機械控制工程基礎(chǔ) 教學(xué)大綱

一、課程性質(zhì)和教學(xué)目的：1.課程授課對象 2008級機械設(shè)計制造及其自動化，課程主要闡述有關(guān)自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論。2.基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課本課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)主干課程。3.在人才培養(yǎng)過程中的地位及作用使學(xué)生基本掌握自動控制系統(tǒng)性能分析及設(shè)計的方法和技巧，為進一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程及今后的實際工作打下較堅實的基礎(chǔ)。4.在思想、知識和能力等方面達到的教學(xué)目標掌握自動控制理論的基本概念，自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建模方法，包括微分方程傳遞函數(shù)，函數(shù)方塊圖，零極點分布圖；自動控制系統(tǒng)性能的時域和頻率域分析方法，重點掌握自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，準確性及快速性的概念、指標、分析計算及校正的方法。學(xué)會分析控制系統(tǒng)，并能初步設(shè)計控制系統(tǒng)。二、課程教學(xué)內(nèi)容：第一章 緒論第一節(jié) 機械工程控制論基礎(chǔ)第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作原理與組成第三節(jié) 控制系統(tǒng)的分類與基本要求1、4學(xué)時。2、重點：認識軟件操作界面。難點：對工作軟件界面的熟悉。3、了解機械控制工程基礎(chǔ)課程特點，初步建立控制系統(tǒng)概念。 第二章 函數(shù)的數(shù)學(xué)模型第一節(jié) 系統(tǒng)的微分方程第二節(jié) 拉普拉斯變換和反變換第三節(jié) 傳遞函數(shù)第四節(jié) 系統(tǒng)框圖簡化第五節(jié) 信號流圖籍梅遜公式1、12學(xué)時。2、重點：拉普拉斯變換與反變換；傳遞函數(shù)的分析和建立；系統(tǒng)的框圖表示辦法。難點：利用信號流圖和梅遜公式來簡化控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；物理系統(tǒng)的傳遞函數(shù)推導(dǎo)。3、了解復(fù)變量、復(fù)變函數(shù)、留數(shù)定理、拉氏變換等基礎(chǔ)知識，了解簡單機電微分方程方法。4、理解模型函數(shù)的基本方法和思路。5、掌握傳遞函數(shù)的推導(dǎo)、簡化，理解傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)、物理意義。第三章 時域分析第一節(jié) 概論第二節(jié) 一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)第四節(jié) 高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)第五節(jié) 穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算1、10學(xué)時。2、重點：一階、二階和高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)，誤差分析及計算。難點：時間響應(yīng)的分析、計算方法及穩(wěn)態(tài)誤差的分析、判斷和計算的基本方法。3、了解低階系統(tǒng)的特性及其計算方法。4、理解二階系統(tǒng)在單位階躍輸入作用下，瞬時響應(yīng)特性及性能指標，及系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，學(xué)會利用公式進行性能指標的計算；5、掌握穩(wěn)定性判斷、誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的概念和計算誤差的方法。第四章頻域分析第一節(jié) 概論第二節(jié) 典型環(huán)節(jié)的頻率特性第三節(jié) 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制第四節(jié) 閉環(huán)頻率特性第五節(jié) 閉環(huán)系統(tǒng)性能分析1、12學(xué)時。2、重點：系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)的頻率特性的分析、計算和物理意義。難點：時間響應(yīng)的分析、計算方法及穩(wěn)態(tài)誤差的分析、判斷和計算的基本方法。3、了解極坐標圖的概念及各典型環(huán)節(jié)極坐標圖，閉環(huán)頻率特性和性能指標關(guān)系。4、理解極坐標圖和伯德圖的物理意義。5、掌握頻率特性基本概念，對數(shù)頻率特性繪制、穩(wěn)定性判斷方法。第五章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性第一節(jié) 概論 第二節(jié) 勞斯穩(wěn)定判據(jù) 第三節(jié) 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 第四節(jié) 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性1、10學(xué)時。2、重點：勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)和系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性判斷。難點：擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差及計算，相對穩(wěn)定性判斷的分析、計算和物理意義。3、了解系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念。4、理解影響穩(wěn)定性的性能參數(shù)指標。5、掌握給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差及計算方法，相對穩(wěn)定性的分析和判斷方法。第六章 系統(tǒng)的設(shè)計校正第一節(jié) 概論第二節(jié) 串聯(lián)校正第三節(jié) PID校正第四節(jié) 反饋校正1、6學(xué)時。2、重點：串聯(lián)校正、PID校正和反饋校正的功能及其校正裝置的設(shè)計過程。難點：對時域性能指標和頻域性能指標的分析、計算、控制和調(diào)節(jié)。3、一般了解控制系統(tǒng)校正的概念、校正的實質(zhì)、校正的方法、校正裝置的形式。4、理解串聯(lián)相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正裝置及特性。5、掌握利用頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置參數(shù)的方法。簡單了解反饋校正、順饋、前饋校正及復(fù)合控制。三、教學(xué)基本要求1.備課每次課有教案，每個章節(jié)有重點、難點及處理方法。2.教學(xué)方法、教學(xué)手段多媒體教學(xué)結(jié)合黑板教學(xué)，課堂講授。3.教學(xué)輔助資料按照教材設(shè)計教案和習(xí)題集，已有習(xí)題集、CAI課件。4.實踐教學(xué)無。5.作業(yè)與輔導(dǎo)每章集中做一次習(xí)題講解，每章上一次習(xí)題課。目的在于幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，并能實際應(yīng)用部分知識。習(xí)題量較為集中在第3章、第四章、第五章。6.考核考核形式期末閉卷考試，題型至少5種，基本涵蓋教學(xué)內(nèi)容重點和難點?？荚嚲砻娉煽冋伎偝煽兊?0%，平時成績占總成績的30%（日?？记诤推綍r作業(yè)）。四、與其它課程的聯(lián)系與分工 本課程由于涉及到控制原理與系統(tǒng)，并引入計算機控制系統(tǒng)，故要求學(xué)生學(xué)習(xí)前應(yīng)具備與其關(guān)系密切的相關(guān)課程內(nèi)容，如：高等數(shù)學(xué)、電工電子技術(shù)、微機原理、傳感器原理與應(yīng)用、機械原理和機械設(shè)計等課程。五、建議教材及參考教材 建議教材：機械控制工程基礎(chǔ)，作者：董玉紅、徐莉萍，出版社：機械工業(yè)出版社，時間：2005年。六、參考書目及資料1、控制工程基礎(chǔ) 董景新 趙長德等 清華大學(xué)出版社 19922、機械工程控制基礎(chǔ)楊叔子 陳克沖 華中科技大學(xué)出版社 2002年2版3、控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真趙文峰等 西安電子科技大學(xué)出版社 2002七、學(xué)生閱讀書目及參考文獻1、夏德鈐，自動控制理論，機械工業(yè)出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷2、董玉紅，楊清梅編著，機械控制工程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003年3、黃忠霖編著，控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真，國防工業(yè)出版社，2004年第2版。