《机械控制理论基础》课程研究报告
论《机械工程控制基础》教学难点及方法
论《机械工程控制基础》教学难点及方法机械工程控制基础课程历来被机械类专业学生认为是除理论力学和微机原理之外的三大最难学的课程之一，其间教师教的累，学生也学得辛苦，教学过程中反映出的问题也很多。
但这些问题最终可归结为“为什么要学？怎样学？”学生在学习过程中始终纠缠在这两类问题中，因而教师如果在教学中不能很好的解决这两个问题，必然教学质量就无法保证和提高。
1 为什么要学《机械工程控制基础》自20世纪50年代钱学森创立工程控制论之后，控制工程首先以“调节原理”的名称作为自动控制专业的一门主干课程而进入高校教学领域。
随着制造业的快速发展，对光、机、电一体化的发展也提出了新的要求，自然也就对机械专业学生掌握控制论的基本观点和方法提出了新的要求。
因此，20世纪80年代初国内高校普遍开始对机械类专业的本科生开设机械工程控制课程。
1998年国家对高校的专业设置进行了调整。
机械大类的所属专业缩减成四个：“机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、过程装备与控制工程”和“工业设计”。
其中前三个专业都带有“自动化”或“控制工程”的后缀，可见控制工程在现代机械专业中的重要性。
机械工程控制基础课程将各门数、理、机、电、力、液等基础知识与机械类专业课之间以控制论的思想为基础架起信息技术联系的“桥梁”，使之在后续的专业课学习中具有较强的针对性和解决实际工程问题的可能，因而该课程的学习对工科学生今后工程能力的培养具有重要的意义。
机械工程控制基础目前已成为培养口径宽、基础厚的机械专业本科学生的一门重要的专业技术基础课，其所包含的理论和知识是制造业实现走向信息化、自动化、智能化的最根本也是最基础的第一步。
2 怎样学好《机械工程控制基础》2.1 存在的问题“怎样学好机械工程控制基础”可以说是学生在学习中碰到的最直接，也是最困难的问题。
分析其原因，大致有以下几种：（1）内容抽象。
首先课程本身就是以控制理论为基础，研究的是在工程实践的基础上抽象出来的问题。
机械工程控制理论基础 实验报告 附小结与心得
《机械控制理论基础》——实验报告班级：学号：姓名：目录实验内容实验一一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P3 实验二二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P9 实验三典型环节的频率特性实验P15 实验四机电控制系统的校正P20 实验心得…………………………………………P23实验一 一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响● 实验目的通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法 。
● 实验原理使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T ，记录下两次不同时间常数T 的阶跃响应曲线，进行比较（可参考下图：典型一阶系统的单位阶跃响应曲线）。
典型一阶环节的传递函数：G （S ）=K （1+1/TS ） 其中： RC T = 12/R R K =典型一阶环节的单位阶跃响应曲线：● 实验方法与步骤1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe ”图标运行软件，阅览使用指南。
2）检查USB 线是否连接好，电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
3）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击按钮，参数设置要与实验系统参数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。
● 实验内容1、选择一阶惯性环节进行实验操作由于一阶惯性环节更具有典型性，进行实验时效果更加明显。
惯性环节的传递函数及其模拟电路与实验曲线如图1-1： G （S ）= - K/TS+1RC T = 12/R R K =2、（1）按照电子电路原理图，进行电路搭建，并进行调试，得到默认实验曲线图1-2图1-2（2）设定参数：方波响应曲线（K=1 ；T=0.1s ）、（K=2；T=1s ），R1=100k Ω 3、改变系统参数T 、K （至少二次），观察系统时间响应曲线的变化。
机械工程控制基础绪论教学方法的探究
科技信息“机械工程控制基础”是机械类本科专业学生必修的一门重要专业基础课，课程的主要内容是根据控制论的理论基础，研究机械工程技术中广义系统的动力学问题[1]。
本课程的主要目的在于培养学生以动态、整体、联系的观点研究分析一个机械工程系统，运用控制论中的基本概念和方法，解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题，并且也可为后续的机械类相关课程的学习，如测试技术、数控机床、机电一体化系统设计等打下一定的理论基础。
机械工程控制基础研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义，该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法，提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础。
但是，由于该门课程比较抽象，学生的学习热情不高，学习效果也不理想，甚至产生厌学的情绪。
“万事开头难”，而良好的开端，是成功的一半。
教学实践表明，认真讲好绪论课，是激发学生学习兴趣，提高其学习动力的重要途径之一。
通过绪论能让学生明白课程研究的主要内容，了解所学内容的发展过程和重要性，了解课程的特点和学习方法，激发学习兴趣，掌握科学的学习方法。
控制论不仅是一门重要的学科，而且是科学方法论之一[2]。
1.绪论内容安排人的各种活动都是由一定的动机所引发的，学生学习也总是为一定的学习动机所支配。
研究证明，学习动机与学习效率之间遵循“耶尔克兹—道德逊”定律，即一般说来，动机强度大，学习积极性高，学习的潜能就会得到最好的发挥，学习效率也高，而动机强度小或完全缺乏动机，则学习效率就差[3]。
因此，要使学生较好地掌握“机械工程控制基础”的知识乃至此学科方面的理论，那么激发他们的学习兴趣、学习动机至关重要。
绪论是课程的第一堂课，认真上好这堂课，能够极大地激发学生学习兴趣和动机。
绪论课程的教学内容，可以完全抛开课本原有的内容，结合机械类学生的特点，有的放矢地组织内容，循序渐进地安排顺序。
1.1内容一：这门课程讲授的主要内容是什么这是在讲这门课时必须首先要向学生解释清楚的问题。
“机械控制工程基础”课程教学改革探讨
劳斯 、 尔维茨及奈 奎斯特 发明 各 自的稳 定性判 据 的时间、 胡
潜在资质 、 外界环境 、 引起 的效应和相互 的比较等 。这样 ， 以 看似讲 故事 的方 式 ， 既克服 了 自动控 制理论 的抽 象性 ， 又坚
维普资讯
第 ２ 卷第 ５ ６ 期
２００８年 ９月
西安航空技术高等专科学 校学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ’ｎ Ａｅｏｅ ｈ ｉａ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ａ ｒ ｔｃ ｎｃｌ ０ Ｘｉ Ｃｏｌ ｅ ｅ
Ｖ＿ ． ｏ ２６Ｎｏ． １ ５ Ｓｅ ｔ．２ ０ ０ ８ ｐ
自身教 学体会 ， 出 了 提 几种提 高该课程 教 学质量 的方法 ， 于促 进 学生 学习的主动 性和 学 习效果 有一 定的参 考作 对
用。
关键词 ： 学改革； ｔｂ 仿真 实验教 学 教 Ｍａ ａ ； ｌ 中图分类号 ： ４ ３０ 文献标识码 ： 文章 编号 ：０ ８９３ （０ ８ ０ —０ ６０ Ｇ ２ ．７ Ａ １ ０ —２ ３ ２０ ）５０ ７ —３
１ 引 言
“ 机械控制工程基 础” 课程 是机械 工程类 学生 一 门重 要 的专业基础课程 ， 它是利用 自动控制理论 的基本原理解决 机 械工程 中的实际技术问题的一门学科 。在机 电一体化技术 、
术的迅速发展 ， 自动控 制技术 的应用 越来越 广泛 ， 课程 的内 容在不 断地 丰富 ， 课程讲 授对象也 日渐 广泛 ， 要求越来越高 。 但课程 内容 的特点往 往使学 生因缺 乏对实 际控制 系统 的感
阔， 而很好地促进教学效果 。 从 ２ ２ 将 Ｍａｌ ． ｔｂ引入仿真实验教 学 ａ
机械控制理论基础课程教学大纲
“机械控制理论基础”课程教学大纲英文名称：Foundation of Mechanical Control Theories课程编号：MACH3435学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：0 课外学时：0）学分：3适用对象：机械学院机自专业和车辆工程专业三年级本科生先修课程：机械设计、机械原理、材料力学、理论力学、电工学、流体力学、热工基础使用教材及参考书：[1] 董霞，陈康宁，李天石.机械控制理论基础.西安：西安交通大学出版社，2005.[2] 董明晓，李娟，杨红娟等.机械工程控制基础.北京：电子工业出版社，2010.[3] 胡寿松.自动控制原理.北京：国防工业出版社，2000.一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：机械控制理论是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学，因而它也是一门跨“控制论”与“机械工程”技术理论领域的边缘学科。
本课程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，特别重要的是，能够从整体的而不是分离的角度，从整个系统中信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的“动态行为”。
具体地讲，就是使学生在掌握机械工程控制论的基本概念、基本知识和基本方法的基础上，密切结合机械工程实际，为将控制理论应用于工程实际打下基础。
二、课程内容简介（200字左右）拉普拉斯变换的数学方法。
力学、电学基础知识对系统建模的方法、传递函数、方块图、信号流图、状态方程等重要概念。
一阶、二阶系统的瞬态响应特性，以及瞬态响应的性能指标，各型系统的位置、速度和加速度误差系数以及系统类型、开环增益与系统稳态误差的关系。
对数坐标图(伯德图)的概念以及各典型环节的对数坐标图，系统伯德图的一般步骤及其特点，以及由伯德图估计最小相位系统传递函数的方法；极坐标图(乃奎斯特图)的概念以及各典型环节的极坐标图；频域中的性能指标及其与时域性能指标的关系。
系统用频率法设计控制系统的特点，串联校正的各种方式和方法。
控制理论基础课程教学探讨
、
识。 控制 理论 基 础 内容包 括控 制理 论 的概述 、 控制 系统 的微 分方程 、 传递 函数 、 时 间响应 、 稳 定性 分 析 、 误差 计 算 、 根 轨 迹 分 析法 、 频 率 响应法 及 校正 等 。 学 好本课 程 要有 扎实 的 数 学、 力学 、 电学 、 光 学和 热学 等 课程 的基 础物 理知 识 ， 又要 有 电路 、 电机 、 电 力电子 等 知识 ； 对 系 统 动态 和静 态 性 能 的分 析， 计 算 过程 比较麻 烦 ， 例 如峰 值 时 间 、 超调量 、 调整时间 、
一
为加 强 实践 教学 内容 ， 本校 机械类 专 业课 《 控制 理 论 基 础》 将 分配 ３ ２ 个学 时 ， 学 时数 进 一 步减 少 ， 而控 制 理 论 基 础 课 程 内容较 多 ， 在 较 少 的学 时 内 ， 要把 这 门课 的所 有 内容 讲 完 显然 是不 可行 的。 Ｌ 大 ｊ 此必须 对 教学 内容 进行 梳理 ， 选择 基 本 实 用 的理 论 方法 ，让学生 在有 限 的时 间 内学到 更 多有 用 的东 西 。主要 ｝ 井 授 四个 方 面 的内容 ： 系 统 的数 学模 型 、 时间 响应 及误 差分 析 、 频 率 响应分 析 和系统 校 正方 法１ ２ １ 。 １ ． 系统 的数 学模 型 。 对 于 系统数 学模 型 ， 主要涉 及 到建 立物 理 系统 的微 分方程 、 传递 函数 和方 块 图 ， 其 中后 两 点是 最重 要 的 在 讲微 分方 程 这部 分 内容时 ， 可 以将 传递 函数 的 概念 以及 ｕ 一 些 典 型环节 的传递 函数 同时讲 了 ，而 不必 分开 来单 独讲 。 相 对于 求取 传递 函数 ， 学 习方框 图的等效 变换 方 法是 更重 要 的 ， 对 于系统 分析 和设 计来 说 ， 这 是 一个 基 本 的 技能 。 在 教学 过程 中要 多 结合 一些 例题 ， 将 方框 图等效 变换 的方 法讲 清 楚 、 透彻 ， 加深 学生 对概 念 、 方 法 的理解 ， 为后 面 知识 的学 习打下 实 的 基础 ，不要 将教 学 重点 放在 求 取 复
机械工程控制基础课程教学方法研究
参考 文 献 ：
【 １ １ 丁 玉 兰． 人 机 工程 学【 Ｍ】 ． 北京： 北京 理工 大 学 出版 社 ， ２ ０ ０ ５ ： ２ ． 【 ２ ］ 赵可恒， 刑 益 波． 工业 设 计 专业 人 机 工程 学课程 改革 之 思 考Ⅱ 】 ．
的发展 ， 《 机械工程控制基础》课程的开设就是为了适应这 现代科学技术变革的需要 。“ 机械工程控制” 是一门研究
“ 控制 论 ” 在“ 机械 工程 ” 中 的应 用 的科 学 ， 同时， 它又是 一种
方法论 ， 是科技工作者分析和解决问题的有效手段 。《 机械 工程控制基础》 课程是一门专业基础课 ， 主要面向机械设计 制造及其 自 动化专业本科生开设 ， 既为后续的数控技术 、 机 电一体化技术 、 机械工程测试技术、 机器人技术等专业课程
么、 理解什 么、 最终要达到怎样 的效果 ， 所有的教学手段 、 教学方法应紧紧围绕这一主线进行。 我校开设 的机械工程 控制基础 面向机械设计制造及其 自动化专业 ，总学 时 ４ ０ 学时（ 其中实验 ６ 学时 ） ， 根据学时的设置和课程 内容的系 习的重点转移到人机工程学在产品设计 中的应用 ， 由于人 机工程学在产品设计 中应用非 常广泛 ， 因此 ， 只靠教师一 个人是不可能全面地总结的 ， 必须要学生参与总结。 以“ 人 机工程学在产品设计 中的应用 ” 为题 目， 布置作业让每个 同学制作多媒体课件， 并在课堂上发表演讲 。同学们积极 收集有关资料 ， 列举 了许多实例生动 、 翔实地说明了人机 工 程 学 的应 用 。 从 不 同 的角度 总结 该学 科 在工 业设 计 中的 应用 ， 这 样 的 教学 活 动 让 教师 和 同学 开 阔 了 眼界 、 增 长 了
《关于机械控制理论基础感想》
《关于机械控制理论基础感想》姓名：邵强龙学号：0910111071当我拿到书看到里面有数学和像电工电子一样的图的时候，我就知道这门课不好学，因为这我都不太懂，但是当我听了老师的第一节课的时候，我反而喜欢这门了，因为我听懂了。
但是后来随着教学的进度，和公式的复杂以及理论的深奥，加上自己的不复习我就停在刚开始的那种进度了，后来老师又出国交流学术了，所以这门课理论几乎学得不太懂，但是大概知道些，和它相关的知识及其应用发展趋势等等这学期我们很高兴的接触了机械控制理论基础这门课。
从去年开始，我们逐步学习到了我们的专业课，并对这些课有了一定的认识。
机械控制理论是一门理论性很强的专业基础课。
是实现传统机械工程学科向以机、电、液相结合为特色的现代化机械工程学科跨越的主干支撑课程之一。
控制控制理论基础是控制论与机械工程技术之间的边缘学科，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。
本课内容抽象，概念性强而且涉及知识面广。
学习本门课要有良好的数学、力学、电学和计算机基础方面的专业知识。
本课程主要讲述经典控制论范畴的基本知识，包括以下几个方面的内容；1数学工具方米爱你包括拉普拉斯变换的数学方法。
刺痛见面方面包括系统的数学模型。
系统分析方面；包括系统的是与分析；平率特性和系统的稳定性。
系统的校正和设计方面包括系统的校正和设计。
离散分析方面包括离散分析基础全文共8章，第一章绪论，是对这门学科做摘要介绍，第二章拉普拉斯变换的数学方法，是本书必须的数学基础，第三章系统的数学模型，介绍运用学、电学基础对系统建模的方法以及传递函数、方块图、信号流图等重要概念，第四章至第六章分别为系统的瞬间响应与误差分析、频率特性和稳定性，它们是在已知系统模型的前提下分别从不同角度对系统进行分析，第七章机械工程控制烯烃的矫正、、校正与设计，介绍各种校正方式和方法，使系统满足性能指标的要求，第8章离散系统分析连续信号转换为离散信号的基础知识，以及分析离散系统的初步方法。
(完整版)《机械工程控制基础》课程教学大纲-版
(完整版)《机械工程控制基础》课程教学大纲-2012版《机械工程控制基础》课程教学大纲课程名称:机械工程控制基础英文名称：Control Fundamental of Mechanical Engineering课程编码:51510502学时/学分：36/2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第一章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．系统及其模型2．反馈和反馈控制3．系统的基本要求教学方法与手段：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。
机械工程控制基础课程教学方法研究
机械工程控制基础课程教学方法研究作者：冯静安，王卫兵，魏敏，张立新来源：《教育教学论坛》2013年第22期摘要：机械工程控制基础课程内容复杂、抽象，根据机械工程控制基础课程的教学目标和课程特点，分析了课程的理论教学方法，确定了课程的实践教学内容与考试内容，提出了课程的考核方式改革方法，使课程教学达到良好的效果。
关键词：机械工程控制；控制理论；教学改革；教学方法中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0061-02随着现代科学的迅猛发展，传统的机械工程学科发生了极为深刻的变革。
控制理论、微电子技术、计算机技术与机械制造理论与技术的结合，促使机械工程领域各个方面发生根本性的变化，并且促进了机械工程中先进制造技术的发展，《机械工程控制基础》课程的开设就是为了适应这一现代科学技术变革的需要。
“机械工程控制”是一门研究“控制论”在“机械工程”中的应用的科学，同时，它又是一种方法论，是科技工作者分析和解决问题的有效手段。
《机械工程控制基础》课程是一门专业基础课，主要面向机械设计制造及其自动化专业本科生开设，既为后续的数控技术、机电一体化技术、机械工程测试技术、机器人技术等专业课程提供理论基础，也为学生毕业后进一步深造，以及从事机电一体化控制相关领域的应用与研究工作打下必要的理论基础。
本文从课程的教学目标出发，结合课程的特点，对课程的教学方法进行分析研究，提高学生学习兴趣，培养学生的知识综合能力，使课程教学达到良好的效果。
一、明确课程教学目标教学目标是课程教学的主线，教学过程中要时刻谨记课程的教学目标，深入理解课程的教学要让学生掌握什么、理解什么、最终要达到怎样的效果，所有的教学手段、教学方法应紧紧围绕这一主线进行。
我校开设的机械工程控制基础面向机械设计制造及其自动化专业，总学时40学时（其中实验6学时），根据学时的设置和课程内容的系统性要求，我们制定课程的教学目标如下：①使学生理解控制系统的基本概念和掌握自动控制系统分析、设计（校正）的基本方法。
对《机械设计基础》课程教学的认识与实践
对《机械设计基础》课程教学的认识与实践浅谈《机械设计基础》课程教学改革研究与实践论文《机械设计基础》课程是机械工程等专业的一门重要专业基础课对学员学习专业课程起着承上启下的桥梁作用。
该课程的综合性和实践性都很强要求学生不仅要掌握扎实的基础知识更重要的是理解从工程实践中得来的知识经验还要具备在工程实践中应用所学知识设计机械传动装置的能力和创新能力。
一、现行教学中存在的突出问题(一)传统的课堂教学形式仍占据主要地位《机械设计基础》广泛的课程内容与有限的学时数及传统课堂教学法之间存在矛盾影响学员掌握更多的机械知识,限制了他们分析、构思和设计能力及创新能力的培养。
(二)缺乏实践手段教学目标难以实现《机械设计基础》是一门实践性较强的课程应该边学习边实践才能实现提高设计能力、培养创新能力的目标。
但实际上由于学时有限加之缺乏合适的实践环节教学很难达到这些要求。
而且由于学员缺乏对实际机械系统的感性认识,教学效果不甚理想相当多学员只是把这门课作为一门课程去学习在实际中难以自觉运用其中的知识去指导设计。
(三)课程设计中缺乏创新训练许多新技术冲击着传统的机械设计方法及设计思想像航空航天技术、超微技术、特种机器人技术等一系列高技术领域的快速发展,为机械设计提出了更高的要求而现行的机械设计课程教学模式中忽视了学员独立创新设计能力的培养不能最大限度地提高学生的实际设计能力和创造性设计能力。
针对以上问题，进行了以下改革。
二、教学内容改革(一)适当修改教材内容完善设计所必需的基本知识和基础理论把不实用、过时的内容剪掉，把对提高设计水平意义不大的概念性部分略去，把可操作性强、有利于提高设计水平的部分加强。
以机械传动和机械零件的设计为重点，完善基础理论。
教学时，系统介绍基本设计计算原理和设计方法，增加学生解决实际问题的思路和方法。
注重对设计方法和步骤的分析、总结和归纳，以利于学生整体设计思路和方法的形成。
(二)充实基本设计方法和实践性内容《机械设计基础》教学内容改革厂方面要为学员学习专业课程和终身学习奠定坚实的基础另一方面要突出机械设计主题。
南理工 机械院 控制工程基础实验报告
实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。
二、实验内容研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。
三、实验结果及理论分析1.一阶系统阶跃响应a.电容值1uF，阶跃响应波形：b.电容值2.2uF，阶跃响应波形：c. 电容值4.4uF ，阶跃响应波形：2. 一阶系统阶跃响应数据表电容值 （uF ） 稳态终值U c （∞）（V ） 时间常数T(s) 理论值 实际值 理论值 实际值 1.0 2.87 2.90 0.51 0.50 2.2 2.87 2.90 1.02 1.07 4.42.872.902.242.06元器件实测参数U r = -2.87VR o =505k ΩR 1=500k ΩR 2=496k Ω其中C R T 2=r c U R R U )/()(21-=∞误差原因分析：①电阻值及电容值测量有误差；②干电池电压测量有误差；③在示波器上读数时产生误差；④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大；⑤电池内阻的影响输入电阻大小。
⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大。
3.二阶系统阶跃响应a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形：b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形：c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：4.二阶系统阶跃响应数据表ξR w（Ω）峰值时间t p（s）U o(t p)（V）调整时间t s（s）稳态终值U s（V）超调（%）M p震荡次数N0.1 454k 0.3 4.8 2.8 2.95 62.7 60.5 52.9k 0.4 3.3 0.5 2.95 11.9 10.7 24.6k 0.4 3.0 0.3 2.92 2.7 11.02.97k 1.0 2.98 1.0 2.98 0 0四、回答问题1.为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，而且必须同时动作？答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。
机械控制工程基础总结
机械工程控制论的基本含义机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的科学。
它是一门跨控制论和机械工程的边缘学科。
随着工业生产和科学技术的不断向前发展，机械工程控制论这门新兴学科越来越为人们所重视。
原因是它不仅能满足今天自动化技术高度发展的需要，同时也与信息科学和系统科学紧密相关，更重要的是它提供了辩证的系统分析方法，即不但从局部，而且从整体上认识和分析机械系统，改进和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。
机械工程控制论的研究对象与任务机械工程控制论的研究对象是机械工程技术中广义系统的动力学问题。
具体地讲，机械工程控制论是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系，也就是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历由内部的固有特性所决定的整个动态历程。
例如，在机床数控技术中，调整到一定状态的数控机床就是系统，数控指令就是输入，数控机床的加工运动就是输出。
这里系统是由相互联系、相互作用的若干部分构成且有一定运动规律的一个有机整体。
输入是外界对系统的作用，输出是系统对外界的作用。
通常机械工程控制论简称为机械控制工程，其所研究的系统可大可小、可繁可简，完全由研究的需要而定，因而称之为广义系统。
由此可见，就系统及其输入、输出三者之间的动态关系而言，机械工程控制论的任务主要研究解决以下几个方面的问题：１.当系统已定，输入已知时，求出系统的输出（响应），并通过输出来研究系统本身的有关问题，称系统分析。
２.当系统已定，系统的输出也已给定时，要确定系统的输入，使输出尽可能符合给定的最佳要求，称系统的最优控制。
３.当输入和输出均已知时，求系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，称系统辨识或系统识别。
４.当系统已定输出已知时，要识别输入或输入中的有关信息，称滤波与预测反馈及反馈控制反馈及反馈控制控制论的核心内容是：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。
控制论把一切能表达一定含义的信号、符号、密码和消息等统称为信息。
论机械工程控制基础教学研究
论机械工程控制基础教学研究以机电类机械工程控制基础课程的教学为例，探索培养学生利用基本理论解决机电控制工程中的实际技术问题的途径，阐述了课程理论性实践性应用性实现有机结合的教学模式。
标签：机械工程控制基础;实践能力;教学方法机械工程控制基础作为一门专业基础课，是机械工程类专业，特别是机电工程类专业的重要理论基础之一但学生在学习本课程时，由于缺乏对控制理论研究对象的感性认识，学习的应用性和实践性普遍存在不足研究如何在机械工程控制基础课程教学中培养学生的应用和实践能力，使其在后续的专业课学习中做到有的放矢，对机械工程类专业学生工程实践能力的培养有着重要意义。
[1]本文将围绕应用型人才培养目标，探索在该课程的教学过程中，培养学生利用控制论的基本理论去解决机械工程实际问题的方法。
一、课程特点及目前教学中存在的问题控制理论不仅是一门重要的学科，而且是一门卓越的方法论其提出思考分析与解决问题的思想方法，是符合唯物辩证法的，且符合现代物理学前沿领域中的成就[2]。
正因为如此，在学习本课程时，既要十分重视抽象思维，了解一般规律，又要充分注意结合实际，联系专业，努力实践。
由于本课程具有抽象理论性强涉及知识面广等特点，不像专业课程那样学习某种具体的技术或掌握某种具体的学习工具因此，学生在学习机械工程控制基础课程的过程中，普遍存在学习目的不明确，学习主动性不足，缺乏针对性等问题又由于本课程几乎要涉及到机械工程类专业学生在学习本课程前所学的全部数学知识，又要用到所接触过的有关动力学知识学生学习本课程前，应具备良好的数学力学和电学的基础对于数理基础知识相对薄弱的学生，在学习本课程时就会感觉到困难。
围绕应用型人才培养目标，该课程在教学中主要存在如下问题：（1）在教学中如何实现理论性与实践性的有机结合本课程的教学目标，要求学生在课堂教学中掌握好控制论的基础理论在本课程教学的过程中，虽采用了引入工程实例和开设实验等多种教学方法，但学生在学完课程后，仍不知如何运用这些控制理论去解决工程实际问题因此，本课程的教学改革，应重点培养学生应用基本控制理论的能力而要使学生在课程教学中能尽快掌握基本控制理论，并能主动运用这些基本控制理论去思考并解决与工程实际紧密相连的一些问题，在课程教学中如何实现理论性与实践性的有机结合，就成为需要解决的关键问题。
机械控制理论实验教学实践与研究
摆 实现 了直 立不 倒 ， 触很 深 ， 多 同学 在 实 验 报 感 许 告 中写 到 ： 次实 验 使 我 眼界 大 开 ， 本难 以想 象 本 原
电容 、 运算放 大 器 、／ Ｄ Ａ采 集 卡 ， Ａ Ｄ、／ 即在 一 个 平 台上 可 以开 出多种 实验项 目， 因此 ， 根据 培养 目标 ， 组 织专 家对 实验教 学 内容进行 论证 ， 优化 实验 教学 内容就 显得尤 为 重要 。在 此 过程 中注 意协 调 传 统
生 去动手 实践 、 去思 考 。
５ 实验课 堂教 学重视 激发 学生 求知欲 望 ．
段， 是理 论教 学不 可缺少 的组成 部分 。如何 发挥 实 验 室 的作用 ， 确保实 验成 功 。是一个 复杂 的系统 工
程。
２ 认真 进行 实验设 备选 型 ．
实验 教学 和课 堂理论 授课 有很大 的不 同 ， 械 机 控 制理论 课程 授课 注重概 念 的引入 ， 理及 结论 的 定 推导 ， 而实验 教学 重 在 知识 运 用 ， 验 过程 中对所 实 学 知识 的感性 认识 以及 出现 的 问题 能 强烈 地 激 发
少， 而且 相 当重要 的环节 。
状 态空 间分析 与设 计尽管 只是一 个演示 实验 ， 但 是 当指导 老师用 生 动 的例 子讲 解 了倒 立 摆 研究 的理论 意义 和实 际意 义 以及 国 际上 倒立 摆 研 究 的
现 状 和我 国的研究 水平 ， 同学 又切 实看到二 级倒立
的事情 ， 用我们所学知识居然实现了控制 ， 科技创 造 了 神奇 ， 为 惊 叹 ， 感 兴趣 ， 甚 极 实验 开 拓 了视 野 ， 让 我受 益匪 浅 ， 我对 控制 课程 的应用 有 了进 一步 的 了解 和认 识 ， 同时发 现 自己知 识 的 匮乏 ， 实 应 该 确
(完整版)《机械工程控制基础》课程教学大纲-2012版
《机械工程控制基础》课程教学大纲课程名称：机械工程控制基础英文名称：Control Fundamental of Mechanical Engineering课程编码：51510502学时/学分：36/2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第一章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．系统及其模型2．反馈和反馈控制3．系统的基本要求教学方法与手段：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。
机械工程控制基础课程感悟
机械工程控制基础课程感悟机械工程控制基础课程是机械工程专业中的一门重要课程，涉及到控制理论、系统动力学和自动控制等方面的知识。
通过学习这门课程，我深刻理解到控制在机械工程中的关键作用，对于设计、优化和运行机械系统都具有重要意义。
以下是我对机械工程控制基础课程的一些感悟。
1. 掌握控制理论的基础在这门课程中，我系统学习了控制理论的基础知识，包括控制系统的基本概念、数学建模方法、传递函数、状态空间表示等。
这为我深入理解和分析机械系统的动态行为提供了坚实的理论基础。
通过数学模型的建立，我能够更准确地描述和预测机械系统的运动规律，为后续的控制策略设计提供了依据。
2. 理解系统动力学控制基础课程还涉及到系统动力学的内容，包括对系统的动态响应、阻尼比、自然频率等进行分析。
通过学习系统动力学，我更好地理解了机械系统在外部激励下的振动特性，这对于防止系统共振、提高系统稳定性具有重要意义。
同时，这也为我后续学习振动控制等相关内容打下了基础。
3. 学习控制策略的设计与应用在控制基础课程中，我学习了不同的控制策略，包括比例积分微分（PID）控制器、根轨迹设计等。
深入了解这些控制策略的原理和应用，我能够根据实际需求选择合适的控制方式，并进行参数调整以达到期望的控制效果。
这对于提高机械系统的性能、稳定性和精度至关重要。
4. 实践中的应用与案例分析控制基础课程注重将理论知识与实际应用相结合，通过案例分析和实验，我深入了解了控制理论在机械工程中的实际应用。
通过模拟和实验，我更好地理解了控制系统的建模、分析和调试过程。
这使我能够更加熟练地运用所学知识解决实际的控制问题。
5. 对于工程实践的启示机械工程控制基础课程为我今后从事机械工程领域的工程实践提供了深刻的启示。
在实际的工程项目中，控制技术是确保机械系统正常运行、提高工作效率和精度的核心要素之一。
通过学习控制基础，我不仅掌握了理论知识，更培养了解决实际问题的能力，这对于将来从事机械工程的设计、调试和优化工作具有极大的帮助。
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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《机械控制理论基础》课程研究报告姓名：学号：成绩：
1 课程研究背景
1.1研究目的
《机械控制理论基础》课程是一门研究在机电系统中应用越来越广泛的机械控制工程科学的课程。
本书主要阐述“机械工程控制理论”中的基础理论就在机械工程中的应用。
当前机械制造技术正向着高度自动化的方向发展，各种先进的自动控制加工系统不断出现，过去那种只侧重于局部和静态的研究方法已不能符合要求，应将机械加工过程各个环节的组合看成是一个动力系统，从控制论的角度来研究和解决加工中所出现的各种技术问题。
机械工程控制论是研究以机械工程技术为对象的控制论问题。
机械工程控制论所研究的系统是极为广泛的，这个系统可大可小，可繁可简，完全由研究的需要而决定。
这就使得机械工程控制论得以被在各个领域广泛应用的原因。
1.2研究意义
《机械控制理论基础》课程是一门研究机械工程系统状态变化的课程，所以当我们研究并运用机械工程控制论后会有着巨大的好处。
如：（1）研究系统的动态特性、内部信息传递的规律及其受到外加作用后的反应，从而决定采用哪种控制策略以求实现对系统的最优控制—即系统的最优控制。
（2）对于某些机械工程中的问题，例如机械振动、噪声、加工质量和灵敏度等，应用控制论的观点和思想方法揭示出它的本质，从而找到有效的解决方法—即系统分析。
1.3国内外研究现状
《机械控制理论基础》课程是一门研究机械工程的控制原理同时密切结合工
程实际的技术基础课程。
国内外学者在此领域均有显著研究成果，如：“工业4.0”，“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。
在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。
创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
“工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。
该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
世界经历了第3次工业革命使世界经济腾飞，工业出现机械化和自动化。
大大解放生产力提高了生产效率。
如今，第4次工业革命悄然来临（工业4.0）工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。
该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。
旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。
其技术基础是网络实体系统及物联网。
“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。
在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。
创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
然而，工业自动化是德国得以启动工业4.0的重要前提之一，主要是在机械制造和电气工程领域。
目前在德国和国际制造业中广泛采用的“嵌入式系统”，正是将机械或电气部件完全嵌入到受控器件内部，是一种特定应用设计的专用计算机系统。
数据显示，这种“嵌入式系统”每年获得的市场效益高达200亿欧元，而这个数字到2020年将提升至400亿欧元。
中国也计划有自己的“工业4.0”。
随着德国政府提出了工业4.0的规划，中国政府也随即推出《中国制造2025》，部署全面推进和实施制造强国战略，很多专家也纷纷表示此举与工业4.0有异曲同工之妙。
在经济低迷，外需不畅的环境下，能及时找到出路和方向，实为利国利民之举。
2 研究内容
1拉氏变换
拉普拉斯变换是工程教学中常用的一种积分变换，又名拉氏变换。
拉氏变换是一个线性变换，可将一个有引数实数t （t ≥ 0）的函数转换为一个引数为复数s 的函数。
拉普拉斯变换在许多工程技术和科学研究领域中有着广泛的应用，特别是在力学系统、电学系统、自动控制系统、可靠性系统以及随机服务系统等系统科学中都起着重要作用。
1.1拉氏变换定义
有时间函数()f t ,t ≥0,则()f t 的拉氏变换记作：()L f t ⎡⎤⎣⎦或()F s ，并定
义为 ()L f t ⎡⎤⎣⎦=()F s =()0f t ∞⎰dt （2-1）
S 为复数，s=jw σ+，称()f t 为原函数，()F s 为象函数，若式（2-1）
的积分收敛于一确定的函数值，那么()f t 的拉氏变换()F s 存在，这时()f t 必须满足下列两个条件：
（1） 在任一有限区间上，()f t 分段连续，只有有限个间断点。
（2） 当t →∞时，()f t 的增长速度不超过某一指数函数，既满足
()f t ≤M
式中:M .a 均为实常数，这一条件使拉氏变换的被积
函数()f t 的绝对值收敛，由下式可以看出
因为 ()st f t e -=()f t st e -=()f t t e σ-
所以 ()st f t e -≤ M t e σ-=M ()a t e σ--
只要在复平面上对于Re （s ）>a 的所有复数s ，都能使式（2-1）的积
分绝对收，则敛Re （s ）>a 为拉氏变换的定义域，a 称收敛坐标。
1.2二阶振荡环节
凡用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。
许多高阶系统在一定条件下，常常近似。
的作为二阶系统来研究。
控制系统动态特性的优劣，是通过动态特性性能指标来评价的。
控制系统的动态特性的性能指标通常是按系统的单位阶跃响应的某些特征来定义的。
多数控制系统的动态过程都具有振荡特性。
因此我们选择欠阻尼震荡过程为典型代表，来定义动态特性的性能指标，并用这些指标来描述控制系统的动态过程的品质。
这些指标主要有：上升时间、峰值时间、最大超调量、衰减率、调节时间、振荡频率与周期、震荡次数等。
二阶系统是用二阶微分方程描述的系统，当()x t 为输入作用力，()y t 为输出
位移时即为二阶系统。
其运动微分方程为 m 22d y dt +B dy dt +ky=x 系统的传递函数为 ()G s =()()
Y s X s =21ms Bs k ++ 系统的特征方程为 20m s
B s k ++= ()G s =1k 2222Wn S WnS Wn ζ++ 式中：1k 位系统的增益，222
2Wn S WnS Wn ζ++为典型二阶系统的传递函数。
1.3基于MATLAB 的实例
1、二阶系统的数学建模
二阶系统是由一个比例环节和两个惯性所构成，参考电路图如下
2、二阶系统单位反馈方块图为：
3、二阶系统单位反馈传递函数为：
其中：K为开环增益、k为闭环增益、ξ为系统阻尼比、nω为系统固有频
4、不同阻尼比下二阶系统的单位阶跃响应曲线
5、实验结果
C=7μf时阶跃函数响应曲线
6分析：
对比C=1μf和C=7μf时的曲线，C=1μf时T1=RC=0.2s,T2=RC=0.2s。
C=7μf时T1=RC=1.4，T2=RC=0.2s，分别计算比较ωn和ξ，得第一组的ωn和ξ都大于第二组。
所以，时间常数T小时，系统阻尼比ξ较大，系统固有频率nω较大，因此超调量与调整时间较大。
故在现实系统中，应调整系统参数，满足较小的时间常数，使超调量与调整时间变小，是系统更加高效，稳定。
3 个人感悟
机械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。
这也促使了更加高效、快捷的理论的产生与发展，在将来机械控制一定会获得更加广阔的发展前景。
在我们现有的知识基础上实在是写不出什么专业的机械控制的研究报告，怎么写都感觉是泛泛而谈没什么真实的内容。
也就是些对书本内容的感想之类的，在力求阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识和基本方法的基础上，密切结合机械工程实际，同时注重机、电结合，一边沟通与加强数理基础和专业知识之间的联系，为将来控制理论应用于工程实际打下基础。
内容主要包括：本门学科概要介绍；拉普拉斯变换的数学方法；系统的数学模型；系统的瞬态响应与误差分析、频率特性和稳定性；控制系统的校正与设计等。