《机械工程控制基础》课程教学大纲 Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering

机械工程控制基础课程教学大纲 英文名称：Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 课程编号：641030800 学时数：40 其中实验学时数：0 课外学时数：0 学分数 2. 适用专业：机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程、过程装备与控制工程、车辆工程专 一、课程的性质、目的和任务 本课程是机械工程及自动化专业的主要技术基础课之 着重培养学生应用基本理论及证难 物主义的思想方法分析和解决实际问题的能力。通过本课程的学习，使学生掌握经典控制理论，学 会运用控制论的基本原理及基本思想方法，分析研究机械工程有关信息的传递、反馈及控制，研究 机械系统的动态特性 控制理论运用信息传递、处理与反馈的思维方法与观点，掌握线性定常系统的分析方 法，能够对机械工程中的单输入、单输出系统进行分析，为机械系统的动态设计奠定知识基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 掌握机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定 性等主要内容 了解系统的性能指标与校正方法。 初步具备应用控制理论解决机械工程实际问题的能力。 第1章绪论 1.1机械工程控制论的研究对象与任务 了解控制论的研究对象、完成的任务。 1.2系统及其模型 了解系统及模型 1.3反馈 掌握反馈的概念 1.4系统的分类及对控制系统的基本要求 了解系统的几种分类、对其基本要求。 1.5机械制造的发展与控制理论的应用 1.6控制理论发展的简单回顾 了解控制论的形成及发展。 1.7本课程的特点与学习方法 第2章系统的数学模类 明确传递函数的定义与概念，熟练掌握典型环节的传递函数及其特性，传递函数的方框图与 茶茶会求反馈控制系统的传递函数形式的数学楼 微分方程 方程的列写。 2.2拉普拉斯变换 2 拉氏及反拉氏变换的基本定理及方法。 了解传递函数的概色 熟练掌握典型环节的传递函数。 2简方法 2.4系统的传递函数方框图及其简化 股系统的传递函数的列吗方法。 2.6相似原到 了解相似原理的概念、应用

机械工程控制基础课程教学大纲 英文名称：Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering 课程编号：641030800 学时数：40 其中实验学时数：0 课外学时数：0 学分数：2.5 适用专业：机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程、过程装备与控制工程、车辆工程专 业。 一、课程的性质、目的和任务 本课程是机械工程及自动化专业的主要技术基础课之一，着重培养学生应用基本理论及辨证唯 物主义的思想方法分析和解决实际问题的能力。通过本课程的学习，使学生掌握经典控制理论，学 会运用控制论的基本原理及基本思想方法，分析研究机械工程有关信息的传递、反馈及控制，研究 机械系统的动态特性。 掌握经典控制理论运用信息传递、处理与反馈的思维方法与观点，掌握线性定常系统的分析方 法，能够对机械工程中的单输入、单输出系统进行分析，为机械系统的动态设计奠定知识基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 掌握机械工程控制的基本概念、系统的数学模型、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定 性等主要内容。 了解系统的性能指标与校正方法。 初步具备应用控制理论解决机械工程实际问题的能力。 第1章 绪论 1.1 机械工程控制论的研究对象与任务 了解控制论的研究对象、完成的任务。 1.2 系统及其模型 了解系统及模型 1.3 反馈 掌握反馈的概念 1.4 系统的分类及对控制系统的基本要求 了解系统的几种分类、对其基本要求。 1.5 机械制造的发展与控制理论的应用 1.6 控制理论发展的简单回顾 了解控制论的形成及发展。 1.7 本课程的特点与学习方法 第2章 系统的数学模型 明确传递函数的定义与概念，熟练掌握典型环节的传递函数及其特性，传递函数的方框图与 简化方法。 重点：会求反馈控制系统的传递函数形式的数学模型。 2.1 系统的微分方程 掌握微分方程的列写。 2.2 拉普拉斯变换 熟练掌握拉氏及反拉氏变换的基本定理及方法。 2.3 系统的传递函数 了解传递函数的概念，熟练掌握典型环节的传递函数。 2.4 系统的传递函数方框图及其简化 会画传递函数的方框图，掌握其化简方法。 2.5 反馈控制系统的传递函数 掌握考虑扰动的反馈控制系统的传递函数的列写方法。 2.6 相似原理 了解相似原理的概念、应用

第3章时间响应与误差分析 了解系统时间响应的组成以及典型的输入信号，学会对一阶、二阶的典型时间响应进行分 析，重点掌握二阶系统响应的性能指标，了解高阶系统的时间响应，熟练掌握系统误差的基本概 念，稳态误差的求取。 3.1时间响应及典型输入信号 了解时间响应的组成，学握几种典型的输入信号。 3.2一阶系统的时域响应 学会分析一阶系统在几种典型输入下的响应组成。 3.3二阶系统的时域响应 学会分析二阶系统在几种典型输入下的响应组成 3.4时域响应的性能指标 熟练掌握系统的时域性能指标。 3.5高阶系统的时域响应 了解高阶系统时间响应的组成： 解系统误与计算 3.6系统误差 的基本概念，理解误差与偏差的概念及关系，熟练掌握稳态误差的求取。 第4章系统的频率特性分析 明确频率特性的基本概念及其与传递函数的关系，熟练掌握Nyquist图和Bode图，了解系统的 频域性能指标和最小 解和切实掌握Nyquist图与Bode图。 4.1频 明 特性的基本概念及其与传递函数的关系，掌握频率特性的求法。 42率特性的图示方法 Nyquist 图与Bode图的画法。 4.3频 了解系 域性 能指标 4.4最小相位系 与非最 位系 明确 统与非最小相位系统的概念及产生非最小相位系统的一些环节。 第 握Bode判 线档 统稳 性的初步概念 掌握Routh稳定判据的方法，熟练掌握Nyquist稳定判据，掌 据及系统相对 正性的分所万法。 5.1系 生的初 的定 及系件 茅握判别 puh判据。 54Bo解ut 的优点，熟练掌握该判据 解其特点 55系 相 幅值裕度的求法。 的性 能分析与校正 位滞后 解系 项性能 了解系统的校正方法 相位 6 62解 域性能指标、频域性能指标与综合性能指标。 的 63确 的概念、分类。 重点了解相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后超前校正。 6. 65并正的作用及设计。 ID校1 5解镜校正和顺馈校正的特点

第3章 时间响应与误差分析 了解系统时间响应的组成以及典型的输入信号，学会对一阶、二阶的典型时间响应进行分 析，重点掌握二阶系统响应的性能指标，了解高阶系统的时间响应，熟练掌握系统误差的基本概 念，稳态误差的求取。 3.1 时间响应及典型输入信号 了解时间响应的组成，掌握几种典型的输入信号。 3.2 一阶系统的时域响应 学会分析一阶系统在几种典型输入下的响应组成。 3.3 二阶系统的时域响应 学会分析二阶系统在几种典型输入下的响应组成 3.4 时域响应的性能指标 熟练掌握系统的时域性能指标。 3.5 高阶系统的时域响应 了解高阶系统时间响应的组成。 3.6 系统误差分析与计算 了解系统误差的基本概念，理解误差与偏差的概念及关系，熟练掌握稳态误差的求取。 第4章 系统的频率特性分析 明确频率特性的基本概念及其与传递函数的关系，熟练掌握Nyquist图和 Bode图，了解系统的 频域性能指标和最小相位系统。 重点：深入了解和切实掌握Nyquist图与 Bode图。 4.1频率特性概述 明确频率特性的基本概念及其与传递函数的关系，掌握频率特性的求法。 4.2 频率特性的图示方法 熟练掌握Nyquist图与 Bode图的画法。 4.3 频率特性的特征量 了解系统的频域性能指标。 4.4 最小相位系统与非最小相位系统 明确最小相位系统与非最小相位系统的概念及产生非最小相位系统的一些环节。 第5章 系统的稳定性 了解线性系统稳定性的初步概念，掌握Routh稳定判据的方法，熟练掌握Nyquist稳定判据，掌 握Bode判据及系统相对稳定性的分析方法。 重点：Nyquist稳定判据。 5.1 系统稳定性的初步概念 了解系统稳定的定义及条件。 5.2 Routh(劳斯)稳定判据 掌握判别系统稳定的Routh判据。 5.3 Nyquist(乃奎斯特)稳定判据 了解Nyquist稳定判据的优点，熟练掌握该判据。 5.4 Bode(伯德)稳定判据 掌握Bode判据，了解其特点。 5.5 系统的相对稳定性 掌握相位裕度和幅值裕度的求法。 第6章 系统的性能分析与校正 了解系统的各项性能指标，重点了解系统的校正方法，有：串联校正中的相位超前校正、相 位滞后校正、相位滞后-超前校正和PID校正，及并联校正中的反馈校正与顺馈校正 6.1 系统的性能指标 了解系统的时域性能指标、频域性能指标与综合性能指标。 6.2 系统的校正 明确校正的概念、分类。 6.3 串联校正 重点了解相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正。 6.4 PID校正 了解PID校正的作用及设计。 6.5 并联校正 了解反馈校正和顺馈校正的特点

三、教学方式及学时分配 序号 主要内容 主要教学方式 学时分配 辅导答疑比例 01 第一章绪论 讲授 2 0 02 第二章系统的数学模型 讲授 8 2:1 03 第三章时间响应与误差分 讲授 8 2:1 析 04 第四章系统的频率特性分 讲授 8 2:1 析 05 第五章系统的稳定性 讲授 2:1 06 第六章系统的性能分析与 讲授 6 2:1 校正 四、其它教学环节的要求 无 五、本课程与其它课程的联系 先修课程：复变函数、积分变换 六、考核方式 本课程是考试课。课程考核以学期末的闭卷考试为主，同时参考平时的出勤、作业完成情况， 具体评分办法为考试成绩80%，平时成绩20%。 七、教学参考书目 1、《机械工程控制基础》，谭心主编，北京：清华大学出版社，2013 2、《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子主编，武汉：华中科技大学出版社，2012 3、 《机械工程控制基础》（第五版），杨叔子主编，武汉：华中科技大学出版社，2005 4、 《控制工程基础》，董景新，北京：清华大学出版社，2004 5、 《自动控制原理》（上册），李友善，北京：国防工业出版社，1980 6、 《控制工程基础》，张伯鹏，北京：机械工业出版社，1982 7、 《工程控制论》（上册），钱学森，宋健，北京：科学出版社，1980

三、教学方式及学时分配 序号 主要内容 主要教学方式 学时分配 辅导答疑比例 01 第一章 绪论 讲授 2 0 02 第二章 系统的数学模型 讲授 8 2：1 03 第三章 时间响应与误差分 析 讲授 8 2：1 04 第四章 系统的频率特性分 析 讲授 8 2：1 05 第五章 系统的稳定性 讲授 8 2：1 06 第六章 系统的性能分析与 校正 讲授 6 2：1 四、其它教学环节的要求 无 五、本课程与其它课程的联系 先修课程：复变函数、积分变换 六、考核方式 本课程是考试课。课程考核以学期末的闭卷考试为主，同时参考平时的出勤、作业完成情况， 具体评分办法为考试成绩80%，平时成绩20%。 七、教学参考书目 1、《机械工程控制基础》，谭心主编，北京：清华大学出版社，2013 2、《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子主编，武汉：华中科技大学出版社，2012 3、《机械工程控制基础》（第五版），杨叔子主编，武汉：华中科技大学出版社，2005 4、《控制工程基础》，董景新，北京: 清华大学出版社，2004 5、《自动控制原理》（上册），李友善，北京：国防工业出版社，1980 6、《控制工程基础》，张伯鹏，北京：机械工业出版社，1982 7、《工程控制论》（上册），钱学森，宋健，北京：科学出版社，1980