《控制工程基础》课程教学大纲
课程名称：控制工程基础
英文名称：Control Engineering Fundamental
课程编码：51510502
学时/学分：42/6
课程性质：必修课
适用专业：机械类各专业
先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）
一、课程的目的与任务
《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。
本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。
本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。
在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。
学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。
二、教学内容及基本要求
绪论
教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。
教学重点和难点：1．系统的概述、工作原理和一般构成
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特别提醒：无作弊，作弊就没学位了！！！！
题型：选择题30分，填空题20分，大题50分
知识点：
1、 自动控制的定义：p1
2、 开环控制、闭环控制、开环控制系统、闭环控制系统的定义以及举例
3、 自动控制系统的基本组成：图1-22
4、 控制系统的性能指标以及意义：p14-15.
5、 拉氏变换的性质与定理：p20-22，其中初值定理，终值定理必考，能进行简单的查表法拉氏变换。形式参考习题2-3 2-5
6、 传递函数的定义：、p33,
7、 方块图的化简，考点为大题，见下
8、 开环传递函数、闭环传递函数：p48
9、 典型输入型号：5种 p55
10、 时域性能指标：ts tp tr 超调量四个
一阶系统闭环传递函数模型：p5911、 ，一阶系统单位阶跃响应曲线：图3-8 , ，能够将给定的传递函数求出二阶系统的数学模型标准形式：p63 公式12、 3-27nP64-66 结合图3-15 13、 能够区分无阻尼、临界阻尼、欠阻尼、过阻尼四种情况。
已知二阶系统数学模型求动态性能指标， 14、或者已知动态性能指标反求数学模型的参数，参考例题3-2~3-4
15、 系统稳定的充要条件；利用劳斯判据判断系统的稳定性、不稳定根个数等，：p78
减少稳态误差的方法： p95
16、频率特性的求法、输入信号类型、波德图的绘制，最小相位系统。17、
大题类型：
1、画出某一个自动控制系统的方框图。可以参考p2 例1-1 例1-2
2、拉斯反变换：参考P23 例2-7~2-9、例2-14
3、用拉斯变换求解微分方程：参考P29例2-14
4、建立系统数学模型：参考P27例2-10 2-12
5、方框图的化简：参考P27例2-20~2-22 。注：也可以选择采用梅逊公式
、已知二阶系统数学模型求动态性能指标，或者已知动态性能指标反求数学模型的参数，6．
《控制工程基础》教学大纲
（课程编号：A340008，学分3， 学时:48， 实验：6）
一、 课程的性质与目的
“控制工程基础”课程以机电工程领域的线性控制系统为主要对象，介绍应用数学工具或试验结果对线性反馈控制系统进行建模、性能分析和设计的原理和方法。通过学习，使学生能掌握反馈闭环控制的基本概念、基本思想、基本原理，初步掌握建立机电控制系统数学模型的方法，能应用数学手段进行线性控制系统的性能分析，初步掌握控制系统设计校正方法，并初步了解离散控制系统和非线性控制系统的基本，初步了解MATLAB软件在控制系统分析设计中的应用，为后续课程的学习以及从事工程技术工作或继续深造打下基础。
本课程是机械制造与自动化专业的技术基础课。
二、 课程内容与教学要求
1 课程内容
第一章 控制系统导论 一般了解
1-1 自动控制的基本原理
1-2 自动控制系统示例
1-3 自动控制系统的分类
1-4 自动控制系统的基本要求
第二章 控制系统的数学模型 重点掌握
2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换
2-2 控制系统的时域数学模型
2-3 控制系统的复数域数学模型
2-4 控制系统的结构图与信号流图
第三章 线性系统的时域分析法 重点掌握
3-1 系统的时域性能指标
3-2 一阶系统的时域分析
3-3 二阶系统的时域分析
3-4 高阶系统的时域分析
3-5 线性系统的稳定性分析
3-6 线性系统的稳态误差计算
第四章 线性系统的根轨迹法 重点掌握
4-1 根轨迹法的基本概念
4-2 常规根轨迹的绘制法则
4-3 广义根轨迹
4-4 系统性能的分析
第五章 线性系统的频域分析法 重点掌握
5-1 频率特性
5-2 典型环节与开环系统频率特性
5-3 频域稳定判据
5-4 频域稳定裕度
5-5 闭环系统的频域性能指标
第六章 线性系统的校正方法 一般了解
6-1 系统的设计与校正问题
6-2 常用校正装置及其特性
《控制工程基础》课程考核知识点：
第1章 绪论
考核知识点：
（一）机械工程控制的基本含义
1.控制论与机械工程控制的关系；
2.机械工程控制的研究对象。
（二）系统中信息、信息传递、反馈及反馈控制的概念
1.系统信息的传递、反馈及反馈控制的概念；
2.系统的含义及控制系统的分类。
第2章 控制系统的数学模型
考核点：
（一）数学模型的概念
1.数学模型的含义；
2.线性系统含义及其最重要的特征——可以运用叠加原理；
3.线性定常系统和线性时变系统的定义；
4.非线性系统的定义及其线性化方法。
（二）系统微分方程的建立
1.对于机械系统，运用达朗贝尔原理建立运动微分方程式；
2对于电气系统运用克希霍夫电流定律和克希霍夫电压定律，建立微分方程式；
3.简单液压系统微分方程式的建立。
（三）传递函数
1.传递函数的定义；
2.传递函数的主要特点：
（1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与本身参数和结构有关，与输入无关；
（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中S的阶数必不少于分子中S的阶次；
（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理系统只要它们的动态特性相同，其传递函数相同；
3.传递函数零点和极点的概念。
（四）方块图及系统的构成
1.方块图的表示方法及其构成；
2.系统的构成
（1）串联环节的构成及计算；
（2）并联环节的构成及计算；
（3）反馈环节的构成及计算；
3.方块图的简化法则 （1）前向通道的传递函数保持不变；
（2）各反馈回路的传递函数保持不变；
4.画系统方块图及求传递函数步骤。
（五）机、电系统的传递函数
1.各种典型机械网络传递函数的计算及表示方法；
2.各种典型电网络及电气系统传递函数的计算及表示方法；
3.加速度计传递函数计算；
