《控制工程基础》教学大纲
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《控制工程基础》教学大纲
课程类别：专业教育课程 课程名称：控制工程基础
开课单位：机械工程学院 课程编号：B03020302
总学时：40 学 分： 2.5
适用专业：机械电子工程
先修课程：高等数学、线性代数、大学物理、电工技术、电子技术基础
一、课程在教学计划中地位和作用
控制工程基础是机械电子工程专业的一门专业基础课程，也是后续专业课程的基础。 该课程主要是运用控制论的基本原理及基本思想方法，分析研究机械和机电工程中有关信息的传递、反
馈及控制，研究机械和机电系统的动态特性，培养学生以动态的观点去看待机械系统。要求学生掌握系
统时频域建模及性能分析的相关知识，掌握系统稳定判定的方法，熟悉系统校正的方法。培养学生具有
初步设计、分析和校正系统的能力，培养学生应用控制工程基础理论知识并使用MATLAB软件分析、研
究、解决复杂工程问题的能力。为学生从事相关专业技术工作和科学研究工作提供必要的理论知识支撑。
二、课程目标 1.通过本课程的学习，培养学生能利用控制系统的基本原理表述与解决工程问题，建立学生能在创
建系统数学模型的基础上，对系统的性能进行分析、研究的能力；（支撑毕业要求1、2、4）
2.能利用系统频率特性的基本知识，对系统进行辨识，培养学生掌握解决工程问题的程序与方法；（支
撑毕业要求1、2）
3.能够利用系统稳定的条件判断系统系统是否稳定，并能对不稳定的系统进行校正，培养学生能用理
论知识进行工程问题规划与设计，适时体现创新意识；（支撑毕业要求1、2、3）
4.能够有效利用MATLAB软件对控制工程实际问题进行模拟、分析与预测。（支撑毕业要求5）
三、课程内容及基本要求
第一章绪论（2学时）
1． 熟悉控制系统得基本工作原理；
2．了解控制系统的分类，熟练掌握控制系统的反馈工作原理及反馈控制系统基本构成；
3．了解控制理论的研究对象及方法；
4． 理解控制系统的最基本要求。 第二章 拉普拉氏变换（2学时） 1．了解拉氏变换与拉氏反变换的定义；
2．掌握典型时间函数的拉氏变换和拉氏变换定理； 3．熟练掌握拉氏反变换的数学方法。
第三章 控制系统的数学模型（6学时）
1．理解数学模型的定义，掌握微分方程的求法，
2．掌握控制系统的复域数学模型并掌握传递函数的求法；
3．掌握控制系统方框图的基本联接方式，掌握方框图简化的方法。
第四章 控制系统的时域分析（8学时）
1．理解时间响应的概念以及时间响应的组成；
2．掌握一阶系统的单位阶跃响应，掌握响应曲线和时间常数的关系；
3．掌握二阶系统的瞬态响应过程，掌握瞬态响应的性能指标:上升时间、调节时间、峰值时间和超
调量，及其与系统参数之间的关系。
第五章 控制系统的频率分析（8学时）
1．掌握频率响应、频率特性的概念，利用频率特性的概念求系统的输出；
2．了解频域分析法的特性，熟练掌握频率特性图形分析法：Nyquist 图法和Bode图法；
3．熟练掌握典型环节的频率特性和系统的频率特性，掌握系统辨识的频率特性法；
4．熟悉频率特性的性能指标以及与时域性能指标的关系；
5．了解最小相位系统与非最小相位系统。
第六章 控制系统的稳定性分析（6学时）
1．理解稳定性的基本概念，掌握系统稳定的条件；
2．熟练掌握劳斯判据、胡尔维茨判据稳定性判断方法及应用；
3．熟练掌握奈奎斯特稳定判据的判断方法及应用；
4．理解相位裕量和幅值裕量的概念及应用；
5．掌握稳态误差的概念，掌握两种稳态误差分析与计算的方法。
第七章 控制系统的综合与校正（4学时）
1．了解串联校正与并联校正校正方法；
2．理解超前校正与滞后校正传递函数的表达形式及校正原理及方法。
第八章 MATLAB在控制工程中的应用（2学时）
1．了解MATLAB在控制系统的时域分析的应用；
2．了解MATLAB在控制系统的频域分析的应用。 实验一 二阶系统的阶跃响应（2学时） 1．研究二阶系统的特征参数对系统性能指标的影响 2．掌握根据系统的阶跃响应曲线确定数学模型的方法。 实验二 连续系统串联校正（2学时）
1．能分析给定系统的性能参数；
2. 设计串联校正装置，使系统满足给定性能指标，； 3．观察校正前后系统动态特性的变化，了解校正装置对系统性能的影响 四、学时分配 章节名称 讲授（学时） 实验（学时） 小计 第一章 绪论 2 0 2 第二章 拉普拉氏变换 2 0 2 第三章 控制系统的数学模型 8 0 6 第四章 控制系统的时域分析 6 2 8 第五章 控制系统的频率分析 8 0 8 第六章 控制系统的稳定性分析 6 0 6 第七章 控制系统的综合与校正 2 2 4 第八章 MATLAB在控制工程中的应用 2 0 2 合计 36 4 40
五、课程目标达成评价的途径和措施
1．考核目标：主要考核学生对控制工程基础基本理论知识、基本方法的理解的基础上，重点
考核学生灵活应用稳定判据判断系统稳定性、分析系统性能的能力，及系统校正的掌握程度。
2.考核方式：考试、作业（实验报告）、课堂情况。
3.评价环节对课程目标达成贡献率及支撑材料
考核环节 课堂情况 作业（实验报告） 期末考试
权重kM （求和为1） 0.15 0.15 0.70
支撑材料 课堂出勤记录 课堂提问记录 课堂作业 作业完成 实验出席及完成 试题评分标准 试卷 考核得分kS
总的课程目标达成度：
根据评价判据，≥60，课程总目标达成。
4.各考核环节对课程目标的支撑关系 课程目标 课堂情况 作业（实验报告） 期末考试
1 √ √ √ 2 √ √ √ 3 √ √ √ 4 √ 六、主要参考书 [1] 杨叔子，杨克冲．机械工程控制基础（第六版）．武汉：华中科技大学出版社，2011 [2] 朱骥北．机械控制工程基础．北京：机械工业出版社，2012 [3] 董景新，赵长德，郭美凤．控制工程基础（第四版）．北京：清华大学出版社，2015 [4] 王积伟，吴振顺．控制工程基础．北京：高等教育出版社，2010 制定者：原 霞
审定者：赵俊生
