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《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱 課程名稱：控制工程基礎(chǔ)，F(xiàn)undamentals of Control Engineering 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課 學(xué)　　分：2.5 總 學(xué) 時(shí)：48 其中，理論學(xué)時(shí)：40 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8 適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。 先修課程：工程數(shù)學(xué)，工程力學(xué)，電工電子等。 一、教學(xué)目的與要求 本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。在機(jī)械類各專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，是一門(mén)理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。它是進(jìn)行控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析的基礎(chǔ)，目前自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。本課程的主要任務(wù)是通過(guò)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，運(yùn)用各種教學(xué)手段和方法，使學(xué)生掌握系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型的建立和研究方法，并學(xué)會(huì)應(yīng)用這些研究方法對(duì)已知系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性問(wèn)題進(jìn)行分析，以及進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、從事工程技術(shù)工作、進(jìn)行科學(xué)研究、開(kāi)拓新的領(lǐng)域，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本課程主要以線性控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。學(xué)完本課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求： 1．理解自動(dòng)控制的基本含義，自動(dòng)控制的基本要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)與過(guò)程中的信息傳遞、反饋及反饋控制。 2．理解數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、相似性原理的概念；掌握線性元件和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法、線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運(yùn)動(dòng)方程線性化的方法。 3．掌握一階、二階及高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析和性能指標(biāo)計(jì)算；理解控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的概念，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算；掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念、穩(wěn)定的充要條件及時(shí)域穩(wěn)定判據(jù)。 4．掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對(duì)穩(wěn)定裕量的概念及計(jì)算。 5．理解控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法。 6．掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正方法和校正裝置的設(shè)計(jì)；掌握控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正的作用及校正方法。 二、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配 序號(hào) 章節(jié)名稱 學(xué)時(shí)分配 理論學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí) 總學(xué)時(shí) 1 第一章　控制系統(tǒng)的基本概念 2 2 4 2 第二章　數(shù)學(xué)模型 10 0 10 3 第三章　時(shí)域分析法 10 2 12 ４ 第四章　頻率響應(yīng)法 14 2 16 ５ 第五章　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正 4 2 6 合計(jì)學(xué)時(shí)數(shù) 48 三、各章節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)要求 1．控制系統(tǒng)的基本概念 （1）控制系統(tǒng)的工作原理及其組成； （2）控制系統(tǒng)的基本類型； （3）對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求； （4）控制工程的發(fā)展概況。 本章重點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)與過(guò)程中的信息傳遞、反饋及反饋控制。 本章難點(diǎn)：信息傳遞、反饋及反饋控制。 本章教學(xué)要求：理解自動(dòng)控制的基本含義，自動(dòng)控制的基本要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)與過(guò)程中的信息傳遞、反饋及反饋控制；了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類、組成及應(yīng)用實(shí)例；了解控制系統(tǒng)的基本要求。 2．?dāng)?shù)學(xué)模型 （1）控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程； （2）拉氏變換和拉氏反變換； （3）傳遞函數(shù)； （4）系統(tǒng)方框圖和信號(hào)流圖； （5）非線性數(shù)學(xué)模型的線性化； （6）控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例。 本章重點(diǎn)：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念，掌握反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。 本章難點(diǎn)：線性元件和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法，線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運(yùn)動(dòng)方程線性化的方法。 本章教學(xué)要求：理解數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、相似性原理的概念；掌握線性元件 和系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法、線性系統(tǒng)的疊加原理和非線性運(yùn)動(dòng)方程線性化的方法；理解系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)的概念，掌握反饋控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求取。 3．時(shí)域分析法 （1）典型輸入信號(hào)； （2）一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)； （3）二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)； （4）高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)； （5）誤差分析和計(jì)算； （6）穩(wěn)定性分析； （7）時(shí)域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析。 本章實(shí)驗(yàn)：典型模擬系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)（２學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn)：時(shí)間響應(yīng)分析和性能指標(biāo)計(jì)算；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算；時(shí)域穩(wěn)定判據(jù)。 本章難點(diǎn)：離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，動(dòng)態(tài)性能分析。 本章教學(xué)要求：理解時(shí)間響應(yīng)的概念，了解典型輸入信號(hào)；理解控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差 的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算；掌握系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析和性能指標(biāo)計(jì)算；了解高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念及性能指標(biāo)；掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念、穩(wěn)定的充要條件及時(shí)域穩(wěn)定判據(jù)，了解控制系統(tǒng)時(shí)域特性計(jì)算機(jī)輔助分析的方法。 4．頻域響應(yīng)法 （1）頻率特性的基本概念； （2）典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖； （3）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性圖； （4）頻域穩(wěn)定性判據(jù)； （5）閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性； （6）頻域指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系； （7）用系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)性能； （8）頻域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析。 本章實(shí)驗(yàn)：典型模擬系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)（２學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn)：掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對(duì)穩(wěn)定裕量的概念及計(jì)算。 本章難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性及性能指標(biāo)；控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)的關(guān)系；控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)法確定。 本章教學(xué)要求：理解控制系統(tǒng)頻率特性的一般概念，掌握頻率特性的求取和表示方法；掌握典型環(huán)節(jié)的頻率特性和控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性；掌握判斷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)、對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)和相對(duì)穩(wěn)定裕量的概念及計(jì)算；了解控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性及性能指標(biāo)；了解控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)的關(guān)系；了解控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)法確定；了解系統(tǒng)頻率特性計(jì)算機(jī)輔助分析的方法。 5．控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正 （1）基本概念； （2）串聯(lián)校正； （3）反饋校正。 本章實(shí)驗(yàn)：模擬系統(tǒng)串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn)（２學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn)：控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法，控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正。 本章難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正，并聯(lián)校正方法及設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)反饋校正方法及作用。 本章教學(xué)要求：理解控制系統(tǒng)校正的概念和校正方法；掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正方法和校正裝置的設(shè)計(jì)；掌握控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正的作用及校正方法；理解控制系統(tǒng)反饋校正方法及作用。 四、成績(jī)考核方式 本課程為考試課程，期末考試采用閉卷筆試。學(xué)生的課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（占40%）和期末考試成績(jī)（占60%）兩部分構(gòu)成，平時(shí)成績(jī)中出勤占15%、作業(yè)占15%、課堂測(cè)驗(yàn)、學(xué)習(xí)主動(dòng)性及上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)等占10%。 五、教材與參考資料 教 材： 《控制工程基礎(chǔ)》，張尚才編，浙江大學(xué)出版社，1991年8月第1版。 參考書(shū)： 《控制工程導(dǎo)論》，周雪琴 張洪才編，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000年3月第2版 《控制工程基礎(chǔ)》，王積偉主編，高教出版社，1999年2月第1版 執(zhí) 筆 人 審 定 人