《控制工程基础》课程教学大纲.doc

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序号章节名称学时分配理论学时实验学时总学时1第一章控制系统的基本概念2242第二章数学模型100103第三章时域分析法10212第四章频率响应法14216第五章控制系统的设计和校正426合计学时数48三、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。本章重点：自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。本章难点：信息传递、反馈及反馈控制。 本章教学要求：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；了解自动控制系统的分类、组成及应用实例；了解控制系统的基本要求。 2数学模型（1）控制系统的运动微分方程；（2）拉氏变换和拉氏反变换；（3）传递函数；（4）系统方框图和信号流图；（5）非线性数学模型的线性化；（6）控制系统传递函数推导举例。本章重点：系统开环传递函数和闭环传递函数的概念，掌握反馈控制系统传递函数的求取。本章难点：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。 本章教学要求：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；理解系统开环传递函数和闭环传递函数的概念，掌握反馈控制系统传递函数的求取。3时域分析法（1）典型输入信号；（2）一阶系统的时间响应；（3）二阶系统的时间响应；（4）高阶系统的时间响应；（5）误差分析和计算；（6）稳定性分析；（7）时域特性的计算机辅助分析。本章实验：典型模拟系统瞬态响应实验（学时）本章重点：时间响应分析和性能指标计算；系统稳态误差的计算；时域稳定判据。本章难点：离散系统的稳定性分析，动态性能分析。 本章教学要求：理解时间响应的概念，了解典型输入信号；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，掌握系统稳态误差的计算；掌握系统的时间响应分析和性能指标计算；了解高阶系统的时间响应、闭环主导极点的概念及性能指标；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，了解控制系统时域特性计算机辅助分析的方法。 4频域响应法（1）频率特性的基本概念；（2）典型环节的频率特性图；（3）系统开环频率特性图；（4）频域稳定性判据；（5）闭环系统的频率特性；（6）频域指标与时域性能指标间的关系；（7）用系统的开环频率特性分析闭环系统性能；（8）频域特性的计算机辅助分析。本章实验：典型模拟系统频率响应实验（学时）本章重点：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。本章难点：控制系统的闭环频率特性及性能指标；控制系统的时域指标与频域指标的关系；控制系统传递函数的实验法确定。 本章教学要求：理解控制系统频率特性的一般概念，掌握频率特性的求取和表示方法；掌握典型环节的频率特性和控制系统的开环频率特性；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；了解控制系统的闭环频率特性及性能指标；了解控制系统的时域指标与频域指标的关系；了解控制系统传递函数的实验法确定；了解系统频率特性计算机辅助分析的方法。5控制系统的设计和校正（1）基本概念；（2）串联校正；（3）反馈校正。本章实验：模拟系统串联校正实验（学时）本章重点：控制系统校正的概念和校正方法，控制系统的串联校正。本章难点：控制系统的串联校正，并联校正方法及设计；控制系统反馈校正方法及作用。 本章教学要求：理解控制系统校正的概念和校正方法；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；理解控制系统反馈校正方法及作用。四、成绩考核方式本课程为考试课程，期末考试采用闭卷笔试。学生的课程总评成绩由平时成绩（占40%）和期末考试成绩（占60%）两部分构成，平时成绩中出勤占15%、作业占15%、课堂测验、学习主动性及上机实验成绩等占10