《机械工程控制基础》课程教学大纲

1、PAGE PAGE - 4 -本科生课程大纲课程名称机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering课程代码082103101257课程属性专业知识课时/学分32/2课程性质必修实践学时责任教师 课外学时课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1.课程描述： 机械工程控制基础是具有一般方法论特点的技术基础课，本课程侧重原理，同时其内容密切结合工程实际。它以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。2.设计思路： 学习本课程的目的在于使学生能以动态

2、的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。课程是培养本科生从事机械制造领域工程工作的专业知识基础课，为达成能力矩阵1.4、1.6、2.1、2.2、2.6项要求见下表。序号授课内容机械设计制造及其自动化专业毕业生能力要求

3、1.41.62.12.22.61绪论2系统的数学模型3时间响应与误差分析4系统的频率特性分析5系统的稳定性6系统的性能分析与校正具体要求学生掌握以下专业知识和技能：2.1 对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。2.2 对于典型系统的时域和频域特性，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。2.3掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。2.4对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。2.5 对系统分析和辩识问题应建立基本概念。3. 课程与其他课程的关系：机械工程控

4、制基础是机械专业的一门专业基础课，学习本课程前学生已完成高等数学、大学物理、电路基础、机械原理等课程。本课程为后期控制类课程的学习奠定基本理论基础。二、课程目标学习本课程的目的在于使学生能以动态的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现

5、最佳控制打下基础。三、学习要求机械工程控制基础是一门比较抽象的技术基础课。学习过程中既不能陷于专业技术中，仅研究专业技术问题，但又必须概括工程实践，紧密结合专业实际。本课程以数学、物理及有关学科为其理论基础，以机械工程中有关系统动力学为抽象、概括与研究的对象，运用信息的传递、处理与反馈进行控制这一正确的思维方法与观点，在数理基础课程与专业课程之间架起一道桥梁，将两者紧密结合起来。要完成以上学习任务，学生必须： （1）按时上课、认真听讲，积极参与课堂讨论。 （2）要重视习题和实验，要独立完成作业，加深对基本概念的理解与基本方法的运用。 （3）学习本课程时，不必过分追求数学论证上的严谨性，但一定要

6、充分注意到数学结论的准确性与物理概念的明晰性。 （4）在学习过程中，应大胆地思考问题，提出问题，研究问题，运用学习中反馈所获得的信息来总结经验，指导学习，切记“书云亦云”，努力“书书之所未书”，不为教材所束缚。四、教学进度序号主题计划课时主要内容概述实验实践内容或课外练习1绪论2关于“系统”、“信息传递”和“反馈”及“反馈控制”的基本概念；系统及其模型控制系统的分类；反馈控制系统的基本组成；对控制系统的基本要求；本课程的特点及学习方法。2系统的数学模型6系统的数学模型；传递函数的基本概念及其数学物理意义与求取方法； 输入输出信号与传递函数的关系；系统方框图；闭环控制系统及其传递函数方框图的等效

7、简化；工程中典型的机电系统的传递函数。3时间响应与误差分析6时间响应的基本概念；典型输入信号与一阶、二阶系统的时间响应；二阶系统响应的性能指标；高阶系统的时间响应；函数在时间响应中的作用；系统的误差分析；系统的类型及各型系统的位置、速度、加速度误差。4系统的频率特性分析8频率特性的极坐标图（Nyquist图）的一般概念；典型环节的Nyquist图；绘制系统Nyquist图的一般步骤和方法；频率特性的对数坐标图（Bode图）的一般概念；典型环节的Bode图；绘制系统Bode图的一般步骤和方法；根据频率特性的对数坐标图辨识系统数学模型。5系统的稳定性6系统稳定性的基本概念；判别线性系统稳定性的基本

8、出发点；Routh稳定性判据、Nyquist稳定性判据的基本原理和方法；Bode判据系统的相对稳定性；幅值裕度与相位裕度；最小相位系统与非最小相位系统。6系统的性能分析与校正4系统的性能指标；校正的一般概念；常用的校正方法与分类；相位超前校正、相位滞后校正及相位滞后-超前校正的基本特性及其频域设计方法；PID调节器的基本特性与设计方法；顺馈校正与反馈校正的基本特性。 五、参考教材与主要参考书1 杨叔子主编. 机械工程控制基础. 武汉：华中科技大学出版社. 2011.7（ISBN: 97875609687350）.2 杨咸启主编. 机电工程控制基础. 北京：国防工业出版社.2005.9 (ISBN: 7118039101).3 王积伟主编. 控制工程基础. 北京：高等教育出版社.2010.5(ISBN：9787040291087).六、成绩评定（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评分体系： 成绩综合