第一篇 控制工程基础
第一章 机械系统控制工程的一般概念
1948年，维纳的《控制论》的出版，标志着控制理论作为一门学科正式诞生。二战后，控制理论在化工、电力、冶金等部门得到了广泛的应用，解决了压力、温度、流量、化学成分的各种控制问题、形成了以反馈为中心的经典控制理论体系，其主要研究基于单输入－单输出的定常系统。
上个世纪50年代末，随着计算机技术的发展，控制理论发展到了一个新的阶段、即出现了现代控制理论。控制对象发展为导弹制导、航天、航海、航空等领域中的多输入-多输出系统。这些系统可以是定常的或时变的、离散的或连续的、确定的或随机的。八十年代佾以来，控制理论正向大系统理论和智能控制理论等方面深入发展。
本课程主要讲述经典控制理论的基本概念、基本理论和方法。研究对象限于线性定常系统。
§1-1自动控制理论及系统的基本概念
一、实例
首先，根据实例向同学们介绍自动控制理论及系统的基本概念。
实例1.（图1-1）
上例的控制过程为：
（1）根据图纸设定x方向加工尺寸；
（2）把此数据输入机床控制器中；在控制器中把工作台行程换算成当量脉冲，即总脉冲数/脉冲当量；
（3）按计算所得脉冲数（电压信号）输给步进电机； （4）步进电机输出转角通过减速齿轮传给丝杠；
（5）丝杠输出，通过螺母传给工作台，工作台输出直线运动；
上述过程可以用框图表示如下:
实例2
（图1-3）（图见教材）
控制过程：
（1）指令电位器W1的滑动触点确定给工作台的位置指令，即输入指令，输出电压；
（2）当最初给出位置指令时；在工作台改变位置之前的瞬间，则电桥输出为偏差电压；
（3）经放大器放大后，放大器输出电压；
（4）输入到直流伺服电机，输出；
（5）经齿轮减速器，传给丝杠，丝杠输出转角；
（6）丝杠通过螺母收运动传给工作台，工作台输出直线运动；
辽宁科技学院教案
课程名称： 控制工程基础
****： **
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 第一章 绪论
课次 第（1）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 了解机械工程的发展与控制理论的应用；理解机械工程自动控制系统的基本组成及工作原理；掌握机械自动控制系统的类型及对自动控制系统的基本要求。
重点、难点及解决方法 重点：机械自动控制系统的类型及对自动控制系统的基本要求
难点：无
解决方法：通过具体讲解相关例子使同学们明白有关自控系统的基础知识
教学基本内容与教学设计 本节主要内容：
一、组织教学，包括自我介绍及学生考勤(5分钟)
二、机械工程控制论的研究对象与任务(20分钟)
三、控制理论的发展与应用(20分钟)
四、自动控制系统的基本组成及工作原理 (20分钟)
1．机械工程自动控制系统的基本组成
2．机械工程自动控制系统的工作原理
五、自动控制系统的分类及对控制系统的基本要求(20分钟)
1．自动控制系统的类型
2．自动控制系统的基本要求
六、本节教学内容小节及思考题的布置（5分钟）
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 《控制工程基础》 王积伟主编；《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
辽宁科技学院讲稿（参考样式） 教学内容 备 注
一、机械工程控制论的研究对象与任务
机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。
1、 系统(广义系统):按一定的规律联系在一起的元素的集合。
2、 动力学问题: 系统在外界作用（输入或激励、包括外加控制与外界干扰）下，从一定初始状态出发，经历由其内部的固有特性（由系统的结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）。这一过程中，系统及其输入、输出三者之间的动态关系即为系统的动力学问题。
机械交通学院
控制工程实验报告
课程名称： 控制工程基础
专业班级： 机制116
学 号：
学生姓名：
自动控制原理计算机仿真实验
实验目的
（1） 熟悉典型系统的时域、频域特性；
（2） 掌握系统校正与设计的方法。
（3） 了解应用计算机工具分析线性系统的基本方法。
实验一 控制系统时域分析
1、一阶系统阶跃响应Gss()KT1
分别取以下几组参数，求系统阶单位阶跃输入时的响应时间常数和调整时间。
1)K=1,T=10; 2)K=1,T=1;
3)K=1,T=0.1Step ResponseTime (sec)Amplitude010203040500.10.20.30.40.50.60.70.80.91System: sysSettling Time (sec): 3.91System: sysSettling Time (sec): 39.1System: sysSettling Time (sec): 0.391
2、二阶系统阶跃响应 Gsss()12122TT
分别就T=1和T=0.1，分别取0, 0.5, 1, 10时系统阶跃响应的最大超调量、
峰值时间、调整时间、振荡次数。
3、自构造高阶系统，进行数学模型转换并分析其时域特性。
4、了解MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK。观察典型系统时域响应。
实验二 控制系统频域分析
1、一阶系统阶跃响应Gss()KT1
分别取以下几组参数，分别绘制系统尼氏图和伯德图，并求出系统稳定裕度。
2).K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.1
-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50 dB-20 dB-10 dB-6 dB-4 dB-2 dB20 dB10 dB6 dB4 dB2 dBNyquist DiagramReal AxisImaginary Axis
第一篇 控制工程基础
第一章 机械系统控制工程的一般概念
1948年，维纳的《控制论》的出版，标志着控制理论作为一门学科正式诞生。二战后，控制理论在化工、电力、冶金等部门得到了广泛的应用，解决了压力、温度、流量、化学成分的各种控制问题、形成了以反馈为中心的经典控制理论体系，其主要研究基于单输入－单输出的定常系统。
上个世纪50年代末，随着计算机技术的发展，控制理论发展到了一个新的阶段、即出现了现代控制理论。控制对象发展为导弹制导、航天、航海、航空等领域中的多输入-多输出系统。这些系统可以是定常的或时变的、离散的或连续的、确定的或随机的。八十年代佾以来，控制理论正向大系统理论和智能控制理论等方面深入发展。
本课程主要讲述经典控制理论的基本概念、基本理论和方法。研究对象限于线性定常系统。
§1-1自动控制理论及系统的基本概念
一、实例
首先，根据实例向同学们介绍自动控制理论及系统的基本概念。
实例1.（图1-1）
上例的控制过程为：
（1）根据图纸设定x方向加工尺寸；
（2）把此数据输入机床控制器中；在控制器中把工作台行程换算成当量脉冲，即总脉冲数/脉冲当量；
（3）按计算所得脉冲数（电压信号）输给步进电机； （4）步进电机输出转角通过减速齿轮传给丝杠；
（5）丝杠输出，通过螺母传给工作台，工作台输出直线运动；
上述过程可以用框图表示如下:
实例2
（图1-3）（图见教材）
控制过程：
（1）指令电位器W1的滑动触点确定给工作台的位置指令，即输入指令，输出电压；
（2）当最初给出位置指令时；在工作台改变位置之前的瞬间，则电桥输出为偏差电压；
（3）经放大器放大后，放大器输出电压；
（4）输入到直流伺服电机，输出；
（5）经齿轮减速器，传给丝杠，丝杠输出转角；
（6）丝杠通过螺母收运动传给工作台，工作台输出直线运动；
