《控制工程基础》课程教学大纲
《控制工程基础》课程教学大纲
《控制工程基础》课程教学大纲课程名称：控制工程基础英文名称：Control Engineering Fundamental课程编码：51510502学时/学分：42/6课程性质：必修课适用专业：机械类各专业先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）一、课程的目的与任务《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。
本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。
这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。
本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。
使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。
在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。
学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。
二、教学内容及基本要求绪论教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。
教学重点和难点：1．系统的概述、工作原理和一般构成2．系统的基本控制方式和分类3．系统的基本要求和控制工程实践教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
《控制工程基础》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲英文名称：Control Engineering Foundation学分：2.5学分学时：40学时实验学时：4学时先修课程：高等数学、电工与电子学、复变函数、工程力学教学对象：过程装备与控制工程系的本科生教学目的：本课程为过程装备与控制工程的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业科研、生产所必备的理论基础。
通过本课程的学习，能够使学生熟悉过程控制系统的数学模型，掌握控制系统分析的一般方法和基本理论，为过程装备控制工程的分析和设计打下基础。
教学要求：控制工程基础主要介绍反馈控制系统的经典控制理论及其工程分析和设计方法，使学生掌握反馈系统的基本工作原理，物理系统的数学模型、典型环节和系统的时域和频域特性的基本概念及分析方法，使学生能顺利学习后续的专业课。
教学内容：第一章绪论（2学时）§1-1 控制理论的发展概述自动控制概念；发展概述§1-2 控制系统组成过程控制示例；控制系统组成；基本术语；§1-3 方框图§1-4 控制系统分类系统结构；按给定值分类；按系统特性分类；按系统信号分类§1-5 对控制系统要求基本要求：了解自动控制的基本概念、控制理论的发展及控制系统分类；掌握控制系统性能指标。
重点：了解自动控制的组成及反馈原理。
难点：控制系统方框图代表含义。
第二章控制系统的数学模型（10学时）§2-1 概述§2-2 数学模型的建立理论推导的一般步骤；示例（机械系统，电气系统）；非线性微分方程的线性化§2-3 控制系统的复域数学模型——传递函数拉氏变换；传递函数（典型环节）；§2-4 控制系统方框图动态结构图的建立及示例；动态结构图的常用符号及连接式；方框图的等效变换；方框图的等效变换示例§2-5 反馈控制系统的传递函数闭环控制系统的开环传递函数；给定输入下的闭环传递函数；扰动信号下的闭环传递函数；系统输出；闭环控制系统误差传递函数基本要求：掌握控制系统数学模型理论推导的一般步骤和拉氏变换的含义，熟悉典型环节的传递函数，了解动态结构图的建立方法，能确定系统的开环传递函数、给定输入下的闭环传递函数及扰动信号下的闭环传递函数和闭环控制系统误差传递函数。
控制工程基础第四版教学大纲
控制工程基础第四版教学大纲课程概述《控制工程基础》是一门针对自动控制领域的入门课程，主要介绍控制工程的基本原理、基本方法以及应用技术。
本课程旨在让学生初步掌握系统控制理论的基本知识和方法，以便于在工程实践中解决相关问题。
授课内容第一章控制系统概述1.控制系统的定义和基本概念2.控制系统的分类3.控制系统的组成部分和基本结构第二章数学模型建立1.线性时不变系统的数学建模2.传递函数和状态空间模型3.系统的时间响应和稳态响应分析第三章系统稳定性分析1.时域分析法2.频域分析法3.系统稳定性的判定方法第四章控制系统的设计1.控制系统的设计要求2.确定控制结构的选择3.设计控制器的方法第五章系统性能分析1.系统的性能指标2.系统响应速度和稳态精度分析3.系统性能的提高第六章高级控制方法1.PID 控制2.广义预测控制（GPC）方法3.模糊控制4.自适应控制第七章运动控制系统设计1.伺服机构的基本原理2.伺服机构的数学模型3.伺服机构的控制方法实验内容实验一系统参数辨识1.传统系统的建模方法2.基于系统响应的辨识方法3.多项式辨识方法实验二控制系统稳定性分析1.时域分析法2.频域分析法3.稳定性判定方法实验三 PID 控制器的设计与应用1.PID 控制器的设计方法2.PID 控制器的参数整定方法3.PID 控制器在控制系统中的应用实验四自适应控制1.反馈误差控制方法2.模型参考自适应控制方法3.自适应控制系统的建模与设计实验五运动控制系统的设计1.伺服机构的控制方法2.伺服机构系统的建模和参数辨识3.运动控制系统的设计实现教材及参考书目教材1.许明杰、洪来兴. 控制工程基础（第4版）. 北京：高等教育出版社，2017年.参考书目1.K. OGATA. Modern Control Engineering (5th edition)，USA: Prentice Hall, 2009.2.F. FRANKLIN,D. POWELL, EMMANUEL K. Agyakwa. Digital Control of Dynamic Systems. Prentice Hall Professional Technical Reference，4 edition, 2009.3.P. KATTIEN, H. UNDE, M. DE DONCKER. Digital Control for Power Converters. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.评分方法1.平时成绩：30%2.期末考试：70%。
控制工程基础课程提纲
控制工程基础课程提纲一、课程简介控制工程基础课程是控制工程专业的一门基础课程，旨在培养学生对控制工程的基本理论和方法的了解和掌握。
本课程将介绍控制系统的基本概念、数学建模与分析方法、常见的控制器设计方法以及控制系统的性能评价和优化等内容。
通过本课程的学习，学生将具备分析和设计简单控制系统的能力。
二、教学目标1.掌握控制系统的基本概念和基本原理；2.掌握控制系统的数学建模方法；3.掌握常见的控制器设计方法，并能应用于简单控制系统的设计；4.能够评价和优化控制系统的性能。
三、教学内容和安排第一讲：控制系统基本概念1.控制系统的定义和基本组成；2.开环控制和闭环控制的特点和区别；3.离散控制系统和连续控制系统的特点和应用。
第二讲：控制系统的数学建模1.数学建模的基本概念和方法；2.传递函数模型和状态空间模型的建立；3.控制系统的分析和仿真。
第三讲：控制系统的稳定性分析1.稳定性的概念和判据；2.极点位置对系统稳定性的影响；3.稳定性判据的应用和稳定性分析的方法。
第四讲：反馈控制器的设计1.PD控制器和PID控制器的设计原理和方法；2.控制系统的稳定裕度和性能指标；3.调试和优化控制系统。
第五讲：频域分析1.频率响应和频域特性；2.Bode图和Nyquist图的绘制和分析；3.频域分析在控制系统设计中的应用。
第六讲：根轨迹法1.极点和根轨迹的概念；2.根轨迹的绘制和分析；3.根轨迹法在控制系统设计中的应用。
第七讲：控制系统的性能指标1.响应时间、稳态误差和超调量的定义；2.性能指标的计算和评价方法；3.性能指标与控制系统设计的关系。
第八讲：控制系统的优化1.控制系统的优化目标和方法；2.最优控制器的设计；3.控制系统的参数整定方法。
四、教学方法和学习要求1.以理论讲解为主，结合案例分析和实例演示；2.总结归纳理论知识，提供练习题让学生巩固；3.鼓励学生主动学习，参与小组讨论和实验操作；4.提倡理论与实践相结合，培养学生解决实际问题的能力。
控制工程基础教学大纲
控制工程基础教学大纲一、课程简介控制工程基础是控制科学与技术领域的一门基础课程，也是控制工程专业的基础课程之一。
本课程介绍了控制理论的基本概念、方法和技术，为学生深入掌握控制工程专业知识，奠定了坚实的基础。
课程内容包括控制理论的基本概念与原理、传递函数与时域分析、稳态误差分析、根轨迹与稳定性分析、频率响应与稳定性分析、控制系统的设计和实现等方面。
在学习过程中，学生将通过理论知识和实际案例的结合，系统学习控制工程的基础知识和实践技能。
二、教学目标1.了解控制工程理论的基本概念、方法和技术，掌握相关的数学知识和基础技能；2.理解控制系统的基本结构和工作原理，掌握传递函数、稳态误差、时域响应等概念及其分析方法；3.掌握根轨迹、频域响应与稳定性分析的基本概念和分析方法；4.理解控制系统的设计思想和方法，了解常见的控制器和控制策略；5.通过掌握理论知识和实践技能，可以应用控制工程的基础知识对实际问题进行分析、设计和实现。
三、教学内容1. 控制系统的基本概念1.控制理论概述；2.控制系统的基本结构和功能；3.闭环控制和开环控制；4.控制系统的性能指标和评价方法。
2. 传递函数与时域分析1.传递函数的概念和性质；2.时域分析方法及其应用；3.一、二阶系统的时域响应分析。
3. 稳态误差分析1.稳态误差和静态误差常数；2.稳态误差分析方法；3.闭环控制系统的稳态误差分析。
4. 根轨迹与稳定性分析1.根轨迹的概念和性质；2.根轨迹的绘制方法；3.根轨迹的应用；4.稳定性的概念和判据。
5. 频率响应与稳定性分析1.频率响应的概念和性质；2.频率响应分析方法；3.稳态和稳定性的频率响应分析；4.Bode图的绘制方法和应用。
6. 控制系统的设计和实现1.单闭环控制和双闭环控制的设计和应用；2.PID控制器和常见的现代控制器；3.控制系统性能分析和优化；4.控制系统的实现和应用。
四、教学方法本课程采用理论讲授、案例分析和实例演示相结合的教学方法。
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《控制工程基础》课程教学大纲
课程名称：控制工程基础，Fundamentals of Control Engineering
课程性质：专业基础课
学分：2.5
总学时：48 其中，理论学时：40 实验学时：8
适用专业：机械设计制造及其自动化专业。
先修课程：工程数学，工程力学，电工电子等。
一、教学目的与要求
本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课。
在机械类各专业的教学计划中，是一门理论性较强的技术基础课。
它是进行控制系统动态特性分析的基础，目前自动控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输、国防和宇航等各个领域。
本课程的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握系统动态特性数学模型的建立和研究方法，并学会应用这些研究方法对已知系统的稳定性、快速性和准确性问题进行分析，以及进行控制系统的设计，并为学习后续课程、从事工程技术工作、进行科学研究、开拓新的领域，打下坚实的基础。
本课程主要以线性控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。
学完本课程应达到以下基本要求：
1．理解自动控制的基本含义，自动控制的基本要求，自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。
2．理解数学模型、线性系统和非线性系统、相似性原理的概念；掌握线性元件和系统的数学模型的建立方法、线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法。
3．掌握一阶、二阶及高阶系统的时间响应分析和性能指标计算；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，系统稳态误差的计算；掌握控制系统稳定性的概念、稳定的充要条件及时域稳定判据。
4．掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算。
5．理解控制系统校正的概念和校正方法。
6．掌握控制系统的串联校正方法和校正装置的设计；掌握控制系统的并联校正的作用及校正方法。
二、教学内容与学时分配
三、各章节主要知识点与教学要求
1．控制系统的基本概念
（1）控制系统的工作原理及其组成；
（2）控制系统的基本类型；
（3）对控制系统的基本要求；
（4）控制工程的发展概况。
本章重点：自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。
本章难点：信息传递、反馈及反馈控制。
本章教学要求：理解自动控制的基本含义，自动控制的基本要求，自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制；了解自动控制系统的分类、组成及应用实例；了解控制系统的基本要求。
2．数学模型
（1）控制系统的运动微分方程；
（2）拉氏变换和拉氏反变换；
（3）传递函数；
（4）系统方框图和信号流图；
（5）非线性数学模型的线性化；
（6）控制系统传递函数推导举例。
本章重点：系统开环传递函数和闭环传递函数的概念，掌握反馈控制系统传递函数的求取。
本章难点：线性元件和系统的数学模型的建立方法，线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法。
本章教学要求：理解数学模型、线性系统和非线性系统、相似性原理的概念；掌握线性元件和系统的数学模型的建立方法、线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法；理解系统开环传递函数和闭环传递函数的概念，掌握反馈控制系统传递函数的求取。
3．时域分析法
（1）典型输入信号；
（2）一阶系统的时间响应；
（3）二阶系统的时间响应；
（4）高阶系统的时间响应；
（5）误差分析和计算；
（6）稳定性分析；
（7）时域特性的计算机辅助分析。
本章实验：典型模拟系统瞬态响应实验（２学时）
本章重点：时间响应分析和性能指标计算；系统稳态误差的计算；时域稳定判据。
本章难点：离散系统的稳定性分析，动态性能分析。
本章教学要求：理解时间响应的概念，了解典型输入信号；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，掌握系统稳态误差的计算；掌握系统的时间响应分析和性能指标计算；了解高阶系统的时间响应、闭环主导极点的概念及性能指标；掌握控制系统稳定性的概念、稳定的充要条件及时域稳定判据，了解控制系统时域特性计算机辅助分析的方法。
4．频域响应法
（1）频率特性的基本概念；
（2）典型环节的频率特性图；
（3）系统开环频率特性图；
（4）频域稳定性判据；
（5）闭环系统的频率特性；
（6）频域指标与时域性能指标间的关系；
（7）用系统的开环频率特性分析闭环系统性能；
（8）频域特性的计算机辅助分析。
本章实验：典型模拟系统频率响应实验（２学时）
本章重点：掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算。
本章难点：控制系统的闭环频率特性及性能指标；控制系统的时域指标与频域指标的关系；
控制系统传递函数的实验法确定。
本章教学要求：理解控制系统频率特性的一般概念，掌握频率特性的求取和表示方法；掌握典型环节的频率特性和控制系统的开环频率特性；掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算；了解控制系统的闭环频率特性及性能指标；
了解控制系统的时域指标与频域指标的关系；了解控制系统传递函数的实验法确定；了解系统频率特性计算机辅助分析的方法。
5．控制系统的设计和校正
（1）基本概念；
（2）串联校正；
（3）反馈校正。
本章实验：模拟系统串联校正实验（２学时）
本章重点：控制系统校正的概念和校正方法，控制系统的串联校正。
本章难点：控制系统的串联校正，并联校正方法及设计；控制系统反馈校正方法及作用。
本章教学要求：理解控制系统校正的概念和校正方法；掌握控制系统的串联校正方法和校正装置的设计；掌握控制系统的并联校正的作用及校正方法；理解控制系统反馈校正方法及作用。
四、成绩考核方式
本课程为考试课程，期末考试采用闭卷笔试。
学生的课程总评成绩由平时成绩（占40%）和期末考试成绩（占60%）两部分构成，平时成绩中出勤占15%、作业占15%、课堂测验、学习主动性及上机实验成绩等占10%。
五、教材与参考资料
教材：《控制工程基础》，张尚才编，浙江大学出版社，1991年8月第1版。
参考书：
《控制工程导论》，周雪琴张洪才编，西北工业大学出版社，2000年3月第2版
《控制工程基础》，王积伟主编，高教出版社，1999年2月第1版
执笔人
审定人。