《控制工程基础》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》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，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。
《控制工程基础》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲（理论课程及实验课程适用）一、课程信息课程名称（中文）：控制工程基础课程名称（英文）：Fundamental of Control Engineering课程类别：专业主干课课程性质：必修计划学时：40计划学分：2.5先修课程：高等数学、复变函数、理论力学、电工电子学、机械制造技术基础等选用教材：《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子等编著，武汉：华中科技大学出版社，2011年；非自编；教育部规划教材开课院部：机电工程学院适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程课程负责人：徐建民课程网站：二、课程简介（中英文）控制工程基础是机械大类本科专业的一门重要的专业主干课程，也是一种方法论。
其课程内容主要针对闭环控制系统的分析与校正，提供了扎实的理论基础和丰富的实践应用。
通过本课程的学习，重在培养学生系统思维问题的能力，使他们掌握机械工程控制论的基本知识和控制系统的性能分析与校正方法，并能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和方法来分析、研究和解决具体问题，同时为学习后续其它相关课程奠定良好的理论基础。
Fundamental of control engineering is an important basic course for mechanical engineering，and is also a kind of methodology. The course, including a strong foundation of theoretical knowledge and abundant practical application, is focused principally on the analysis and correction of close-loop control systems, The objective of the course is mainly to develop the ability of systematic thought, enable the students to master the basic knowledge and the performance analysis＆correction method of mechanical engineering control theory, and enable them to resolve some specific problems by applying the basic concepts and methods when encountering the engineering problems. Meanwhile, the course provides a favorable theory base for learning other subsequent related courses.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1 工程知识能结合工程实际问题，利用经典控制理论的基本概念和方法，包括时域法、频率特性法等来解决复杂工程中的自动控制问题。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《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
第二章数学模型学时（讲课10学时，实验0学时）本章讲授要点：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
第三章时域分析法学时：10学时（讲课10学时，实验0学时）本章讲授要点：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
5.2 PID控制规律
5.3 PID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
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：研究二阶系统的二个重要参数阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响
b：学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数
5) 实验要求
a：画出二阶系统的模拟电路图，并求参数ξ、ωn 、бp 、t p的表达式
b：把不同ξ、ωn 条件下测量的бp 、t p 值列表，根据测量结果得出相应结论
c：画出系统响应曲线，再由бp 、t p 计算出传递函数，并与电路计算结果相比较
3.实验项目三控制系统的稳定性分析
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 1个学时
4）实验目的
a：观察系统的不稳定现象
b：研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响
5) 实验要求
a：画出模拟电路图
b：画出系统减幅或增幅的波形图
c：计算系统的临界放大系数，并与测得的临界放大系数相比较
4.实验项目四系统频率特性测量
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 1个学时
4）实验目的
a：加深了解系统及元件频率特性的物理概念
b：掌握系统及元件频率特性的测量方法
5) 实验要求
a：画出被测系统的模拟电路图，计算其传递函数，根据传递函数绘制Bode图
b：把上述测量数据列表，根据此数据奤画Bode图
c：分析测量误差
5.实验项目五连续系统串联校正
1）实验类型综合性实验
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：研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响
b：熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法
5) 实验要求
a：画出所做实验的模拟图，结构图
b：给出校正前后的бp 、图和t p
c：绘出校正前后的Bode图，并从图上查出两种情况下相位稳定裕量和截止频率，分析校正结。