《机械工程控制基础》概论教案

《机械工程控制基础》概论教案

学时分配

总学时：32学时授课学时：28学时实验：4学时。

基础课程

先修课：大学物理、理论力学、工程数学、电工学、高等数学、机械原理。课程性质

《机械工程控制基础》是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要的技术基础课，在整个教学计划中，以主干课程的角色，起着承上启下的作用，具有十分重要的地位。本课程是一门专业基础理论课程,详述了研究对象的建模方法、系统响应分析方法，系统介绍了单输入单输出线性定常系统的时域性能分析、频域性能分析、系统的稳定性分析方法，介绍系统性能校正方法，为《机电一体化系统设计》、《机电传动控制》、《计算机控制技术》等机械电子工程专业的后续课程打下基础。

课程的主要任务

通过本课程的学习，使学生掌握经典控制理论的基本概念和基础知识, 掌握机械工程中的研究对象的建模方法；掌握一阶、二阶系统的时域性能分析和频域性能分析方法；能熟练地根据Nyquist图、Bode图判断系统的稳定性；掌握系统性能校正方法；使学生能分析系统的性能,能改进或设计简单的控制系统。

第一次课

第1章绪论

1.1机械控制基础的研究对象、课程的基本任务、控制系统的基本要求

一、机械控制基础的研究对象：系统、输入、输出

2、典型闭环控制系统的框图的构成

输入信号

给定值偏差

控制器执行机构被控对象

-

测量变送器

输出量

给定环节：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。

测量环节：测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化成

与输入量相同。

比较环节：比较系统的输入量和主反馈信号，并给出两者之间的

偏差。

放大环节：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的

幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。

执行环节：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，操作系统的

输出量，使之按照输入量的变化规律而变化。

二、课程的基本任务

研究系统、输入、输出之间的动态关系

三、控制系统的基本要求：稳、快、准

1.2 控制理论的研究内容、发展、应用、学习方法。

控制理论研究五方面的内容

系统分析问题当系统已定、输入(或激励)已知时,求出系统的输

出（或响应）,并通过输出来研究系统本身的有关

问题。

最优控制问题当系统已定时,确定输入,且所确定的输入应使得

输出尽可能符合给定的最佳要求。

最优设计问题当输入已知时,确定系统,且所确定的系统应使得

输出尽可能符合给定的最佳要求。

滤波与预测问题当输出已知时,确定系统,以识别输入或输人中的

有关信息。

系统识别或系统辨识问题当输入与输出均已知时,求出系统的结构与参数,即建立系统的数学模型。

二、机电一体化含义

机电一体化：在机械领域中引入微电子技术、通过计算机硬件、软件加以控制。

机械学动力学、运动学、力学

控制技术经典控制、现代控制

电子学接口技术、软件技术、操作系统

功率电子学大功率晶体管器件

机电一体化发展历程：

1、机械硬件

2、机械+电子硬件

3、机械+电子硬件+软件如：CN、CIMS、无人化工厂

三、经典控制与现代控制

四、时间安排

共32学时（28学时课堂讲授+4学时实验)

五、参考书

1、王积伟.控制工程基础.北京：机械工业出版社.2002.

2、董景新.控制工程基础. 北京：清华大学出版社.2002.

3、杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础. 武汉：华中科技大学出版社，2005（第五版）。

第二次课

2.1 复数和复变函数

一、复数和复变函数

1 复数

2、复变函数

3、复数的运算规则

4、复变函数的零点和极点

二、拉氏变换

1、拉氏变换的定义

对于函数x(t)，如果满足下列条件：

（1）当t < 0时，x(t)=0；

（2）当t > 0时，x(t)在每个有限区间上分段连续；(2)存在，其中s=σ+j ω为复变量

2、拉氏反变换

三、典型函数的拉氏变换重要的拉氏变换举例

四、拉氏变换的性质

1、线性性质

2、微分性质

3、积分性质

4、延时定理

5、终值定理

6、初值定理

五、傅立叶变换：

⎰

⎰

∞

+

∞

-

-

+∞

∞

-

-

=

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dw

e

w

F

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f

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f

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1

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F

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1

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(

-

=

=

记作：

记作：

无线电技术中，以f（t）表示讯号函数，而F(w)称为f（t）的频谱函数。傅氏变换氏拉氏变换的特例，将拉氏变换中的s换成傅氏变换氏中jw。

第3章系统的数学模型

3.1 系统的时域数学模型

1 系统微分方程

2 非线性系统微分方程线性化处理

3.2系统的复域数学模型*

一、传递函数的定义概念

二、传递函数的零点、极点、增益的概念