《控制工程基礎》課程教學大綱.doc

控制工程基礎課程教學大綱課程名稱：控制工程基礎，F(xiàn)undamentals of Control Engineering課程性質：專業(yè)基礎課學分：2.5總 學 時：48 其中，理論學時：40 實驗學時：8適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化專業(yè)。先修課程：工程數(shù)學，工程力學，電工電子等。一、教學目的與要求本課程是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。在機械類各專業(yè)的教學計劃中，是一門理論性較強的技術基礎課。它是進行控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析的基礎，目前自動控制技術已廣泛應用于工農業(yè)生產、交通運輸、國防和宇航等各個領域。本課程的主要任務是通過各個教學環(huán)節(jié)，運用各種教學手段和方法，使學生掌握系統(tǒng)動態(tài)特性數(shù)學模型的建立和研究方法，并學會應用這些研究方法對已知系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性問題進行分析，以及進行控制系統(tǒng)的設計，并為學習后續(xù)課程、從事工程技術工作、進行科學研究、開拓新的領域，打下堅實的基礎。本課程主要以線性控制系統(tǒng)為研究對象，進行系統(tǒng)的分析與設計。學完本課程應達到以下基本要求：1理解自動控制的基本含義，自動控制的基本要求，自動控制系統(tǒng)與過程中的信息傳遞、反饋及反饋控制。2理解數(shù)學模型、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、相似性原理的概念；掌握線性元件和系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立方法、線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運動方程線性化的方法。3掌握一階、二階及高階系統(tǒng)的時間響應分析和性能指標計算；理解控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的概念，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算；掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念、穩(wěn)定的充要條件及時域穩(wěn)定判據(jù)。4掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對穩(wěn)定裕量的概念及計算。5理解控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法。6掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正方法和校正裝置的設計；掌握控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正的作用及校正方法。二、教學內容與學時分配序號章節(jié)名稱學時分配理論學時實驗學時總學時1第一章控制系統(tǒng)的基本概念2242第二章數(shù)學模型100103第三章時域分析法10212第四章頻率響應法14216第五章控制系統(tǒng)的設計和校正426合計學時數(shù)48三、各章節(jié)主要知識點與教學要求1控制系統(tǒng)的基本概念（1）控制系統(tǒng)的工作原理及其組成；（2）控制系統(tǒng)的基本類型；（3）對控制系統(tǒng)的基本要求；（4）控制工程的發(fā)展概況。本章重點：自動控制系統(tǒng)與過程中的信息傳遞、反饋及反饋控制。本章難點：信息傳遞、反饋及反饋控制。 本章教學要求：理解自動控制的基本含義，自動控制的基本要求，自動控制系統(tǒng)與過程中的信息傳遞、反饋及反饋控制；了解自動控制系統(tǒng)的分類、組成及應用實例；了解控制系統(tǒng)的基本要求。 2數(shù)學模型（1）控制系統(tǒng)的運動微分方程；（2）拉氏變換和拉氏反變換；（3）傳遞函數(shù)；（4）系統(tǒng)方框圖和信號流圖；（5）非線性數(shù)學模型的線性化；（6）控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導舉例。本章重點：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念，掌握反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。本章難點：線性元件和系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立方法，線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運動方程線性化的方法。 本章教學要求：理解數(shù)學模型、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、相似性原理的概念；掌握線性元件和系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立方法、線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運動方程線性化的方法；理解系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念，掌握反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。3時域分析法（1）典型輸入信號；（2）一階系統(tǒng)的時間響應；（3）二階系統(tǒng)的時間響應；（4）高階系統(tǒng)的時間響應；（5）誤差分析和計算；（6）穩(wěn)定性分析；（7）時域特性的計算機輔助分析。本章實驗：典型模擬系統(tǒng)瞬態(tài)響應實驗（學時）本章重點：時間響應分析和性能指標計算；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算；時域穩(wěn)定判據(jù)。本章難點：離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，動態(tài)性能分析。 本章教學要求：理解時間響應的概念，了解典型輸入信號；理解控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算；掌握系統(tǒng)的時間響應分析和性能指標計算；了解高階系統(tǒng)的時間響應、閉環(huán)主導極點的概念及性能指標；掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念、穩(wěn)定的充要條件及時域穩(wěn)定判據(jù)，了解控制系統(tǒng)時域特性計算機輔助分析的方法。 4頻域響應法（1）頻率特性的基本概念；（2）典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖；（3）系統(tǒng)開環(huán)頻率特性圖；（4）頻域穩(wěn)定性判據(jù)；（5）閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性；（6）頻域指標與時域性能指標間的關系；（7）用系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能；（8）頻域特性的計算機輔助分析。本章實驗：典型模擬系統(tǒng)頻率響應實驗（學時）本章重點：掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對穩(wěn)定裕量的概念及計算。本章難點：控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性及性能指標；控制系統(tǒng)的時域指標與頻域指標的關系；控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實驗法確定。 本章教學要求：理解控制系統(tǒng)頻率特性的一般概念，掌握頻率特性的求取和表示方法；掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性和控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性；掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對穩(wěn)定裕量的概念及計算；了解控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性及性能指標；了解控制系統(tǒng)的時域指標與頻域指標的關系；了解控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實驗法確定；了解系統(tǒng)頻率特性計算機輔助分析的方法。5控制系統(tǒng)的設計和校正（1）基本概念；（2）串聯(lián)校正；（3）反饋校正。本章實驗：模擬系統(tǒng)串聯(lián)校正實驗（學時）本章重點：控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法，控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正。本章難點：控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正，并聯(lián)校正方法及設計；控制系統(tǒng)反饋校正方法及作用。 本章教學要求：理解控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法；掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正方法和校正裝置的設計；掌握控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正的作用及校正方法；理解控制系統(tǒng)反饋校正方法及作用。四、成績考核方式本課程為考試課程，期末考試采用閉卷筆試。學生的課程總評成績由平時成績（占40%）和期末考試成績（占60%）兩部分構成，平時成績中出勤占15%、作業(yè)占15%、課堂測驗、學習主動性及上機實驗成績等占10%。五、教材與參考資料教 材： 控制工程基礎，張尚才編，浙江大學出版社，1991年8月第1版。參考書：控制工程導論，周雪琴 張洪才編，西北工業(yè)大學出版社，2000年3月第2版控制工程基礎，王積偉主編，高教出版社，1999年2月第1版執(zhí) 筆 人 審 定 人