《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)大綱(總8頁(yè))

控制工程基礎(chǔ)教學(xué)大綱大綱說明課程代碼：3325052總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（講課40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）總學(xué)分：3課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課，必修適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)預(yù)修要求：高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電工技術(shù)一、課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)：(一) 課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課，必修(二) 目的與任務(wù)通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具有分析、綜合電氣自動(dòng)化、儀表自動(dòng)化及工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備中自控系統(tǒng)的能力。二、課程教學(xué)的基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握自動(dòng)控制的基本原理和基本分析方法，并能應(yīng)用基本原理對(duì)典型的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合。三、教學(xué)方法和教學(xué)手段的建議采用以教師講授為主，并結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)手段如多媒體教室等。四、課程習(xí)題要求 習(xí)題的基本要求是：鞏固和深入理解所學(xué)過的基本概念、基本理論，提高計(jì)算技能和作圖能力。運(yùn)用所學(xué)得的知識(shí)分析和計(jì)算典型及實(shí)際的控制系統(tǒng)問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。 習(xí)題可包括思考題和計(jì)算題，課外習(xí)題和課內(nèi)習(xí)題五、大綱的使用說明本大綱適用于本科學(xué)校機(jī)電工程專業(yè)，因本課程涉及高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電工原理、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、半導(dǎo)體變流技術(shù)等多門基礎(chǔ)課的知識(shí)，故適宜在二年級(jí)下開設(shè)，在講授時(shí)，要注意聯(lián)系和復(fù)習(xí)。講授內(nèi)容可按學(xué)時(shí)作適當(dāng)增刪。大綱正文第一章 控制系統(tǒng)的基本概念 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：控制系統(tǒng)的工作原理、組成、基本要求、基本類型本章講授重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的工作原理、基本要求本章講授難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的工作原理1.1 控制系統(tǒng)的工作原理及其組成1.1.1工作原理1.1.2開環(huán)控制和閉環(huán)控制1.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成1.2 控制系統(tǒng)的基本類型1.2.1按輸入量的特征分類1.2.2按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類1.3 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.4 控制工程發(fā)展概況習(xí)題：1；2；3第二章 數(shù)學(xué)模型 學(xué)時(shí)（講課10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：突出強(qiáng)調(diào)參數(shù)模型的必要性以及參數(shù)模型的基本要素及其表達(dá)，掌握傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖和它們的變換關(guān)系本章講授重點(diǎn)：傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖和它們的變換關(guān)系本章講授難點(diǎn)：傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖和它們的變換關(guān)系 2.1控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程2.2拉氏變和反換變換2.3 傳遞函數(shù)2.4系統(tǒng)方框圖和信號(hào)流圖2.5控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例機(jī)電系統(tǒng)2.5非線性數(shù)學(xué)模型的線性化習(xí)題：1；2；3；4；5；6；9；10；11；12；13；14第三章 時(shí)域分析法 學(xué)時(shí)：10學(xué)時(shí)（講課10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：一階、二階、高階系統(tǒng)的分析，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差分析本章講授重點(diǎn)：一階、二階的時(shí)域分析，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差分析本章講授難點(diǎn)：一階、二階的時(shí)域分析3.1典型輸入信號(hào)3.2一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.3二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.4高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)3.5誤差的分析和計(jì)算3.6穩(wěn)定性分析習(xí)題：1；2；4；5；6；7；8；9；10；11；12；13；14；15；16第四章 頻域分析法 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：頻率特性的概念及作圖方法，運(yùn)用系統(tǒng)的頻率特性對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行定性分析和定量估算，奈氏判據(jù)、玻德判據(jù)的準(zhǔn)則和方法本章講授重點(diǎn)：掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性、熟練掌握系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率曲線和開環(huán)幅相頻率曲線的繪制及奈氏判據(jù)、玻德判據(jù)本章講授難點(diǎn)：開環(huán)對(duì)數(shù)頻率曲線和開環(huán)幅相頻率曲線的繪制4.1頻率特性的基本概念4.2典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖4.3系統(tǒng)開環(huán)頻率特性圖4.4頻域穩(wěn)定性判據(jù)4.7用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能習(xí)題：5；8；9；10；12；14；16；17；20；23第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正 學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)（講課2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)）本章講授要點(diǎn)：PID控制規(guī)律及其實(shí)現(xiàn)；采用頻率法，利用校正裝置將原有系統(tǒng)的特性加以修正和改造，使得系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)給定的性能要求本章講授重點(diǎn)：頻率法校正本章講授難點(diǎn)：頻率法校正5.1概述5.2 PID控制規(guī)律5.3 PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)5.4頻率法設(shè)計(jì)和校正5.5并聯(lián)校正和復(fù)合校正習(xí)題：1；2；3；4；5本課程對(duì)學(xué)生自學(xué)的要求自學(xué)所推薦的參考書課時(shí)數(shù)分配表：序 號(hào)內(nèi) 容學(xué) 時(shí)講 課實(shí) 驗(yàn)小 計(jì)1第一章 控制系統(tǒng)的基本概念2022第二章 數(shù)學(xué)模型8083第三章 時(shí)域分析法104144第四章 頻域分析法102125第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正10212合 計(jì)40848考試方式和考核要求本課程采用閉卷考試。對(duì)上課缺席、作業(yè)缺交超過學(xué)校規(guī)定者不能參加期末考試，成績(jī)以零分計(jì)。推薦教材與參考書目自動(dòng)控制原理 張希周主編 重慶大學(xué)出版社自動(dòng)控制原理 黃家英主編 東南大學(xué)出版社自動(dòng)控制原理 孫虎章主編 中央廣播電視大學(xué)出版社現(xiàn)代控制工程 緒方勝?gòu)┲骶?盧伯英譯 科學(xué)出版社控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大綱一、總則1.本大綱適用范圍1）大綱相關(guān)的課程名稱和課程屬性課程名稱：控制工程基礎(chǔ) 課程屬性：學(xué)科基礎(chǔ)課程2）本大綱的適用范圍適用于本科機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化3）實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)8個(gè)學(xué)時(shí)2.本大綱的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笞詣?dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)是自動(dòng)控制理論課的一部分，它的目的和要求是1)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解和掌握自動(dòng)控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法2)學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成和測(cè)試技術(shù)3)提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力和水平3.本實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)和內(nèi)容1）典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)2）控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析3）系統(tǒng)頻率特性測(cè)量4）連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正4本大綱所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備由計(jì)算機(jī)、A/D、D/A接口板、模擬實(shí)驗(yàn)電路、打印機(jī)及直流穩(wěn)壓電源組成，其中計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)分別起信號(hào)產(chǎn)生、測(cè)量、顯示、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理的作用，模擬電路起被控對(duì)象的作用，板上裝有6個(gè)運(yùn)算放大器，與電阻、電容相配合，可以構(gòu)成多種特性的被控對(duì)象，在計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)，插有A/D、D/A接口板，它起模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用，可根據(jù)軟件產(chǎn)生不同的信號(hào)（階躍、三角、正弦），直流穩(wěn)壓電源12V、負(fù)12V，為模擬電路供電。該套實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制元件，也可以構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)其理論特性進(jìn)行測(cè)量，所有的自動(dòng)控制理論課實(shí)驗(yàn)都是在這套裝置上完成的。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)時(shí)安排1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開設(shè)屬性 必開實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 2個(gè)學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶：學(xué)習(xí)構(gòu)成典型環(huán)節(jié)的模擬電路，了解電路參數(shù)對(duì)環(huán)節(jié)特性的影響b: 學(xué)習(xí)典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)的測(cè)量方法，并學(xué)會(huì)由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)5) 實(shí)驗(yàn)要求a：畫出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例加微分環(huán)節(jié)的模擬電路圖，用坐標(biāo)紙畫出所記錄的慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例加微分環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線b：由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與電路計(jì)算結(jié)果相比較2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開設(shè)屬性 必開實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 2個(gè)學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶：研究二階系統(tǒng)的二個(gè)重要參數(shù)阻尼比和無阻尼自然頻率對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響b：學(xué)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)5) 實(shí)驗(yàn)要求a：畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，并求參數(shù)、n 、p 、tp的表達(dá)式b：把不同、n 條件下測(cè)量的p 、tp 值列表，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論c：畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由p 、tp 計(jì)算出傳遞函數(shù)，并與電路計(jì)算結(jié)果相比較3.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開設(shè)屬性 必開實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 1個(gè)學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶：觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象b：研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響5) 實(shí)驗(yàn)要求a：畫出模擬電路圖b：畫出系統(tǒng)減幅或增幅的波形圖c：計(jì)算系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，并與測(cè)得的臨界放大系數(shù)相比較4.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四 系統(tǒng)頻率特性測(cè)量1）實(shí)驗(yàn)類型 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開設(shè)屬性 必開實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 1個(gè)學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶：加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念b：掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測(cè)量方法5) 實(shí)驗(yàn)要求a：畫出被測(cè)系統(tǒng)的模擬電路圖，計(jì)算其傳遞函數(shù)，根據(jù)傳遞函數(shù)繪制Bode圖b：把上述測(cè)量數(shù)據(jù)列表，根據(jù)此數(shù)據(jù)奤畫Bode圖c：分析測(cè)量誤差5.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正1）實(shí)驗(yàn)類型 綜合性實(shí)驗(yàn)2）實(shí)驗(yàn)開設(shè)屬性 必開實(shí)驗(yàn)3）學(xué)時(shí)數(shù) 2個(gè)學(xué)時(shí)4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康腶：研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響b：熟悉和掌握系統(tǒng)過渡過程的測(cè)量方法5) 實(shí)驗(yàn)要求a：畫出所做實(shí)驗(yàn)的模擬圖，結(jié)構(gòu)圖b：給出校正前后的p 、圖和tp c：繪出校正前后的Bode圖，并從圖上查出兩種情況下相位穩(wěn)定裕量和截止頻率，分析校正結(jié)。