1、控制工程基礎課程教學大綱課程名稱：控制工程基礎英文名稱：Elements of Control Engineering課程編號：X2040281學 時 數：40 (實驗學時數：6 課外學時數： 0 )學 分 數：2.5適用專業：機械設計制造及自動化專業一、課程的性質、目的和任務本課程側重原理，其內容密切結合工程實際，是一門專業基礎課。它以控制論為理論基礎，研究機械工程中廣義系統的動力學問題；同時，它又是一種方法論。學習本課程的目的在于使學生能以動力學的觀點而不是靜態觀點去看待一個機械工程系統；從整體的而不是分離的角度，從整個系統中的信息之傳遞、轉換和反饋等角度來分析系統的動態行為；能結合工程實

2、際，應用經典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。為學生學習后續課程打下一定的基礎。二、課程教學內容的基本要求、重點和難點本課程的授課內容與教學要求如下：（一）緒論了解機械工程控制的發展史、控制工程基礎的研究對象及任務、機械工程控制系統的分類和機械工程控制系統的基本要求；理解反饋的概念；掌握機械工程控制系統的組成及各部分的作用。重點：反饋的概念和機械工程控制系統的組成及各部分的作用。教學建議：結合軋機板型控制液壓壓下控制系統、數控機床伺服進給系統進行講解。（二）傳遞函數對于建立系統的數學模型，有關數學工具要求理解拉氏變換與反變換的定義；掌握拉氏變換性質的應用；熟練掌握拉氏變

3、換與拉氏逆變換的求解方法。對于建立系統的數學模型，要求了解相似原理；掌握典型環節的傳遞函數；熟練掌握系統數學摸型的建立、傳遞函數和方框圖及其簡化。重點：拉氏變換性質的應用；拉氏變換與拉氏逆變換的求解方法。系統數學摸型的建立、傳遞函數和方框圖的簡化。難點：拉氏變換性質中的微分性質、積分性質、初值定理、終值定理和延遲定理；拉氏逆變換的求解方法。系統數學摸型的建立和方框圖的簡化。教學建議：結合軋機板型控制液壓壓下控制系統講解數學模型的建立。（三）時間響應分析對于典型系統的時域特性，應有清楚的基本概念并能熟練掌握。要求了解高階系統的時間響應；正確理解穩態誤差的概念；掌握時間響應的求解及典型輸入信號；熟

4、練掌握一階系統的時間響應、二階系統的時間響應及性能，系統穩態誤差的計算方法。重點：一階系統的時間響應、二階系統的時間響應及性能，系統穩態誤差的計算方法。難點：時間響應的求解，系統穩態誤差的計算方法。教學建議：利用MATLAB軟件，對軋機板型控制液壓壓下控制系統的數學模型進行仿真，從仿真結果進行分析和講解。（四）頻率特性分析對于典型系統的頻域特性，應有清楚的基本概念并能熟練掌握。要求掌握頻率特性的基本概念、閉環頻率特性的特征量；熟練掌握頻率特性的極坐標圖和頻率特性的對數坐標圖。重點和難點：頻率特性的極坐標圖和頻率特性的對數坐標圖。教學建議：利用MATLAB軟件，對軋機板型控制液壓壓下控制系統的數

5、學模型進行仿真，從仿真結果進行分析和講解。（五）系統穩定性分析掌握判別線性系統穩定性的基本概念和常用判據。要求理解系統穩定性的基本概念；熟練掌握Routh穩定判據、Nyquist穩定判據和Bode穩定判據以及系統的相對穩定性。重點：Routh穩定判據、Nyquist穩定判據和Bode穩定判據以及系統的相對穩定性。難點：Nyquist穩定判據和Bode穩定判據以及系統的相對穩定性。教學建議：利用MATLAB軟件，對軋機板型控制液壓壓下控制系統的數學模型進行仿真，從仿真結果進行分析和講解。三、教學方式及學時分配序號教 學 內 容學時分配教學方式輔導答疑一緒論2講授2：1二傳遞函數8講授2：1三時間

6、響應分析6+2講授+實驗2：1四頻率特性分析8+2講授+實驗2：1五系統穩定性分析10+2講授+實驗2：1四、課程各教學環節的要求1實踐教學序號實驗項目名稱實驗內容學時實驗類型實驗要求實驗者類別1時間響應特性分析典型環節及二階系統的階躍響應2驗證性必修本科生2系統頻率特性分析用MATLAB軟件仿真的方法，求取慣性環節和二階系統的頻率特性2驗證性必修本科生3系統穩定性分析用MATLAB軟件仿真的方法，求取系統的頻率特性并進行穩定性分析2驗證性必修本科生(1)實驗報告要求實驗報告中應繪制系統方框圖、實驗線路圖、伯德圖。記錄測量的原始數據，對實驗結果進行分析。(2)實驗考核方式、內容及評定標準實驗成

7、績按實驗學時所占課程總學時的比例（10-20%）計，目前為15分。以學生的實驗報告及在實驗過程中的表現為依據進行考核。最終的實驗成績為各次實驗成績的平均值。學生必須完成本課程規定的實驗，成績合格者才能參加期末考試。2.課外作業輔以一定的習題使學生消化、理解和鞏固所學知識。作業每4個學時布置一次作業，每次作業題量不少于4道題，教師對作業全批全改并作平時成績記載。五、本課程與其他課程的聯系先修課程：高等數學 線性代數 復變函數 理論力學 機械原理 電工學和電子學后續課程：機電系統計算機控制 液壓伺服控制 液壓比例控制 機電一體化系統設計六、教學參考書目機械工程控制基礎(第五版) 楊叔子、楊克沖等編著 華中理工大學出版社 2005年 機械工程控制基礎(第一版) 柳洪義、原所先等編 東北大學大學出版社 2002年機械控制工程基礎(第一版) 朱冀北著 機械工業出版社 1992年控制工程基礎(第一版) 張伯鵬 機械工業出版社 1992年現代控制工程(第一版) 緒方勝彥著，盧伯英等