机械工程控制基础教案.doc

第一章 绪论 [教学内容] 　　1．控制理论学科的发展概况 　　2．控制理论的研究对象 　　3．控制系统的工作原理及基本要求 　　4．学习目的和学习方法 [教学安排]　　安排的教学时数：学时 [知识点及基本要求] 　　了解机械控制工程理论的由来和发展，了解其在机械制造领域中的作用。熟悉有关“反馈与反馈控制”的基本概念。学习分析具体控制系统的组成环节，知道系统的被控对象、被控量、扰动量、控制量等，会画工作原理方框图。 [重点和难点] 　　反馈与反馈控制； 　　控制系统的概念； [教学法设计]　　应用多媒体课件，开展案例教学。 [教学内容] 　　1．控制系统动态微分方程的建立以及非线性方程的线性化； 　　2．传递函数的概念及传递函数方块图的简化方法； 　　3．典型环节的传递函数； [教学安排] 　　本章安排的教学时数：学时 　　2.1.1 线性系统与非线性系统；2.1.2 线性系统微分方程的列写；2.1.3系统非线性微分方程的线性化。安排2学时。 　　2.2.1 传递函数的定义；2.2.2传递函数的常见形式；2.3.1控制系统的基本联接方式；2.3.2扰动作用下的闭环控制系统。安排2学时 　　2.3.3 传递函数方块图的绘制；2.3.4传递函数方块图的变换；2.3.5传递函数方块图的简化。安排2学时。 　　2.4 典型环节的传递函数。安排2学时。 [知识点及其基本要求]　　2.1 控制系统的微分方程 　　线性系统与非线性系统，以质量-弹簧系统等为例引出线性系统与非线性系统的概念，让学生对概念有明确的理解； 　　线性系统微分方程的列写，是本次课的重点，通过力学、电学等方面的实例让学生掌握动态系统建模的方法； 　　系统非线性微分方程的线性化，让学生理解非线性动态微分方程线性化的处理方法。 　　2.2 传递函数 　　传递函数的定义，是本次课的重点讲解内容，通过实例让学生理解为什么要引入传递函数表述动态系统； 　　传递函数的常见形式，让学生了解它的多种表达方式； 　　控制系统的基本联接方式，主要掌握串联、并联和反馈控制等基本联接方式； 　　扰动作用下的闭环控制系统。 　　3.3传递函数方块图的绘制； 　　传递函数方块图的变换，是学生掌握的重点和难点； 　　传递函数方块图的简化，通过大量的训练能熟练掌握。 　　2.4典型环节的传递函数 　　了解每一个典型环节的传递函数表达的含义，并能熟练掌握传递函数的表达式。 [重点和难点] 　　传递函数的定义； 　　传递函数方框图的变换和简化。 [教学法设计] 　　多种实例分析贯穿本章教学始终，做到举一反三，全面理解和熟练应用。 [应用] 　　以例子穿插讲解。 [板书设计] 　　结合多媒体课件，进行教学。 [教学内容] 　　1．时间响应的基本概念及其组成，几种典型的输入信号； 　　2．一阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应； 　　3．控制系统的动态性能指标； 　　4．控制系统的稳定性。 [教学安排] 　　本章安排的教学时数：8学时 　　3.1.1 时间响应及其组成；3.1.2 典型输入信号；3.2一阶系统的时间响应。 　　安排2学时。 　　典型输入信号：单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号； 　　一阶系统的时间响应介绍一阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。 　　3.3 二阶系统的时间响应。安排2学时 　　介绍二阶系统的数学模型以及二阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。 　　3.5 控制系统的动态性能指标。安排2学时。 　　介绍欠阻尼状态下的二阶系统在单位阶跃输入的响应下瞬态响应指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间，并举例求响应的响应指标。 　　3. 6 控制系统的稳定性。安排2学时。 　　稳定性的基本概念及线性系统稳定的充要条件，Routh（劳斯）稳定判据 [知识点及其基本要求] 　　3.1 时间响应与典型输入信号 　　时间响应的概念，以质量-弹簧系统为例介绍时间响应的组成：瞬态响应与稳态响应，为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。 　　选取典型输入信号的基本原则，单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号等典型信号的产生与数学表达式及其拉氏变换； 　　3.2 一阶系统的时间响应 　　一阶系统的微分方程及其传递函数，一阶系统的单位阶跃响应及其性能参数，一阶系统的单位脉冲响应。 　　3.3 二阶系统的时间响应 　　二阶系统的微分方程及其传递函数，分情况讨论欠阻尼系统、临界阻尼系统、过阻尼系统、零阻尼系统。 　　二阶系统的单位阶跃响应，讨论二阶系