和难点（）重点：控制系统稳定的概念；稳定的充分必要条件；稳定判据；稳定判据；稳定判据；系统的相对稳定性裕量计算；（）难点：稳定判据；利用分析系统的稳定性。
五、教学方式及学时分配六、课程其他教学环节要求（一）实践教学：（学时）.实验及实验报告要求（）实验一人一组，每个实验的时间均为小时；（）要求学生在实验指导老师的帮助下自行完成操作、记录和实验报告的整理工作。
.实验考核方式、内容及评定标准（）实验成绩按实验学时所占课程总学时的比例（）计，目前为分。
（）以学生的《实验报告》及在实验过程中的表现为依据进行考核，最终的实验成绩为各次实验成绩的平均值。
（）学生必须完成本课程规定的实验，成绩合格者才能参加期末考试。
（二）课后作业每周固定小时答疑，每课后留作业，每章收一次作业，要求独立完成，布置作业道习题，教师对作业全批全改并作平时成绩记载。
（三）课堂笔记每周检查一次课堂笔记。
七、本课程与其他课程的联系（一）先修课程：高等数学、线性代数、复变函数、理论力学、机械原理、电工学和电子学等。
（二）后修课程：机电系统计算机控制、液压伺服控制、液压比例控制、机电一体化系统设计八、建议教材及教学参考书目（一）主讲教材：《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子、杨克冲等编著，华中科技大学出版社，。
（二）参考书：.《控制工程基础》（第版），董景新等编，清华大学出版社，。
.《控制工程基础》（第版），王积伟等编，高等教育出版社，。
.《》，著，机械工业出版社，。
九、课程考核方式与成绩评定办法（一）课程考核方式为：平时成绩实验成绩期末闭卷考试（二）成绩评定方法：总成绩平时成绩* 实验成绩* 期末成绩*，其中平时成绩包括课堂表现、课后作业和课堂笔记等考察环节。
大纲撰写人：姚瑶大纲审阅人：金学伟负责人：刘健。
