《机械控制工程基础 第2版》_王洁 教学大纲、授课计划.docx

《控制工程基础》课程教学大纲

课程编号：01066

课程名称：控制工程基础

英文名称：FundamentalsofControlEngineering

课程类型：专业课

课程要求：必修

学时/学分：48/3（讲课学时：44，实验学时：4上机学时：0）

开课学期：4

适用专业：机械设计制造及其自动化、车辆工程

授课语言：中文

课程网站：/course/241384392.html

一、课程性质与任务

控制工程基础是机械设计制造及其自动化和车辆工程的学科基础课，本课程以线性控制系统为研究对象，从时域和频域两个方面系统地介绍了控制理论的基本原理及其在机械工程自动控制系统中的应用。主要内容包括：自动控制系统的基本概念；控制系统在时域和频域中的数学模型建立；单输入单输岀线性系统的稳定性和稳态误差；线性控制系统的时域分析法、频域分析法及系统设计校正方法等内容。

通过本课程的学习，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。同时培养学生掌握科学的方法论，提高学生分析问题、解决问题的能力，为后续课程、从事工程技术工作、进行科学研究和开拓新的领域，打下坚实的基础。

二、课程与其他课程的联系

控制工程基础的先修课程包括：高等数学、大学物理、理论力学、电子技术基础、机械原理和机械设计等课程，这些基础知识为控制系统模型的建立、时域及频域性能分析打下良好的基础。后续课程包括：传感器与测试技术、流体力学与液压传动、机电传动与控制技术、机电液一体化系统设计、智能设备模块化控制技术。本门课程的学习，为这些后续课程中与控制系统分析和设计相关的内容做好知识储备。

三、课程教学目标

1．了解建立控制系统数学模型的基本原理和方法，了解控制系统的时域、频域分析的基本概念，了解控制系统的稳定性和对控制系统进行校正的基本概念和方法。（支撑毕业要求指标点4.1）

2．了解控制系统的Matlab分析方法，能查阅文献资料了解工程问题的研究现状和发展趋势，具有利用现代工具分析复杂机械工程问题及影响因素的基本能力。（支撑毕业要求指标点2.4）

3．掌握控制系统综合与校正的方法，具有利用该方法分析、设计机械系统并改善系统性能的能力，了解机械工程领域中自动控制问题的解决方法及改善自动控制系统动态特性的措施。（支撑毕业要求指标点1.4）

4.掌握控制系统数学模型的建立方法，掌握控制系统时频分析和频域分析的方法，掌握控制系统误差分析的基本方法，掌握控制系统稳定性的判定方法，具有利用数学模型对复杂机械工程系统进行性能预测及模拟的能力，并理解该方法仅适用于线性系统这一局限性。通过实验和控制系统的Matlab仿真，掌握利用现代工具预测模拟复杂机械工程问题的方法和手段。（支撑毕业要求指标点5.3）

四、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

教学要求

学时

教学

方式

对应教学目标

思政元素

融入点

1

一、绪论

1.机械工程的发展与控制理论的应用

2.机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理

3.机械自动控制系统的分类

4.自动控制系统的基本要求

1.掌握控制系统的工作原理、基本组成、基本要求和分类

2.了解控制工程基础的主要任务与研究内容

3.了解控制理论的发展历程、未来趋势与应用

2

讲授

1

介绍奠定控制理论学科的著名科学家及其生平（重点钱学森）

2

拉普拉斯变换的数学方法

1.复数和复变函数

2.典型时间函数的拉氏变换

3.拉氏反变换

4.拉氏变换在工程中的应用

1.了解拉普拉斯变换的定义

2.了解拉普拉斯变换的性质

3.掌握典型函数的拉斯变换

4.掌握拉普拉斯反变换

5.了解拉普拉斯变换在控制系统分析中的应用

4

讲授

1

介绍拉普拉斯的生平事迹

3

三、控制系统的数学模型

1.系统微分方程的建立

2.非线性数学模型的线性化

3.传递函数

4.系统方框图和简化

1.了解系统数学模型的定义

2.掌握机械工程系统微分方程建立及线性化的方法

3.掌握传递函数的有关定义和典型环节的传递函数

4.掌握传递函数的简化方法

6

讲授讨论

1

经典控制理论和现代控制理论建模方法介绍

4

四、控制系统的时域分析法

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

1.了解时间响应的定义和典型输入信号

2.掌握一阶和二阶系统时间响应的分析方法

3.掌握二阶系统的性能指标及其与系统动态性能关系

4.了解高阶系统的时间响应

4

讲授讨论

2

5

五、控制系统的误差分析和计算

1.系统稳态误差的基本概念

2.系统稳态误差的计算

3.减小稳态误差的途径

1.了解控制系统稳态误差的基本概念

2.掌握系统稳态误差的计算方法

2

讲授讨论

2

6

六、控制系统的频域分析法

1.频率特性概述

2.