机械控制工程基础(董玉红徐莉萍主编)教学大纲

一、课程性质和教学目的：

本课程是机械设计制造及其自动化专业基础课程。课程对象：机械设计制造及其自动化。课程主要阐述有关自动控制技术的基础理论。

目的：使学生基本掌握自动控制系统性能分析及设计的方法和技巧，为进一步学习后续课程及今后的实际工作打下较坚实的基础。

要求：掌握自动控制理论的基本概念；自动控制系统数学模型的建模方法，包括微分方程传递函数，函数方块图，零极点分布图；自动控制系统性能的时域和频率域分析方法，重点掌握自动控制系统的稳定性，准确性及快速性的概念、指标、分析计算及校正的方法。学会分析控制系统，并能初步设计控制系统。

二、课程教学内容：

第一章绪论

第一节机械工程控制论基础

第二节控制系统的工作原理与组成

第三节控制系统的分类与基本要求

1、4学时

2、重点：控制系统的分类与基本要求。难点：控制系统的工作原理和组成

3、了解《机械控制工程基础》课程特点，初步建立控制系统概念。

4、理解控制系统的工作原理。

5、掌握相关基本要求。

第二章函数的数学模型

第一节系统的微分方程

第二节拉普拉斯变换和反变换

第三节传递函数

第四节系统框图简化

第五节信号流图籍梅逊公式

1、12学时

2、重点：拉普拉斯变换与反变换；传递函数的分析和建立；系统的框图表

示办法。难点：利用信号流图和梅逊公式来简化控制系统的传递函数；物理系统的传递函数推导。

3、了解复变量、复变函数、留数定理、拉氏变换等基础知识，了解简单机电微分方程方法。

4、理解模型函数的基本方法和思路。

5、掌握传递函数的推导、简化，理解传递函数的数学、物理意义。

第三章时域分析

第一节概论

第二节一阶系统的时间响应

第三节二阶系统的时间响应

第四节高阶系统的时间响应

第五节稳态误差分析与计算

1、10学时。

2、重点：一阶、二阶和高阶系统的时间响应，误差分析及计算。难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。

3、了解低阶系统的特性及其计算方法。

4、理解二阶系统在单位阶跃输入作用下，瞬时响应特性及性能指标，及系统参数对系统性能的影响，学会利用公式进行性能指标的计算；

5、掌握稳定性判断、误差及稳态误差的概念和计算误差的方法。

第四章频域分析

第一节概论

第二节典型环节的频率特性

第三节系统开环频率特性的绘制

第四节闭环频率特性

第五节闭环系统性能分析

1、12学时。

2、重点：系统开环、闭环的频率特性的分析、计算和物理意义。难点：时

间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。

3、了解极坐标图的概念及各典型环节极坐标图，闭环频率特性和性能指标关系。

4、理解极坐标图和伯德图的物理意义。

5、掌握频率特性基本概念，对数频率特性绘制、稳定性判断方法。

第五章系统的稳定性

第一节概论

第二节劳斯稳定判据

第三节奈奎斯特稳定判据

第四节系统的相对稳定性

1、10学时。

2、重点：劳斯判据、奈奎斯特判据和系统的相对稳定性判断。难点：扰动信号作用下的稳态误差及计算，相对稳定性判断的分析、计算和物理意义。

3、了解系统稳定性的基本概念。

4、理解影响稳定性的性能参数指标。

5、掌握给定信号作用下的稳态误差及计算方法，相对稳定性的分析和判断方法。

第六章系统的设计校正

第一节概论

第二节串联校正

第三节 PID校正

第四节反馈校正

1、6学时。

2、重点：串联校正、PID校正和反馈校正的功能及其校正装置的设计过程。难点：对时域性能指标和频域性能指标的分析、计算、控制和调节。

3、一般了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正装置的形式。

4、理解串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性。

5、掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法。简单了解反馈校正、顺馈、前馈校正及复合控制。

三、教学基本要求

1.备课

每次课有教案，每个章节有重点、难点及处理方法。

2.教学方法、教学手段

多媒体教学结合黑板教学，课堂讲授。

3.教学辅助资料

按照教材设计教案和习题集，已有习题集、CAI课件。

4.实践教学

无。

5.作业与辅导

每章集中做一次习题讲解，每章上一次习题课。目的在于帮助学生巩固所学知识，并能实际应用部分知识。习题量较为集中在第3章、第四章、第五章。

6.考核考核形式

期末闭卷考试，题型至少5种，基本涵盖教学内容重点和难点。考试卷面成绩占总成绩的70%，平时成绩占总成绩的30%（日常考勤和平时作业）。

四、与其它课程的联系与分工

本课程由于涉及到控制原理与系统，并引入计算机控制系统，故要求学生学习前应具备与其关系密切的相关课程内容，如：高等数学、电工电子技术、微机原理、传感器原理与应用、机械原理和机械设计等课程。

五、建议教材及参考教材

建议教材：《机械控制工程基础》，作者：董玉红、徐莉萍，出版社：机械工业出版社，时间：2005年。

六、参考书目及资料

1、《控制工程基础》董景新赵长德等清华大学出版社 1992

2、《机械工程控制基础》杨叔子陈克冲华中科技大学出版社 2002年2版

3、《控制系统设计与仿真》赵文峰等西安电子科技大学出版社 2002

七、学生阅读书目及参考文献

1、夏德钤，《自动控制理论》，机械工业出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷

2、董玉红，杨清梅编著，《机械控制工程基础学习指导》，哈尔滨工业大学出版社，2003年

3、黄忠霖编著，《控制系统MATLAB计算及仿真》，国防工业出版社，2004年第2版。