《控制工程基础》教学大纲

1 《机械工程控制基础》课程执行大纲

编制:四川轻化工学院机电工程系机械设计制造及其自动化教研室

参考:自学考试机电一体化专业同一课程的自学考试大纲

一.课程的基本要求

1.课程性质

本课程侧重原理,其内容密切结合工程实际,是一门技术基础棵.本课程是机械设计制造及其自动化专业的必修棵,也可作为相近的机械,机电专业的必修或选修棵。

2.学习本课程的目的和任务

机械工程控制基础是以控制论为理论基础,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。特别重要的是,培养学生从整体的而不是分离的角度,从整个系统中信息之传递,转换和反馈等角度来分析系统的“动态行为”。具体的讲,应能结合过程实际,应用控制理论中的基本方法来分析,研究和解决其中的问题.这有两大方面:(1)对生产过程中存在的问题能够以控制论的观点和思想方法进行科学分析,以找出问题的本质和有效的解决方法；(2)如何控制一个机械系统,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。

3.课程的基本要求

(1)对于建立机械工程系统的数学模型,有关数学工具(如拉普拉斯变换等)在工程中的应用,传递函数与方块图的求得,简化和演算等,应有清楚的基本概念并能熟练掌握。

(2)典型系统(特别是二阶系统)的时域和频域特性是本课程的中心内容,应有清楚的基本概念并熟练掌握。

(3)掌握判别线性系统稳定性之基本概念及常用判据的基本方法,并能用来判别简单系统的稳定性。

(4)对于线性系统的性能指标有较全面的认识,了解并掌握系统的综合和校正的常用方法。对系统辨识问题应建立基本概念。

4.本课程和其它课程的联系

学习本课程之前应具有一定的数学,力学及电工学基础。其中数学方面为高等数学及积分变换基础。同时应具有广泛的其它基础知识和一定的机械工程实际知识。

控制工程基础教学大纲

课程名称：控制工程基础 课程编码：1005601

学 时：34学时 学 分：2学分

开课学期：第六学期

适用专业：机械工程及其自动化、包装工程、交通运输

课程类别：必修

课程性质：专业基础课

先修课程：高等数学、工程数学、普通物理学、电路原理、模拟电子技术。

教 材：《控制工程基础》 王益群 孔祥东主编 机械工业出版社

一、课程的性质、目的与任务：

本课程是机械设计制造及自动化、材料成型与控制工程等机械类专业和相关专业的必修课。通过本课程的学习将为学习自动控制方面的其它课程奠定良好的理论基础。

课程教学所要达到的目的：使学生正确理解和掌握本课程所涉及的基本概念、基本理论和基本分析方法。能独立地应用这些基本理论、基本方法来分析实际工程中提炼出来的各种控制理论问题；同时强化动态的、系统的思想方法。并使学生具有一定的工程计算和设计能力。

二、课程的基本内容：

1、绪论

自动控制理论发展简况，反馈控制理论的研究对象和方法。

自动控制系统的基本概念、术语、自动控制系统的组成和分类，应用举例。

对自动控制系统的基本要求。

2、控制系统的数学模型

数学模型的基本概念、表达方式，建模方法简述。

微分方程的列写，微分方程线性化的基本思想。

拉氏变换的简单回顾：拉氏变换的定义、性质，常见的简单函数的拉氏变换式应能记住。拉氏反变换。

传递函数的概念及基本环节的传递函数。

控制系统的方框图及方框图的简化。梅逊增益公式（选讲）。

3、控制系统的时域分析

控制系统的典型输入信号，及时域响应指标。

一阶系统的瞬态响应及指标。 二阶系统的瞬态响应分析及其与极点之间的关系，二阶系统的瞬态响应指标与参量、n间的关系及计算。

高阶系统的瞬态响应的简单分析，闭环主导极点的概念。

4、控制系统的频率特性

频率特性的基本概念，频率特性的两种主要表达方式：幅相频率特性、对数频率特性。

《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：MACH400801

2．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分析、实验研究的能力。（毕业要求中的第4）

控制工程基础

Control Engineering Foundation

学 分：3.5

学 时：70 （其中：讲课学时：64实验学时：6上机学时：0 ）

先修课程：线性代数、复变函数与积分变换、电路原理、数字电子技术、模拟电子技 术

适用专业：机械电子工程

开课部门：机械工程学院

一、课程的地位与任务

本课程是机械设计制造及自动化、机械电子工程等机械类专业和相关专业的专业必修

课。通过本课程的学习将为学习自动控制方面的其它课程奠定良好的理论基础。

二'课程的目标

课程教学所要达到的目的：使学生正确理解和掌握本课程所涉及的基本概念、基本理 论和基本分析方法。能独立地应用这些基本理论、基本方法来分析实际工程中提炼出来的 各种控制理论问题；同时强化动态的、系统的思想方法。并使学生具有一定的工程计算和 设计能力。

三、课程教学内容与基本要求

第1章控制系统的基本概念

1. 教学内容

机械工程控制论的研究对象和基本任务，本课程的研究对象和基本任务；课程学时内的 讲授内容；反馈的概念与作用；自动控制系统组成和原理；对控制系统的基本要求；控制 系统的分类

2. 基本要求

本部分的教学目的是使学生对机械工程控制论有一个全面概括的了解。认识机械工程控 制论的研究对像和任务，探讨系统的反馈及系统的组成；系统分类及对控制系统的基本要 求等概念。通过本部分学习，学生应掌握控制理论的基本体系和研究内容；自动控制系统 组成和原理。

第2章系统的数学模型

1 .教学内容

本部分讲述如下内容，数学模型的基本概念；微分方程的建立方法和步骤；递函数的概念 及求法；典型环节传递函数的建立；系统方块图的化简方法和应用。

2.基本要求

本部分的教学目的是使学生掌握数学模型在控制理论中的作用和建立方法。通过本部分学

习，学生要能对一般简单的系统建立数学模型并掌握建立数学模型基本方法和技巧。

第3章时间响应分析

1. 教学内容

本部分讲述如下内容，时间响应及其组成；一阶系统响应；二阶系统响应；二阶系统响应 的瞬态性能指标及计算；稳态性能指标（系统误差）分析计算；稳定的充分必要条件和稳 定的判别方法；系统相对稳定性的概念和指标；系统稳定的充分必要条件；时域稳定性判 别方法Routh判据；