机械控制工程理论基础课程教学大纲.doc

“机械控制工程理论基础”课程教学大纲英文名称：Elements of Mechanical Control Theory课程编号：MACH3435学时：56（理论学时：40 实验学时：16 课外学时：20） 学分：3适用对象：机械类、动力类本科生先修课程：高等数学，理论力学，电工电子技术使用教材及参考书：1 董霞、陈康宁、李天石.机械控制理论基础.西安交通大学出版社,2005.ISBN 7-5605-2041-3.2 董景新等.控制工程基础（第二版）.清华大学出版社，2003. ISBN: 97873020638723 美 Katsuhiko Ogata著，卢伯英、于海勋译现代控制工程（第三版）电子工业出版社，2000.ISBN 7-5053-5395-0/TN.1247.一、 课程性质和目的性质：专业基础目的：1培养学生从动态和系统的角度建立机械系统数学模型的能力；2培养学生对机械控制系统进行动态分析的能力；3培养学生对机械控制系统的设计能力和综合能力；4培养学生使用计算机仿真能力；5 培养学生系统分析能力和综合能力。二、课程内容简介机械控制理论是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学，本课程主要介绍机械控制工程的基本概念、机电系统数学模型的建立、机电控制系统的时域分析和频域分析、机电控制系统的稳定性分析和机电控制系统的设计和校正。通过课程教学和实验，培养学生对机电控制系统进行动态分析的能力和综合能力。三、教学基本要求1了解机电系统的数学模型并掌握基本的建模方法；2掌握机电控制系统时域分析方法；3. 掌握机电控制系统的频域分析方法；4. 掌握机电控制系统稳定性分析方法；5. 初步掌握机械控制系统设计和校正方法。四、 教学内容及安排第一章：绪论1理解“机械工程控制”的基本含义，本课程的特点，以及学习本课程的目的与任务； 2初步建立系统、反馈、控制、闭环系统等的基本概念。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他1.1-1.42第二章：拉普拉斯变换的数学方法 1熟练掌握拉普拉斯变换的基本性质和拉氏反变换的基本方法；2掌握典型时间函数的拉氏变换以及它们的特点和相互关系；3. 不强调拉氏变换在数学理论上的严密推导。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他2.1-2.651第三章：系统的数学模型 1. 理解线性与非线性、定常与时变等不同系统之主要区别;2. 掌握运用力学、电学基础知识对系统建模的方法;3. 理解并掌握传递函数、方块图、信号流图、状态方程等重要概念;4. 掌握传递函数的处理方法、方块图的简化方法以及方块图与传递函数的相互关系;5. 理解信号流图与方块图、传递函数的关系。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他3.1-3.671第四章：控制系统的时域分析 1. 理解时间响应、脉冲响应函数的概念以及时间响应的组成;2. 重点掌握一阶、二阶系统的瞬态响应特性，以及瞬态响应的性能指标;3. 对二阶系统的不同阻尼特性（欠阻尼、过阻尼等）要有明确的概念;4. 理解误差与稳态误差的概念，重点掌握各型系统的位置、速度和加速度误差系数以及系统类型、开环增益与系统稳态误差的关系。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他4.1-4.6731第五章：系统的频率特性 1. 掌握频率特性的基本概念以及频率特性与系统传递函数、脉冲响应函数之间的关系;2. 掌握对数坐标图(伯德图)的概念以及各个典型环节的对数坐标图，绘制系统伯德图的一般步骤及其特点，以及由伯德图估计最小相位系统传递函数的方法;3. 掌握极坐标图(乃奎斯特图)的概念以及各典型环节的极坐标图；绘制系统极坐标图的一般步骤及其特点;4. 掌握频域中的性能指标及其与时域性能指标的关系;5. 理解最小相位系统与非最小相位系统的概念;6. 理解频域法系统辨识的基本原理以及实验方法、实验曲线拟和的基本原理;7. 了解闭环频率响应的意义。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他5.1-5.7832第六章：系统的稳定性 1. 掌握系统稳定性的基本概念及稳定性判断的基本准则;2. 熟练掌握用劳斯胡尔维茨判据判别稳定性的基本方法以及某些特殊情况的处理方法;3. 掌握奈奎斯特判据的基本原理，并熟练掌握乃奎斯特图的作法以及如何由它来判别稳定性;4. 掌握相位裕量和幅值裕量、系统的相对稳定性等概念，了解“条件稳定系统”的概念；5. 了解根轨迹法。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他6.1-6.571第七章：控制系统的校正与设计 1. 掌握系统的性能指标及进行补偿和校正的一般概念；2. 掌握用频率法设计控制系统的特点，串联校正的各种方式和方法；3. 理解控制系统的反馈校正和顺馈校正的基本方法。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他7.1-7.4431第八章：离散系统分析基础1. 了解离散系统的基本概念以及采样和保持；2了解离散系统的z变换以及差分方程的建立和求解；3. 了解离散系统的z域分析方法；4了解离散系统的设计与校正方法；5. 初步学会用MATLAB进行离散系统的分析。教学安排及教学方式 教学环节学时分配 课后环节（请打“”）章节数授课实验上机讨论作业自学综合大作业其他8.1-8.8五、 实践环节1. 实验一：典型环节的瞬态响应和动态分析 学时：3 内容：（1）一阶环节的瞬态响应和影响参数； （2）二阶环节的瞬态响应和影响参数； （3）零点、极点分布对系统瞬态响应的影响。 目的：掌握瞬态响应的基本概念和测试方法。2. 实验二：典型环节的频率特性 学时：3 内容：（1）一阶环节的频率特性和影响参数； （2）二阶环节的频率特性海洋学参数； （3）高阶系统的频率特性。目的：掌握频率特性的测试方法，理解谐振频率、频宽等基本概念。3. 实验三：机电控制系统的校正 学时：3 内容：（1）控制系统的反馈校正； （2）控制系统的串联校正。 目的：掌握改善机电控制系统性能的基本方法和工程实现。4. 针对各章重点和难点内容的课堂演示及讨论 学时：7六、课外学时分配章内容参考学时1绪论22拉普拉斯变换的数学方法23系统的数学模型24控制系统的时域分析45系统的频率特性46系统的稳定性47控制系统的校正与设计2七、 考核方式 闭卷；闭卷考试成绩占 70 %，平时作业占 15 %，实验成绩占 15 % 。八、 本课程各教学环节对人才培养目标的贡献度见下表 知识能力素质要求教学环节课后环节授