机械控制工程基础教学
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制基础概述教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和原理。
2. 掌握机械工程控制系统的分类和特点。
3. 理解机械工程控制系统的应用和发展趋势。
教学内容：1. 机械工程控制系统的定义和作用。
2. 机械工程控制系统的分类：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 机械工程控制系统的特点：实时性、稳定性和准确性。
4. 机械工程控制系统的应用领域：机械制造、、自动化生产线等。
5. 机械工程控制系统的未来发展趋势：智能化、网络化和绿色化。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制基础的概念和原理。
2. 案例分析法：分析典型的机械工程控制系统的应用实例。
3. 讨论法：引导学生思考机械工程控制系统的未来发展。
教学资源：1. 教材：机械工程控制基础。
2. 多媒体课件：图片、视频和动画等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制基础概念的理解。
2. 小组讨论：评估学生对机械工程控制系统应用和发展趋势的理解。
第二章：机械工程控制系统的建模与分析教学目标：1. 学习机械工程控制系统的建模方法。
2. 掌握机械工程控制系统的时域分析和频域分析。
3. 理解机械工程控制系统的稳定性判据。
教学内容：1. 机械工程控制系统的建模方法：机理建模和实验建模。
2. 机械工程控制系统的时域分析：稳态误差、瞬态响应和稳定性。
3. 机械工程控制系统的频域分析：频率响应和波特图。
4. 机械工程控制系统的稳定性判据：奈奎斯特判据、伯德图判据等。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的建模方法和分析方法。
2. 数值分析法：利用数学软件进行机械工程控制系统的建模和分析。
3. 案例研究法：分析具体的机械工程控制系统的建模和分析实例。
教学资源：1. 教材：机械工程控制系统的建模与分析。
2. 数学软件：MATLAB等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制系统建模和分析方法的理解。
2. 数值作业：评估学生对机械工程控制系统建模和分析的实践能力。
机械工程控制基础教学大纲
机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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《机械工程控制基础》学习指南
《机械工程控制基础》课程导学一、课程特点本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。
它是控制论为理论基础，以机械工程系统为研究对象的广义系统动力学；同时，它又是一种方法论。
学习本课程的目的在于使学生能以动力学的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。
这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。
二、教学目标：1.帮助学生掌握控制工程的基本概念、基本理论与基本分析方法，使其具备扎实的系统分析理论知识，为后续课程的学习及今后的专业技术工作打下基础；2.帮助学生运用控制理论的原理与方法建立机电系统运动模型，在此基础上，使学生掌握动态系统的基本分析方法。
3.帮助学生掌握动态系统分析、设计与综合的基本方法；4.注重培养学生综合应用已学知识分析、解决机械工程广义系统动力学问题的能力。
四、学习方法1不必过分追求数学论证上的严密性，而要充分注意到物理概念的明确性和数学结论的准确性；2.既要十分重视抽象思维，了解一般规律，又要充分注重结合实际，联系专业，努力实践；3.要重视实验，重视习题，独立完成作业，积极参加有关实践活动；五、教材与参考书教材：熊良才，吴波．《机械工程控制基础学习与考试指导》，华中科技大学出版社，2008．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，2011参考书：[1]李友善.自动控制原理（第三版）.北京：国防工业出版社，2005.[2]绪方胜彦著.现代控制工程（第四版）.北京：清华大学出版社，2006.[3]阳含和，机械控制工程，北京：机械工业出版社，1986。
机械控制工程基础(第二章)ppt课件
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在初始条件为零时，对上式进行拉氏变换
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故得系统（或环节）的传递函数为
G sX X 0 is sb a m n s sm n a b n m 精 1 1 选s sn Pm P 1 T1 课 件 a b 1 1 s s a b 0 0
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精选PPT课件
16
例 下图是简化了的直流发电机组。激磁电压 v恒i 定，磁通不变。
此时电枢电压 与转v速0 成正比•。若 为输入，输出是电压 ，
试v求0此系统的传递函数。
R
•
解：v 0 T
vi i
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式中 T——常数
v0 VsT s s 0
GsV 0ssTs
即直流发电机作为测速发电机时，可认为是微分环节。
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5
线性化方法：
利用台劳公式 f(x)k n 1 0f(k k )!(a)(xa)kR n(x)
f(a)k n 1 1f(k k )!(a)(x a)kR n(x)
f( x ) f( x 0 ) f( x 0 )x ( x 0 )
物理系统的数学模型
及传递函数
机械控制工程基础教学大纲
机械控制工程基础教学大纲机械控制工程基础教学大纲机械控制工程是现代工程领域中的重要学科之一，它涉及到机械系统的设计、控制和优化。
为了帮助学生全面掌握机械控制工程的基础知识和技能，制定一份科学合理的教学大纲至关重要。
本文将探讨机械控制工程基础教学大纲的内容和结构。
一、课程目标机械控制工程基础课程的目标是培养学生对机械系统的控制原理和方法有基本的了解和掌握，能够应用所学知识解决实际问题。
通过该课程的学习，学生应具备以下能力：1. 理解机械系统的基本结构和工作原理；2. 掌握机械控制系统的建模和仿真方法；3. 熟悉常见的控制器设计方法；4. 能够应用所学知识进行机械系统的控制和优化。
二、课程内容1. 机械系统基础知识介绍机械系统的组成部分和基本工作原理，包括机械元件、传动系统、传感器等。
2. 信号与系统讲解信号的基本概念和特性，介绍系统的数学建模和分析方法，为后续的控制系统设计打下基础。
3. 控制系统基础主要介绍控制系统的基本概念和分类，包括开环控制和闭环控制，以及控制系统的性能指标和稳定性分析方法。
4. 传感器与执行器详细介绍常见的传感器和执行器的原理和应用，包括光电传感器、压力传感器、电机等。
5. 控制器设计介绍常见的控制器设计方法，包括比例积分控制器、PID控制器等，以及控制器参数调整和优化方法。
6. 系统建模与仿真讲解机械系统的建模方法，包括基于物理原理的建模和基于数据的建模，以及仿真工具的使用。
7. 控制系统实验进行基于实际机械系统的控制系统实验，培养学生的动手能力和实际应用能力。
三、教学方法1. 理论授课通过课堂讲解和案例分析，向学生传授机械控制工程的基础理论知识。
2. 实践操作安排实验课程，让学生亲自操作实际的机械系统，加深对所学知识的理解和应用能力。
3. 课程设计布置课程设计任务，要求学生独立完成机械控制系统的设计和优化，培养学生的综合能力。
四、评估方式1. 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案教案主题：机械工程控制基础授课对象：机械工程专业大一本科生教学目标：1.了解机械工程控制的基本概念和原理；2.掌握机械工程中常用的控制设备和技术；3.能够应用所学知识解决机械工程中的控制问题。
教学重点：1.机械工程控制的基本概念和原理；2.机械工程中常用的控制设备和技术。
教学难点：1.机械工程中的控制问题的实际应用；2.控制设备和技术的选择和配置。
教学准备：1.讲台及黑板、白板；2.计算机及投影仪；3.课本及其他参考教材。
教学过程：一、引入（5分钟）1.介绍机械工程控制的基本概念和作用；2.通过图示展示机械工程中的控制问题。
二、机械工程控制的基本原理（15分钟）1.介绍机械工程中常用的控制原理，如反馈控制、前馈控制等；2.讲解控制系统的基本组成部分，包括传感器、执行器、控制器等。
三、机械工程中常用的控制设备（20分钟）1.介绍常见的机械工程控制设备，如PLC、伺服驱动器等；2.讲解每种控制设备的特点和应用场景。
四、机械工程中常用的控制技术（20分钟）1.介绍常见的机械工程控制技术，如PID控制、模糊控制等；2.讲解每种控制技术的原理和适用范围。
五、机械工程控制的实际应用（15分钟）1.分析机械工程中的实际控制问题，并提供相应的解决方案；2.通过实例演示控制设备和技术在机械工程中的应用。
六、小结与讨论（10分钟）1.总结本节课的内容；2.对学生提出的问题进行解答，并与学生进行相关讨论。
七、作业布置（5分钟）1.布置与机械工程控制相关的小作业，要求学生用所学知识解决实际问题；2.提供课外阅读材料，以拓宽学生对机械工程控制的认识。
教学反思：本节课通过理论讲解和实例演示相结合的方式，使学生能够全面了解机械工程中的控制问题及其解决办法。
在教学过程中，需要加强与学生的互动，鼓励学生主动提问和参与讨论，以提高他们的学习积极性和理解能力。
并且，教师需要提前准备好相关的教学资料和实例，以确保教学的顺利进行。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制概述1.1 课程介绍了解机械工程控制的基本概念、原理和应用掌握机械工程控制的基本环节和数学模型1.2 机械工程控制的基本概念控制、反馈和控制系统的定义开环控制和闭环控制的区别1.3 机械工程控制的基本环节传递函数、频率响应和状态空间表示系统的稳定性、线性、时不变性等特性1.4 机械工程控制的应用实例机械臂的控制、控制系统发动机控制、车辆控制等第二章：控制系统的数学模型2.1 数学模型的建立微分方程、差分方程和传递函数系统的输入、输出和状态变量2.2 线性系统的时域分析稳态误差、稳态响应和瞬态响应系统的稳定性和动态性能指标2.3 线性系统的频域分析频率响应、波特图和稳定性裕度系统的频率特性和平衡点2.4 非线性系统的分析非线性微分方程和差分方程非线性系统的相平面和李雅普诺夫理论第三章：控制系统的分析和设计方法3.1 系统的时域分析法根轨迹、频率响应和状态空间法系统的稳定性和动态性能分析3.2 系统的频域分析法波特图、频率特性和稳定性裕度系统的频域设计和优化3.3 系统的优化方法目标函数和约束条件最大误差最小化和动态性能最优化3.4 控制器的设计算法PID控制器、模糊控制器和自适应控制器数字控制器和模拟控制器的比较和选择第四章：机械工程控制的应用案例4.1 控制系统的运动学模型和动力学模型的路径跟踪和姿态控制4.2 车辆控制系统车辆的动力学模型和控制目标车辆的稳定性控制和燃油经济性控制4.3 发动机控制系统发动机的工作原理和控制需求发动机的排放控制和燃油控制4.4 生产线控制系统生产线的流程和控制目标生产线的调度和优化控制第五章：机械工程控制实验与实践5.1 控制系统实验设备控制实验台和实验设备的选择实验设备的连接和操作方法5.2 控制系统实验原理实验目的和实验步骤实验数据的采集和处理方法5.3 PID控制器的设计与实现PID控制器的参数整定方法PID控制器的仿真和实验验证5.4 控制系统的设计与实现控制系统的需求分析和系统设计控制系统的仿真和实验验证第六章：线性系统的状态空间分析6.1 状态空间表示法系统的状态空间描述和数学模型状态变量和控制变量的定义6.2 状态空间方程的求解系统的零输入和零状态响应系统的状态转移矩阵和时间响应6.3 状态空间分析的应用系统的稳定性分析系统的能观性和能控性分析6.4 状态空间控制器设计状态反馈控制器和观测器设计输出反馈控制器和最优控制第七章：非线性控制理论基础7.1 非线性系统概述非线性系统的特点和挑战非线性控制理论的作用和意义7.2 非线性系统的描述方法非线性微分方程和差分方程相平面图和李雅普诺夫方法7.3 非线性控制设计方法反馈线性化和滑模控制自适应控制和鲁棒控制7.4 非线性控制系统应用案例倒立摆控制和四旋翼控制手臂和非线性路径跟踪第八章：机械系统的动力学建模8.1 机械系统动力学的基本概念牛顿力学和拉格朗日方程刚体动力学和多体系统动力学8.2 机械系统的建模方法建立动力学模型的步骤和注意事项系统参数的测量和估计8.3 机械系统的稳态分析系统的平衡状态和受力分析系统的运动轨迹和速度分析8.4 机械系统的动态响应分析系统的自由响应和强迫响应系统的时域和频域分析第九章：控制系统的设计工具与软件9.1 控制系统设计工具概述模拟电子电路和数字电子电路设计工具控制系统设计和仿真软件的选择9.2 MATLAB控制系统工具箱MATLAB控制系统的功能和特点控制系统的建模、仿真和分析9.3 控制系统设计软件的应用控制系统的参数调整和优化控制系统的实时监控和调试9.4 控制系统设计案例分析典型控制系统的分析和设计控制系统设计过程中的注意事项第十章：机械工程控制实验与实践10.1 控制系统实验流程与要求实验目的和实验内容的确定10.2 控制系统实验案例分析实验数据的处理和分析方法实验结果的评估和总结10.3 控制系统设计实践控制系统设计方案的制定和实施控制系统设计的改进和优化10.4 控制系统实验与实践的总结实验与实践过程中遇到的问题和解决方法控制系统实验与实践的经验教训第十一章：现代控制理论简介11.1 现代控制理论概述现代控制理论的概念和发展历程线性时变系统和非线性系统的控制方法11.2 李雅普诺夫理论李雅普诺夫第一和第二定理稳定性分析和李雅普诺夫函数的选取11.3 哈密顿原理和最优控制哈密顿原理和拉格朗日方程最优控制问题的提法和求解方法11.4 状态反馈和观测器设计状态反馈的定义和作用观测器的类型和设计方法第十二章：控制12.1 控制概述的运动学和动力学控制的目标和挑战12.2 路径跟踪控制路径跟踪的数学模型PID控制器和模糊控制器的应用12.3 姿态控制姿态控制的概念和重要性姿态控制算法和实现方法12.4 视觉伺服控制视觉伺服系统的原理和结构视觉伺服控制算法的实现和优化第十三章：自适应控制13.1 自适应控制概述自适应控制的概念和特点自适应控制的应用领域13.2 自适应控制算法自适应控制器的设计方法自适应控制算法的仿真和实验13.3 自适应控制的应用工业过程控制和控制汽车控制和飞行器控制13.4 自适应控制的挑战和发展趋势自适应控制面临的挑战自适应控制的未来发展趋势第十四章：鲁棒控制14.1 鲁棒控制概述鲁棒控制的概念和重要性鲁棒控制的数学基础14.2 鲁棒控制算法鲁棒控制算法的设计方法鲁棒控制算法的仿真和实验14.3 鲁棒控制的应用工业控制系统和控制汽车控制和飞行器控制14.4 鲁棒控制的挑战和发展趋势鲁棒控制面临的挑战鲁棒控制的未来发展趋势第十五章：控制系统教学案例分析15.1 控制系统教学案例的选择选择具有代表性的教学案例教学案例的难度和复杂性15.2 控制系统教学案例的分析和讨论分析案例中的控制问题和解决方案讨论控制系统的设计和实现方法15.3 控制系统教学案例的实践和实验实践和实验的安排和指导实践和实验的结果和总结15.4 控制系统教学案例的反馈和改进学生对教学案例的反馈和评价教学案例的改进和优化方法重点和难点解析本文主要介绍了机械工程控制基础教案，内容包括机械工程控制的基本概念、原理和应用，控制系统的数学模型，分析和设计方法，以及机械工程控制的应用案例和实验实践等。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：绪论1.1 课程介绍1.2 控制理论的基本概念1.3 控制系统的基本类型1.4 控制系统的性能指标第二章：线性系统的时域分析法2.1 系统的数学模型2.2 系统的时域响应2.3 系统的稳定性分析2.4 系统的稳态误差分析2.5 系统的动态性能分析第三章：线性系统的频域分析法3.1 频率响应的基本概念3.2 频率响应的性质3.3 系统的频率响应分析3.4 系统的稳定性分析3.5 系统的稳态误差分析第四章：线性系统的校正方法4.1 系统的校正概述4.2 串联校正设计方法4.3 并联校正设计方法4.4 反馈校正设计方法4.5 系统的动态性能改善第五章：非线性控制系统分析5.1 非线性控制系统的基本概念5.2 非线性系统的数学模型5.3 非线性系统的稳定性分析5.4 非线性系统的稳态误差分析5.5 非线性系统的动态性能分析第六章：机电控制系统的设计与实现6.1 机电控制系统的基本组成6.2 控制系统的设计步骤6.3 控制器的设计方法6.4 控制系统的仿真与实验6.5 控制系统的设计案例分析第七章：PLC控制系统设计7.1 PLC控制系统的基本原理7.2 PLC的硬件组成与功能7.3 PLC控制程序的设计方法7.4 PLC控制系统的设计实例7.5 PLC控制系统的调试与维护第八章：控制系统8.1 控制系统的基本概念8.2 的运动学与动力学8.3 控制系统的组成与原理8.4 控制算法与应用8.5 控制系统的案例分析第九章：现代控制理论简介9.1 现代控制理论的发展概况9.2 状态空间分析法9.3 系统的能控性与能观性9.4 系统镇定与最优控制9.5 现代控制理论在工程中的应用第十章：控制系统在机械工程中的应用10.1 控制系统在机械工程中的重要性10.2 控制系统在自动化设备中的应用10.3 控制系统在中的应用10.4 控制系统在数控机床中的应用10.5 控制系统在其他机械工程领域的应用重点和难点解析一、系统的数学模型难点解析：对复杂机械系统的动态方程建立及求解，状态变量的选取原则，以及如何将实际系统抽象为数学模型。
《机械控制工程基础》课程教学大纲
《机械控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：MACH4008012．课程体系 / 类别：专业类/专业核心课3．学时 /学分：56学时/ 3学分4．先修课程：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计5．适用专业：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）二、课程目标及学生应达到的能力《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。
旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。
本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能；具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术，支撑毕业要求中的相应指标点。
课程目标及能力要求具体如下：课程目标 1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。
（毕业要求中的第 1）课程目标 2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。
（毕业要求中的第 2 、4）课程目标 3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。
培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究的能力。
《机械工程控制基础》课件
二、开环、闭环和复合控制系统
控制系统按其有无反馈作用和反馈作用 的方式可分为三类： 1、开环控制系统 2、闭环控制系统 3、复合控制系统
开环控制系统
如果系统的输出量和输入量之间没有反 馈作用，输出量对系统的控制过程不发 生影响时，这样的系统称为开环控制系 统。 图1-5是数控线切割机的进给系统.
二、控制理论的发展
4、1948年美国数学家维纳（N.Wiener）出版了 著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通 讯的科学》一书，他揭示了无论机器系统、生命 系统甚至社会和经济系统中，都存在一个共同本 质的特点，它们都是通过信息的传递、处理与反 馈这三个要素来进行控制，这就是控制论的中心 思想。1950年伊万斯（W.R.Evans）提出的根轨 迹法提供了寻找特征方程根的比较简易的图解方 法，至此，形成了完整的经典控制理论。
控制系统中常用的概念和术语的含义说明
• 输出量（或称输出信号、被控制量）：是指控制系统中需要
加以控制的物理量。系统的输出量常用符号xo(t)表示。 • 输入量（或称输入信号、给定值、给定量）：是指输入给控 制系统用以控制输出量变化规律的物理量它作用于系统输入端 ，直接地或间接地表示系统输出量的期望值（给定值）。系统 的输入量常用符号xi(t)表示. • 扰动量（或称扰动信号）：指那些能使输出量偏离预定要求 （期望值）的意外干扰因素。 • 反馈量（或称反馈信号）：是指把输出量取出并直接或经转 换以后送回到输入端与输入信号进行比较的物理量。
一、控制系统的基本工作原理
系统：是由相互制约的各个部分组成的具有一 定功能的有机整体。 自动控制系统：能够进行自动控制的一整套设 备或装置。通常由控制器（控制装置）和被控 对象两大部分组成。 被控对象是指系统中需要加以控制的机器、设 备或生产过程； 控制器是指能够对被控对象产生控制作用的设 备的总体。 控制系统的任务就是使被控制对象的物理量按 照预先给定的控制规律变化。
专业认证大纲参考机械控制工程基础
机械控制工程基础教学大纲课程名称：机械控制工程基础英文名称：Mechanical control Engineering课程编号：05课程性质：必修学分/学时：40;其中,讲授 34学时,实验 6学时,上机 0学时,实训 0学时;课程负责人：唐宏宾先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学一、课程目标机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用;本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识,也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础;通过本课程的学习,达到以下教学目标：1.工程知识掌握必要的机械控制工程理论知识;能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题;2.问题分析能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题;能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法;在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题;3.设计/开发解决方案能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识;4.研究能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案;5.使用现代工具能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测;二、课程内容及学时分配如表1所示;三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施;本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线,主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识,重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力;表1 机械控制工程基础课程内容及学时分配本课程采用国家“十二五”规划教材,结合学生个性特点,因材施教;本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料,调动学习积极性,提高教学效率;本课程课堂教学流程如图1所示;图1 机械控制工程基础课堂教学流程本课程安排5次课外作业：1.控制系统的数学模型2.控制系统的时域分析3.控制系统的频率特性分析4.控制系统的稳定性分析5.控制系统的误差分析四、考核内容及考核方式1.考核内容1机械控制工程理论基本概念的理解和掌握;如反馈、快速性、稳定性、准确性、传递函数、频率特性、校正设计等;2控制系统数学模型微分方程、传递函数、频率特性的建立方法;3求取复杂控制系统方块图传递函数的方法;4控制系统的时域分析方法及时域性能指标的求取;5控制系统的频域分析方法及开环奈氏图、波德图的画法;6应用劳斯判据、奈氏判据、波德判据判断控制系统的稳定性;7控制系统稳误差的计算;8常用的校正设计方法;2.考核方式期末考试+平时成绩+实验成绩;其中：期末考试占总成绩80%,采用闭卷考试；平时成绩占总成绩10%,根据出勤、作业、质疑、课堂讨论等情况评定；实验成绩占总成绩10%,根据实验态度、实验方案、实验技能、实验报告等进行评定;五、教材与主要参考书1.推荐教材1 王显正．控制理论基础第二版 M．北京：科学出版社,20082 韩柳．机械控制工程基础实验教程M．北京：国防工业出版社,20102.主要参考书1 杨叔子．机械工程控制基础M．华中科技大学出版社,20072 王益群. 控制工程基础M．北京：机械工业出版社,20083 王仲民．机械工程控制基础M．北京：国防工业出版社,2010六、附课程教学目标—毕业要求关系表如表2所示;表2 机械控制工程基础课程教学目标—毕业要求关系表注：表中“H高、M中、L弱”表示课程与各项毕业要求的关联度;。
浅析机械工程类“控制工程基础”课程教学研究
浅析机械工程类“控制工程基础”课程教学研究控制工程基础是机械工程系机械工程及其自动化专业各专业方向的一门主要专业基础课,该课程理论性和实践性都很强,具有重要工程应用意义。
课程内容涉及数学物理、电气、电子、机械工程等多门学科的知识,而且比较抽象,是一门具有一定深度和难度的课程。
下面结合教与学的过程,谈些思考和体会。
一、课程目标及存在的问题1.控制工程基础课程教学目标控制工程基础是一门综合性很强的专业基础课,课程的理论性和工程实践性都很强,同时,该课程也是普通高等院校机械类大多专业的必修课。
华北电力大学(保定)机械工程系有的个专业方向都要求学生必修该课程。
通过学习控制工程基础课程,学生能清楚自动控制系统的基本结构和工作原理,掌握自动控制理论在机械工程中的应用;学会分析机械工程系统的性能,掌握设计和校正系统的基本方法;培养学生分析问题和解决问题的综合能力,为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下良好的基础。
2.课程教学中存在的问题由于控制工程基础这门课程的理论性强,内容偏抽象,涉及数学知识广泛,同时又具有很强的实践性,涉及多门学科知识,就要求学生在学习这门课程时,不仅具备扎实的高等数学、工程数学等相关课程的知识,还要对涉及的多门学科有必要的了解。
但是由于学生对相关基础知识掌握不牢固,对学科交叉的内容理解不够,导致对控制工程基础课程学习存在较大困难。
结合教学过程,将存在的问题归纳如下：概念抽象,学生难以理解,理论内容枯燥,与实践联系不紧密;学生综合分析问题、解决问题的能力不够,需要提高;学生的学习目标不明确,学习积极性不高,课堂学习状态被动,缺乏学习主动性;由于专业方向分流,几个专业方向的学生学习效果差别较大,这门课的通过率比其他课程的通过率低。
鉴于以上问题,为了提高教学效果,培养学生的分析问题和解决问题的综合能力及创新实践能力,在分析了控制工程基础课程特征的基础上,从教学内容、教学方法、实践环节几方面进行了改革与探索。
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主讲人：王晓梅
重庆科技学院 机械与动力工程学院
参考教材
[1] 杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）. 武汉：华中科技大学出版社，2005年7月 [2]熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题 解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月 [3]朱骥北.《机械控制工程基础》 (第15版）.北京：机械 工业出版社，2005年 [4]董景新、赵长德.《控制工程基础》(第3版）.北京： 清华大学出版社，2009年6月 [5]刘叔军、樊京. 《MATLAB控制系统应用与实例》.北 京：清华大学出版社，2008年5月
控制系统——系统的可变输出，能按照要求由参考输 入或控制输入进行调节的系统
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
如: 空调
自动控制系统
教室中的风扇
人工控制系统
温度计
加热电阻丝
调压器
人工控制的恒温箱
~220V
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
给定信号
比较
u1
电压 功率 放大器 放大器
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合
元素 系统的要素
元素之间的联系
输入(激励) 干扰(扰动)
系统与外界的交互作用 外界对系统的作用
系统对外界的作用 输出(响应)
系统的框图
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
广义系统——具备系统要素的一切事物或对象
机器系统
生命系统
社会经济系统
如:
生产系统
主要教学内容
基本概念
机 基础知识 控制系统结构体系
械
控制系统数学模型
控
制
时域分析
工 分析方法 频域分析
程
系统稳定性判据
基
础
系统性能指标 工程应用
系统校正
课程章节
➢绪论 （4学时） ➢系统的数学模型 （9学时） ➢系统的时间响应分析 （10学时） ➢系统的频率特性分析 （9学时） ➢系统的稳定性 （6学时） ➢系统的性能指标与校正（1学时） ➢复习 （1学时）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
应用范围
工业：数控机床、轧钢机、恒温箱等 农业：恒温大棚、农业自动化机械 日常：冰箱、洗衣机、空调 道路交通：信号灯控制、车牌自动识别 宇航：火箭、飞船、卫星 机器人、导弹制导、核动力等高新领域 生物、医学、环境、经济管理等其它
第一章 绪论
工业：
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。
经济学
经济控制论
控制论
社会学 生物学 工程技术
社会控制论 生物控制论 工程控制论
机械工程
机械工程控制论
控制论的中心思想——通过信息的传递、加工处理
并利用反馈来进行控制。
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
蒸汽机离心调速器
观看视频
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
数控机床进给系统模拟图
第一章 绪论
思维、学习、工作
机械工程中的广义系统: 元件、部件、仪器、设备; 加工过程、操作设备、测量; 车间、部门、工厂、企业、 企业集团、全球制造行业等
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
非控制系统
系统
人工控制系统
控制系统
自动控制系统
非控制系统——仅具有由人工开、关两种状态的系统
如：搅拌机 （视频链接） 教室里的照明系统
第一章 绪 论
➢1.1 机械工程控制论的研究对象与任务 ➢1.2 系统及其模型 ➢1.3 反馈 ➢1.4 系统的分类及对控制系统的基本要求
第一章 绪论
本章教学大纲
本章教学大纲
1. 了解机械工程控制论的基本概念、研究对象与任务； 2. 掌握系统、模型、反馈、偏差等基本概念； 3. 掌握反馈控制系统工作原理的分析； 4. 掌握控制系统的组成、分类及基本性能要求。
1954年我国科学家钱学森出版专著《工程控制论》 (英文版)，首先把控制论推广到工程技术领域。 二、机械工程控制论的研究对象
机械工程控制论 P:—2 —研究机械工程技术中广义系统的动力学问题
研究的对象：系统（广义系统） 研究的任务：动力学问题 研究的领域：机械工程领域
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
u
u2
执行 电动机
热电偶 加热电阻丝
减速器 调压器
恒温箱自动控制系统
~220V
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象 问题：1）普通全自动洗衣机
2）全自动照相机的闪光系统、调焦系统 3）饮水机，微波炉 4）抽水马桶水箱的液面自动调节器
液面控制
技术理论之间的边缘学科，侧重介绍机械工程的控制原
理，同时密切结合工程实际，是一门技术基础课程。
机械制造技术发展的一个明显而重要的趋势——越来
越广泛而深入地引入了控制理论。
数控机床、工业机器人、机床动态分析与测试、电气液压伺服系统
是科学方法论之一，强调用系统的、反馈的、控制的 方法来分析研究工程实际问题。
课程任务与学习要求
课程任务
通过课程教学，使学生掌握经典控制理论的基本原 理和思想方法，初步培养进行系统分析与校正的能力， 结合后续专业课程的学习，为将来在机械电子工程中 解决一些实际问题打下一定的基础。
学习要求
需要大家具备一定的数学、力学、电学方面的基础 知识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要 大家认真对待每次的课后练习环节。
教学重点：反馈的基本概念、控制系统工作原理分析、 控制系统的分类
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
一、控制论概述 控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究
事物变化和发展的一般规律。 “控制论”的两个核心是信息论和反馈控制。 首先创立控制论学科的是美国的数学家、信息理论 家(Norbert Wiener)诺伯特·维纳，他于1948年发表了 “控制论”。
授课方式与考核方式
授课方式
以华中科技大学出版社出版、杨叔子编写的《机械 工程控制基础》（第五版）为指导，利用多媒体课件 为主、板书为辅进行理论教学；
考核方式
平时作业5次，占总评成绩的20%； 期末闭卷考试，占总评成绩的80%。
经典控制理论 控制论
现代控制理论
课程性质
本课程的主要内容
“机械控制工程基础”是控制论(Cybernetics)与机械工程