机械控制工程基础-学习指南

Chp.1绪论基本要求（1）了解机械工程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。

（2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。

（3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。

（4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制控制系统的方框图。

（5）了解控制系统中基本名词和基本变量。

（6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。

（7）了解对控制系统的基本要求。

重点与难点本章重点（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。

（2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。

本章难点广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。

一、课程简介性质：机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。

学时：32h先修课程：复变函数、机械动力学、交流电路理论后续课程：为专业基础和专业课打下一定基础。

如：机械工程测试技术、机电传动控制、数控机床等。

主要内容：本课程是数理基础课与专业课程之间的桥梁。

主要内容包括：控制理论的研究对象与任务、物理系统数学模型建立、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能分析与校正、系统辩识、控制系统的计算机辅助分析.教材：杨叔子主编，《机械工程控制基础》，华中科技大学出版社，2004参考书目：（1）Katsuhiko Ogata.卢伯英等译，现代控制工程（第四版）.北京：电子工业出版社，2003（2）李友善主编：《自动控制原理》，国防工业出版社，2003教材结构：1）对研究对象（机械工程）问题建立数学模型chp.22) 在一定输入下分析系统的输出：时间响应（时域分析）chp.3频率响应（频率分析）chp.43）系统性能分析：稳定性判据chp.54）系统校正：使系统全面满足性能指标要求chp.6二、对象与任务控制论+工程技术→工程控制论控制论+机械工程→机械工程控制研究对象：研究广义系统在一定外界条件下，从系统初始条件出发的整个动态过程，以及在这个历程中和历程结束后所表现出来的动态特性和静态特性。

《机械控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：MACH4008012．课程体系/类别：专业类/专业核心课3．学时/学分：56学时/ 3学分4．先修课程：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计5．适用专业：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）二、课程目标及学生应达到的能力《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。

旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。

本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能；具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术，支撑毕业要求中的相应指标点。

课程目标及能力要求具体如下：课程目标1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。

（毕业要求中的第1）课程目标2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。

（毕业要求中的第2、4）课程目标3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。

培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论三、课程教学内容与学时分配）四、课程教学方法（一）课堂讲授（40学时）1．采用启发式教学，通过结合具体如机器人控制系统、机床运动控制系统、液压伺服控制系统等实例教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。

机械工程控制基础机械工程控制基础是机械工程专业的一门重要基础课程，主要涉及工程控制的基本概念、基本原理和基本方法。

下面将从几个方面展开，分别介绍机械工程控制基础的相关内容。

一、控制系统的基本概念1. 系统：指由若干元件、设备或部件组成的整体，可以接受人为或自然力的作用，从而完成某种功能。

2. 控制系统：指通过一定的被控对象和调节器的相互作用，将被控对象使之按照某一规定的要求进行运动或工作的系统。

3. 控制对象：指参与控制系统中的被控元件（或被控设备），其能够通过控制信号而改变某些物理量。

4. 调节器：指参与控制系统中的控制元件（或控制设备），其能够根据实际输出与期望输出之差来调整控制信号。

二、控制原理与分类1. 控制原理：指控制对象按照要求运动或工作的基本规律，包括开环控制原理和闭环控制原理两种。

- 开环控制原理：即在没有反馈的情况下实现对控制对象的控制，主要通过事先确定的控制规律对控制对象进行控制。

- 闭环控制原理：即通过对控制对象输出结果与设定值之间的比较，通过反馈作用对控制器进行调整，使得控制对象输出结果接近设定值。

2. 控制分类：按照被控对象的性质和控制方式的不同，可以将控制系统分为连续控制系统和离散控制系统两种。

- 连续控制系统：指控制对象输出结果的变化是连续变化的，如温度控制系统、速度控制系统等。

- 离散控制系统：指控制对象输出结果的变化是离散变化的，如开关控制系统、数字化控制系统等。

三、控制过程与控制常用方法1. 控制过程：包括调节过程和追踪过程两种。

- 调节过程：指通过对被控对象的调整，使其输出结果稳定在设定值附近的过程。

- 追踪过程：指通过对被控对象的调整，使其输出结果能够随着设定值的变化而相应变化的过程。

2. 控制常用方法：包括比例控制、积分控制、微分控制和 PID 控制等几种常用控制方法。

- 比例控制：根据被控对象实际输出结果与设定值的差异，通过调节控制信号使得差异减小的控制方法。

机械控制工程基础1. 引言机械控制工程是研究机械系统的运动和控制的学科。

它涉及到机械工程、电子工程和自动化控制等多个领域的知识，并且在现代制造业中具有重要的应用价值。

本文将介绍机械控制工程的基础知识和概念，包括机械系统的建模与分析、控制理论与方法以及实际应用等方面。

机械系统的建模是指将机械系统抽象为数学模型，以便进行分析和控制。

常见的机械系统包括旋转系统、平动系统和复杂的组合系统等。

对于旋转系统，可以使用角度、角速度和转矩等参数来描述；对于平动系统，可以使用位移、速度和力等参数来描述。

机械系统的分析可以通过应用牛顿力学、动力学和控制理论等方法来进行。

旋转系统是机械系统中常见的一种形式，例如电机、发动机和风力发电机等。

旋转系统的建模通常使用惯性、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。

旋转系统的分析可以通过应用扭矩方程和旋转动力学方程等方法来进行。

2.2. 平动系统的建模与分析平动系统是机械系统中另一种常见的形式，例如汽车、电梯和运输机械等。

平动系统的建模通常使用质量、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。

平动系统的分析可以通过应用牛顿第二定律和平衡方程等方法来进行。

2.3. 复杂系统的建模与分析复杂系统是由多个旋转系统和平动系统组合而成的系统，例如机器人和生产线等。

复杂系统的建模可以通过将旋转系统和平动系统进行耦合，并考虑其间的相互作用来进行。

复杂系统的分析可以通过应用联立方程和状态空间方法等方法来进行。

3. 控制理论与方法控制理论是机械控制工程中的重要内容，它研究如何设计控制器以稳定和优化机械系统的运动。

控制方法包括经典控制和现代控制两种类型。

3.1. 经典控制经典控制方法是机械控制工程中最早发展的一种控制方法，主要包括比例控制、积分控制和微分控制等。

经典控制方法适用于线性系统和稳定系统，但对于非线性系统和时变系统则效果有限。

3.2. 现代控制现代控制方法是机械控制工程中较新发展的一种控制方法，主要包括状态反馈控制、最优控制和鲁棒控制等。

《机械工程控制基础》课程导学一、课程特点本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。

它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；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、转换和反馈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。

这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。

二、教学目标：1.帮助学生掌握控制工程的基本概念、基本理论与基本分析方法，使其具备扎实的系统分析理论知识，为后续课程的学习及今后的专业技术工作打下基础；2.帮助学生运用控制理论的原理与方法建立机电系统运动模型，在此基础上，使学生掌握动态系统的基本分析方法。

3.帮助学生掌握动态系统分析、设计与综合的基本方法；4.注重培养学生综合应用已学知识分析、解决机械工程广义系统动力学问题的能力。

四、学习方法1不必过分追求数学论证上的严密性，而要充分注意到物理概念的明确性和数学结论的准确性；2.既要十分重视抽象思维，了解一般规律，又要充分注重结合实际，联系专业，努力实践；3.要重视实验，重视习题，独立完成作业，积极参加有关实践活动；五、教材与参考书教材：熊良才，吴波．《机械工程控制基础学习与考试指导》，华中科技大学出版社，2008．机械工程控制基础（第六版），杨叔子主编，武汉：华中科技大学出版社，2011参考书：[1]李友善.自动控制原理（第三版）.北京：国防工业出版社，2005.[2]绪方胜彦著.现代控制工程（第四版）.北京：清华大学出版社，2006.[3]阳含和，机械控制工程，北京：机械工业出版社，1986。

机械控制工程基础机械控制工程是工程学科中涉及机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等多个领域的重要学科方向。

本文从机械控制工程的基础知识、应用领域和发展趋势等方面进行和介绍。

基础知识机械控制工程的基础知识包括机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等几个方面。

其中，机械设计是机械控制工程的基础，它涉及机械零件的设计、材料力学、工程图学等方面的知识；电力电子学则涉及到电力电子变换器、电机驱动系统等方面的知识；机电一体化则是将机械、电子、信息等多种技术融合在一起，形成一种新型的设计理念和方法；自动控制则是机械控制工程的核心，它涉及到控制系统的建模、控制策略设计和控制器设计等方面的知识。

机械控制工程的基础知识对于工程师来说非常重要，它为工程师提供了实现机械控制的基础理论和方法，使工程师能够更好地应对机械控制过程中的各种问题和挑战。

应用领域机械控制工程广泛应用于各个行业和领域，例如汽车、航空、机器人、电力、化工、纺织、食品等。

下面简单介绍几个典型的应用领域：汽车工业在汽车工业中，机械控制工程应用最为广泛。

汽车电子控制系统是当前汽车行业的关键技术之一，它不仅可以提高汽车的性能和安全性能，还可以实现汽车智能化和自动化控制。

航空航天工业在航空航天工业中，机械控制工程在推进飞机、航天器、卫星等航空器件的自动化和智能化方面起着重要作用。

航空器件的智能化和自动化程度越高，越能保证其安全、稳定和高效的运行。

机器人工业在机器人工业中，机械控制工程是实现机器人智能化和自动化控制的基础。

机器人是一种具有智能化和自主决策能力的智能设备，它为生产制造业的发展带来了巨大的变革和机遇。

发展趋势随着科技的不断发展和工业化进程的加速，机械控制工程也在不断地发展和进步。

未来，机械控制工程的发展趋势主要有以下几个方向：智能化智能化是机械控制工程未来的发展方向之一。

随着人工智能和互联网技术的不断发展，机械控制系统也将变得更加智能化，实现更加高效、自动化和智能的控制。