《控制工程基础》教学大纲.doc

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；2.基本要求本部分的教学目的是使学生掌握时间响应概念及求法；掌握衡量时间响应性能的性能指标及求法；了解性能指标对系统的影响；掌握系统稳定的判别条件和判别方法。

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：45学时学分：2.5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ζ、ω间的关系及计算。

n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。

典型环节的频率特性。

最小相位系统的概念。

系统开环频率特性（奈奎斯特图和伯德图）的绘制。

系统辨识的概念及利用实测开环幅频特性确定系统的开环传递函数。

《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。