机械工程控制基础教学大纲

《自动控制原理》教学大纲
适应专业：机械设计制造及其自动化(本科)
课程性质：专业选修课
课程编号：0521005
总学时：56
总学分：3.5
教学对象（本课程适合的专业和年级）：
机械设计制造及其自动化专业（本科）2012年级（3+2）学生预备知识：电路、复变函数、高等数学、电机与拖动、数电、数字电子技术基础、模拟电子技术基础
教学方式：多媒体课件教学
使用教材：《自动控制原理》（非自动化类）孟庆明主编高等教育出版社参考教材：《自动控制原理》（第2版）王划一主编高等教育出版社
一、课程性质、目的和任务
《自动控制原理》课程是机电一体化、机械设计制造及自动化等专业的专业必修课，在许多工程技术领域中有着广的泛应用。

本课程是机电一体化专业必修的一门重要的专业基础课（主干课程）。

它是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。

课程的主要任务是通过学习，使学生掌握自动控制的基本原理及必要的现代控制理论方面的基础知识，熟练掌握各种分析方法；同时通过实验和仿真，将理论与实践有机地结合起来，培养学生一定的实际动手能力。

它为学习后续专业课如现代控制理论、自动控制系统、计算机控制系统等课程打下坚实的理论基础。

通过课堂教学环节与与实践教学环节相结合，强化学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握：要求学生掌握控制系统的数学模型的建立方法,基本规律和研究方法，了解控制系统的基本校正方案，并掌握对各种控制系统的性能进行分析的基本方法。

同时结合本课程特点，培养学生的学习和创造能力。

二、教学基本要求
通过学习本课程，使学生掌握自动控制系统的基本概念、自动控制理论的发展历史，学会建立和简化自动控制系统的数学模型，着重掌握自动控制系统的时域分析法和频率特性分析法，并了解自动控制系统综合与校正的一般方法；在此基础上，利用线性代数及矩阵论的有关知识，对线性控制系统进行分析与研究，讨论状态方程的建立、变换和求解的方法，系统的能控性与能观测性的定义及判别方法，状态反馈和闭环极点配置方法等；要求会分析和计算有关问题，并能独立完成规定的实验。

三、教学内容及要求
本课程的第一至六章内容,包括自动控制的基本概念、基本理论以及基本分析方法，拉普拉斯变换的运用、系统的数学模型的建立方法及步骤、控制系统的主要分析方法（时域分析法与频域分析法）、自动控制系统的校正方面的内容。

突出基本概念、基本理论和基本方法；简化数学推演，强化自动控制上的概念；充分利用现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。

本课程的课程主要内容包括自动控制的基本概念、拉普拉斯变换、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正。

共六章内容，各章节内容如下：
第一章绪论
自动控制的基本概念；反馈控制的原理；反馈控制系统的构成；自动控制系统的基本类型；对自动控制系统的基本要求及自动控制理论的发展历史等。

本章重点：自动控制系统的组成及工作原理；控制系统的判断方法；自动控制系统中的有关概念名词及术语。

本章难点：控制系统的判断方法。

第二章控制系统的数学模型
控制系统微分方程的建立与求解；传递函数的定义、求取与性质；控制系统的动态结构图及其等效变换；Mason公式；典型环节的数学模型；脉冲响应与阶跃响应；控制系统的传递函数。

本章重点：数学模型的概念及其重要性；系统数学模型的建立方法；传递函数、动态结构图及其等效变换；典型环节的数学模型；
本章难点：控制系统微分方程的建立；结构图的等效变换及Mason公式的正确运用。

第三章时域分析法
典型控制过程及性能指标；一阶系统与二阶系统；系统稳定性分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

本章重点：一阶系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

本章难点：二阶系统的时域分析；劳斯稳定判据；稳态性能的时域分析。

第四章复域分析法——根轨迹法
本章重点：绘制根轨迹图的基本法则
本章难点：利用根轨迹分析系统的动态性能
第五章频域分析法——频率法
频率特性的基本概念；频率特性函数的图象；典型环节的频率特性函数；三种数学模型之间的关系；频率域中的稳定判据（对数稳定判据）；伯德图的绘制方法。

本章重点：频率特性的基本概念；系统开环频率特性的绘制（Bode图）；最小相位环节（或系统）频率特性的特点；伯德图的绘制。

本章难点：频率特性包含的物理意义；稳定裕量的正确理解；Nyquist稳定判据的正确使用；伯德图的绘制。

第六章自动控制系统的设计与校正
系统校正概述；常用的校正装置；串联校正的综合方法；反馈校正方法；前馈控制概念；自动控制系统的设计方法。

本章重点：常用的校正装置分类；各种校正方法的优点与缺点。

本章难点：各种串联校正方式（滞后校正，超前校正，滞后—超前校正）对系统性能的影响，校正方式的选择。

五、教学方法与手段
精讲多练、讲练结合，在教学过程中，以理论讲述为主，在课堂上多讲例题，并通过学生的课中练习与课后练习巩固掌握的知识。

六、各教学环节学时分配
七、考核方式
考试方式：闭卷
笔试（70%）+ 平时成绩（30%）= 综合评定。

其中，平时成绩包含上课听课情况、出勤情况和作业情况，进行A,B,C,D四个等级的分配，分别对应优良中差。

撰写人：
教研室主任：。