《控制工程基础》教学大纲

控制工程基础》教学大纲

大纲说明

课程代码：3325052

总学时：48 学时（讲课40 学时，实验8 学时）

总学分：3

课程类别：学科基础课，必修

适用专业：机械设计制造及其自动化专业

预修要求：高等数学、工程数学、电工技术一、课程的性质、目的、任务：

（一）课程性质专业基础课，必修

（二）目的与任务

通过本课程的学习，培养学生具有分析、综合电气自动化、仪表自动化及工业自动化控制设备中自控系统的能力。

二、课程教学的基本要求

通过本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本原理和基本分析方法，并能应用基本原理对典型的控制系统进行分析与综合。

三、教学方法和教学手段的建议采用以教师讲授为主，并结合现代教学手段如多媒体教室等。

四、课程习题要求习题的基本要求是：巩固和深入理解所学过的基本概念、基本理论，提高计算技能和作图能力。运用所学得的知识分析和计算典型及实际的控制系统问题，培养学生分析问题、解决问题的能力和严肃认真的科学作风。

习题可包括思考题和计算题，课外习题和课内习题

五、大纲的使用说明

本大纲适用于本科学校机电工程专业，因本课程涉及《高等数学》、《工程数学》、《电工原理》、《电子技术》、《电机学》、《半导体变流技术》等多门基础课的知识，故适宜在二年级下开设，在讲授时，要注意联系和复习。讲授內容可按学时作适当增删。

大纲正文

第一章控制系统的基本概念学时：2 学时（讲课2 学时，实验0 学时）本章讲授要点：控制系统的工作原理、组成、基本要求、基本类型本章讲授重点：控制系统的工作原理、基本要求本章讲授难点：控制系统的工作原理

1.1控制系统的工作原理及其组成

1.1.1 工作原理

1.1.2 开环控制和闭环控制

1.1.3 闭环控制系统的组成

1.2控制系统的基本类型

1.2.1 按输入量的特征分类

1.2.2按系统中传递信号的性质分类

1.3对控制系统的基本要求

1.4控制工程发展概况习题：1；2；3

第二章数学模型

本章讲授要点：

学时（讲课10 学时，实验0 学时）突出强调参数模型的必要性以及参数模型的基本要素及其表达，掌握传递函数、结构

图和它们的变换关系

本章讲授重点：传递函数、结构图和它们的变换关系

本章讲授难点：传递函数、结构图和它们的变换关系

2.1控制系统的运动微分方程

2.2拉氏变和反换变换

2.3传递函数

2.4系统方框图和信号流图

2.5控制系统传递函数推导举例—机电系统

2.5非线性数学模型的线性化

习题：1；2；3 ；4；5；6；9；10；11；12；13；14

第三章时域分析法本章讲授要点：

学时：10 学时（讲课10 学时，实验0 学时）一阶、二阶、高阶系统的分析，控制系统的稳定性及稳态误差分析

本章讲授重点：一阶、二阶的时域分析，控制系统的稳定性及稳态误差分析

本章讲授难点：一阶、二阶的时域分析

3.1 典型输入信号

3.2一阶系统的时间响应

3.3二阶系统的时间响应

3.4高阶系统的时间响应

3.5误差的分析和计算

3.6 稳定性分析

习题：1；2；4；5；6；7；8；9；10；11；12；13；14；15；16

第四章频域分析法学时：2 学时（讲课2 学时，实验0 学时）本章讲授要点：频率特性的概念及作图方法，运用系统的频率特性对系统的动态过程进行定性分析和定量估算，奈氏判据、玻德判据的准则和方法

本章讲授重点：掌握典型环节的频率特性、熟练掌握系统开环对数频率曲线和开环幅相频率曲线的绘制及奈氏判据、玻德判据

本章讲授难点：开环对数频率曲线和开环幅相频率曲线的绘制

4.1频率特性的基本概念

4.2典型环节的频率特性图

4.3系统开环频率特性图

4.4频域稳定性判据

4.7用系统开环频率特性分析闭环系统性能

习题：5；8；9；10；12；14；16 ；17；20; 23

第五章控制系统的设计和校正学时：2学时（讲课2学时，实验0学时）本章讲授要点：PID控制规律及其实现；采用频率法，利用校正装置将原有系统的特性加以修正和改造，使得系统能实现给定的性能要求

本章讲授重点：频率法校正

本章讲授难点：频率法校正

5.1概述

5.2PID控制规律

5.3PID控制规律的实现

5.4频率法设计和校正

5.5并联校正和复合校正

习题：1；2 ；3；4；5

本课程对学生自学的要求

自学所推荐的参考书

考试方式和考核要求

本课程采用闭卷考试。对上课缺席、作业缺交超过学校规定者不能参加期末考试，成绩以零分计。

推荐教材与参考书目

《自动控制原理》张希周主编重庆大学出版社

《自动控制原理》黄家英主编东南大学出版社

《自动控制原理》孙虎章主编中央广播电视大学出版社《现代控制工程》绪方胜彦主编卢伯英译科学出版社

控制工程基础》实验大纲

一、总则

1.本大纲适用范围

1）大纲相关的课程名称和课程属性课程名称：控制工程基础课程属性：学科基础课程

2）本大纲的适用范围适用于本科机械设计制造及其自动化

3）实验总学时

8 个学时

2.本大纲的实验目的和要求自动控制理论实验是自动控制理论课的一部分，它的目的和要求是

1）通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法

2）学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术

3）提高应用计算机的能力和水平

3.本实验课程的重点和内容

1）典型环节及其阶跃响应

2）控制系统的稳定性分析

3）系统频率特性测量

4）连续系统串联校正4．本大纲所需的实验设备自动控制理论实验所使用的设备由计算机、A/D、D/A 接口板、模拟实验电路、打印机及直流稳压电源组成，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制及数据处理的作用，模拟电路起被控对象的作用，板上装有6 个运算放大器，与电阻、电容相配合，可以构成多种特性的被控对象，在计算机机箱内，插有A/D、D/A 接口板，它起模拟信号和数字信号的转换作用，可根据软件产生不同的信号（阶跃、三角、正弦），直流稳压电源12V、负12V,为模拟电路供电。该套实验设备可以构成一个自动控制元件，也可以构成一个自动控制系统，并对其理论特性进行测量，所有的自动控制理论课实验都是在这套装置上完成的。

二、实验项目和学时安排

1.实验项目一典型环节及其阶跃响应

1 ）实验类型验证性实验

2）实验开设属性必开实验

3）学时数 2 个学时

4）实验目的

a：学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响

b: 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数

5）实验要求

a:画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线

b：由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与电路计算结果相比较

2.实验项目二二阶系统的阶跃响应