机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制基础概述教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和原理。
2. 掌握机械工程控制系统的分类和特点。
3. 理解机械工程控制系统的应用和发展趋势。
教学内容：1. 机械工程控制系统的定义和作用。
2. 机械工程控制系统的分类：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 机械工程控制系统的特点：实时性、稳定性和准确性。
4. 机械工程控制系统的应用领域：机械制造、、自动化生产线等。
5. 机械工程控制系统的未来发展趋势：智能化、网络化和绿色化。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制基础的概念和原理。
2. 案例分析法：分析典型的机械工程控制系统的应用实例。
3. 讨论法：引导学生思考机械工程控制系统的未来发展。
教学资源：1. 教材：机械工程控制基础。
2. 多媒体课件：图片、视频和动画等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制基础概念的理解。
2. 小组讨论：评估学生对机械工程控制系统应用和发展趋势的理解。
第二章：机械工程控制系统的建模与分析教学目标：1. 学习机械工程控制系统的建模方法。
2. 掌握机械工程控制系统的时域分析和频域分析。
3. 理解机械工程控制系统的稳定性判据。
教学内容：1. 机械工程控制系统的建模方法：机理建模和实验建模。
2. 机械工程控制系统的时域分析：稳态误差、瞬态响应和稳定性。
3. 机械工程控制系统的频域分析：频率响应和波特图。
4. 机械工程控制系统的稳定性判据：奈奎斯特判据、伯德图判据等。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的建模方法和分析方法。
2. 数值分析法：利用数学软件进行机械工程控制系统的建模和分析。
3. 案例研究法：分析具体的机械工程控制系统的建模和分析实例。
教学资源：1. 教材：机械工程控制系统的建模与分析。
2. 数学软件：MATLAB等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制系统建模和分析方法的理解。
2. 数值作业：评估学生对机械工程控制系统建模和分析的实践能力。
第一章绪论-机械工程控制基础-教案
Chp.1绪论基本要求（1）了解机械工程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。
（2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。
（3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。
（4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制控制系统的方框图。
（5）了解控制系统中基本名词和基本变量。
（6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。
（7）了解对控制系统的基本要求。
重点与难点本章重点（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。
（2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。
本章难点广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。
一、课程简介性质：机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。
学时：32h先修课程：复变函数、机械动力学、交流电路理论后续课程：为专业基础和专业课打下一定基础。
如：机械工程测试技术、机电传动控制、数控机床等。
主要内容：本课程是数理基础课与专业课程之间的桥梁。
主要内容包括：控制理论的研究对象与任务、物理系统数学模型建立、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能分析与校正、系统辩识、控制系统的计算机辅助分析.教材：杨叔子主编，《机械工程控制基础》，华中科技大学出版社，2004参考书目：（1）Katsuhiko Ogata.卢伯英等译，现代控制工程（第四版）.北京：电子工业出版社，2003（2）李友善主编：《自动控制原理》，国防工业出版社，2003教材结构：1）对研究对象（机械工程）问题建立数学模型chp.22) 在一定输入下分析系统的输出：时间响应（时域分析）chp.3频率响应（频率分析）chp.43）系统性能分析：稳定性判据chp.54）系统校正：使系统全面满足性能指标要求chp.6二、对象与任务控制论+工程技术→工程控制论控制论+机械工程→机械工程控制研究对象：研究广义系统在一定外界条件下，从系统初始条件出发的整个动态过程，以及在这个历程中和历程结束后所表现出来的动态特性和静态特性。
机械工程基础教案
机械工程基础教案第一章：机械工程概述教学目标：1. 了解机械工程的定义、发展历程和应用领域。
2. 掌握机械工程的基本要素和设计原则。
3. 理解机械工程的重要性和在现代社会中的作用。
教学内容：1. 机械工程的定义和发展历程。
2. 机械工程的应用领域和重要性。
3. 机械工程的基本要素和设计原则。
4. 机械工程在现代社会中的作用。
教学方法：1. 讲授法：介绍机械工程的定义、发展历程和应用领域。
2. 案例分析法：分析机械工程的设计原则和实例。
3. 小组讨论法：探讨机械工程在现代社会中的作用。
教学资源：1. 教材：机械工程基础。
2. 投影仪：用于展示案例和图片。
3. 讨论材料：提供相关的案例和实例。
教学评估：1. 课堂讨论：评估学生对机械工程的理解和观点。
2. 小组报告：评估学生对机械工程设计原则的应用。
3. 课后作业：评估学生对机械工程基础知识的掌握。
第二章：机械零件与材料教学目标：1. 了解机械零件的分类和功能。
2. 掌握机械零件的材料选择和应用。
3. 理解机械零件的加工方法和性能要求。
教学内容：1. 机械零件的分类和功能。
2. 机械零件的材料选择和应用。
3. 机械零件的加工方法和性能要求。
教学方法：1. 讲授法：介绍机械零件的分类和功能。
2. 实验室实践：观察和分析不同材料的机械零件。
3. 小组讨论法：探讨机械零件的加工方法和性能要求。
教学资源：1. 教材：机械工程基础。
2. 实验室设备：用于观察和分析机械零件。
3. 讨论材料：提供相关的案例和实例。
教学评估：1. 实验室报告：评估学生对机械零件材料的观察和分析能力。
2. 课堂讨论：评估学生对机械零件加工方法和性能要求的理解。
3. 课后作业：评估学生对机械零件与材料知识的掌握。
第三章：机械制图与CAD教学目标：1. 掌握机械制图的基本原理和方法。
2. 熟悉机械图纸的阅读和理解。
3. 学会使用计算机辅助设计（CAD）软件进行机械图纸的绘制。
教学内容：1. 机械制图的基本原理和方法。
《机械工程控制基础》教案
《机械工程控制基础》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输出量给定值偏差控制器执行机构被控对象-测量变送器给定环节：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。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解机械工程控制基础课程的背景和意义理解控制系统的定义和基本组成1.2 控制系统的基本概念掌握系统的数学模型和分类理解物理可实现系统的条件和稳定性第二章：线性系统理论2.1 线性系统的描述学习系统的微分方程和差分方程表示掌握系统的传递函数和状态空间表示2.2 线性系统的性质学习系统的可控性和可观测性理解系统的稳定性和收敛性第三章：反馈控制系统3.1 反馈控制原理学习反馈控制系统的组成和作用掌握反馈控制系统的类型和特点3.2 反馈控制系统的分析与设计学习系统的稳定性分析和判据掌握PID控制器和的状态反馈设计方法第四章：非线性控制系统4.1 非线性系统的描述学习非线性系统的数学模型和分类掌握非线性系统的相平面分析方法4.2 非线性控制系统的分析与设计学习非线性控制系统的稳定性分析和设计方法掌握非线性PID控制器和滑模控制设计方法第五章：机械工程应用实例5.1 机械臂的控制系统设计学习机械臂的数学模型和控制需求掌握机械臂的控制系统设计和实现5.2 路径跟踪控制系统设计学习路径跟踪的数学模型和控制目标掌握的路径跟踪控制系统设计和仿真第六章：控制系统的稳定性分析6.1 稳定性的基本概念理解系统稳定性的定义和重要性学习李雅普诺夫稳定性理论和劳斯-赫尔维茨准则6.2 线性系统的稳定性分析掌握线性时不变系统的稳定性分析方法应用劳斯-赫尔维茨准则判断系统稳定性第七章：控制系统的控制器设计7.1 控制器设计的基本概念理解控制器的作用和设计目标学习控制器设计的基本方法和步骤7.2 比例积分微分控制器设计掌握PID控制器的设计原理和方法应用Ziegler-Nichols方法进行PID参数的整定第八章：控制系统的仿真与实验8.1 控制系统仿真的基本概念理解控制系统仿真的意义和作用学习仿真软件的使用和仿真方法8.2 控制系统的实验与验证掌握实验设备的使用和实验步骤分析实验结果并与理论分析进行对比第九章：现代控制理论简介9.1 现代控制理论的基本概念了解现代控制理论的发展和应用领域学习线性系统的状态空间表示和特性9.2 现代控制方法的应用掌握现代控制方法如鲁棒控制和自适应控制的应用了解这些方法在实际机械工程中的应用案例第十章：机械工程控制系统的综合应用10.1 机械工程控制系统的案例分析分析机械工程中控制系统的实际应用案例理解控制系统在提高机械性能和效率中的作用10.2 控制系统在机械工程中的挑战和发展趋势探讨控制系统在机械工程中面临的挑战和问题了解控制系统在机械工程中的未来发展趋势重点和难点解析：一、控制系统的基本概念：重点关注系统数学模型和分类的讲解，以及物理可实现系统的条件和稳定性。
机械工程控制基础教学大纲
机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第五章系统的稳定性-机械工程控制基础-教案
Chp.5系统稳定性基本要求1．了解系统稳定性的定义、系统稳定的条件；2．掌握Routh判据的必要条件和充要条件，学会应用Routh判据判定系统是否稳定，对于不稳定系统，能够指出系统包含不稳定的特征根的个数；3．掌握Nyquist 判据；4．理解Nyquist 图和Bode 图之间的关系；5．掌握Bode 判据；6．理解系统相对稳定性的概念，会求相位裕度和幅值裕度，并能够在Nyquist 图和Bode 图上加以表示。
重点与难点本章重点1．Routh 判据、Nyquist 判据和Bode 判据的应用；2．系统相对稳定性；相位裕度和幅值裕度求法及其在Nyquist图和Bode 图的表示法。
本章难点Nyquist 判据及其应用。
§1 概念示例：振摆1、稳定性定义：若系统在初始条件影响下，其过渡过程随时间的推移逐渐衰减并趋于0，则系统稳定；反之，系统过渡过程随时间的推移而发散，则系统不稳定。
（图5.1.2）讨论：①线性系统稳定性只取决于系统内部结构和参数，是一种自身恢复能力。
与输入量种类、性质无关。
②系统不稳定必伴有反馈作用。
（图5.1.3）若x0(t)收敛，系统稳定；若x0(t)发散，则系统不稳定。
将X0(s)反馈到输入端，若反馈削弱E(s) →稳定若反馈加强E(s) →不稳定③稳定性是自由振荡下的定义。
即x i(t)=0时，仅存在x i(0-)或x i(0+)在x i(t)作用下的强迫运动而系统是否稳定不属于讨论范围。
2、系统稳定的条件：对[a n p n+a n-1p n-1+…a1p+a0]x0(t)=[b m p m+b m-1p m-1+…b1p+b0]x i(t)令B(s)= a n p n+a n-1p n-1+…a1p+a0 A(s)= b m p m+b m-1p m-1+…b1p+b0初始条件：B0(s) A0(s)则B(s)X0(s)- B0(s)= A(s)X i(s)- B0(s)X i(s)=0,由初始条件引起的输出：L-1变换根据稳定性定义，若系统稳定须满足，即z i为负值。
第三章系统的时间响应分析机械工程控制基础教案
第三章系统的时间响应分析机械⼯程控制基础教案Chp.3时间响应分析基本要求(1) 了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统⾃由响应项的影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。
(2 ) 了解控制系统时间响应分析中的常⽤的典型输⼊信号及其特点。
(3) 掌握⼀阶系统的定义和基本参数，能够求解⼀阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；掌握⼀阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。
掌握线性系统中，存在微分关系的输⼊，其输出也存在微分关系的基本结论。
(4) 掌握⼆阶系统的定义和基本参数；掌握⼆阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼⽐之间的对应关系；掌握⼆阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。
(5) 了解主导极点的定义及作⽤；(6) 掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求法；能够分析系统的输⼊、系统的结构和参数以及⼲扰对系统偏差的影响。
(7) 了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。
重点与难点重点(1) 系统稳定性与特征根实部的关系。
(2) ⼀阶系统的定义和基本参数，⼀阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应曲线的基本形状及意义。
(3) ⼆阶系统的定义和基本参数；⼆阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼⽐之间的对应关系；⼆阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。
(4) 系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，误差及稳态误差的求法；系统的输⼊、系统的结构和参数以及⼲扰对系统偏差的影响。
难点(1) ⼆阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼⽐之间的对应关系；⼆阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。
(2) 系统的输⼊、系统的结构和参数以及⼲扰对系统偏差的影响。
建⽴数学模型后进⼀步分析、计算和研究控制系统所具有的各种性能。
机械工程控制基础教案 第五版
机械工程控制基础
外反馈控制系统举例
第一章绪论
附加的反馈控制装置
机械工程控制基础 2.广义系统 广义系统—— 广义系统
比如： 比如： 、 、 、
第一章绪论 。
机械工程中的广义系统： 机械工程中的广义系统： 以实现一定的机械运动、承受一定的机械载荷为目的， 以实现一定的机械运动、承受一定的机械载荷为目的， 由机械元件组成的系统，称为机械系统 机械系统。 由机械元件组成的系统，称为机械系统。 如：
机械工程控制基础
第一章绪论
机械工程控制基础
第一章绪论
（a） ）
（b） ）
同一系统，不同的输入 同一系统，不同的输入 系统
机械工程控制基础
（a）解： ）
第一章绪论
& f (t ) − ky (t ) − cy (t ) = m&&(t ) y
（a） ）
& 整理得： y 整理得： m&&(t ) + cy (t ) + ky (t ) = f (t )
全闭环反馈
机械工程控制基础
正反馈： 正反馈 加大偏差 加大偏差 如：自激振荡器、机器疲劳破坏 自激振荡器、
第一章绪论
检测偏差， 纠正偏差。 检测偏差，并纠正偏差。 偏差 如： 机床伺服系统
机械工程控制基础 负反馈举例
机床伺服控制系统
第一章绪论
负反馈控制原理图
负反馈控制方框图
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制概述1.1 课程介绍了解机械工程控制的基本概念、原理和应用掌握机械工程控制的基本环节和数学模型1.2 机械工程控制的基本概念控制、反馈和控制系统的定义开环控制和闭环控制的区别1.3 机械工程控制的基本环节传递函数、频率响应和状态空间表示系统的稳定性、线性、时不变性等特性1.4 机械工程控制的应用实例机械臂的控制、控制系统发动机控制、车辆控制等第二章：控制系统的数学模型2.1 数学模型的建立微分方程、差分方程和传递函数系统的输入、输出和状态变量2.2 线性系统的时域分析稳态误差、稳态响应和瞬态响应系统的稳定性和动态性能指标2.3 线性系统的频域分析频率响应、波特图和稳定性裕度系统的频率特性和平衡点2.4 非线性系统的分析非线性微分方程和差分方程非线性系统的相平面和李雅普诺夫理论第三章：控制系统的分析和设计方法3.1 系统的时域分析法根轨迹、频率响应和状态空间法系统的稳定性和动态性能分析3.2 系统的频域分析法波特图、频率特性和稳定性裕度系统的频域设计和优化3.3 系统的优化方法目标函数和约束条件最大误差最小化和动态性能最优化3.4 控制器的设计算法PID控制器、模糊控制器和自适应控制器数字控制器和模拟控制器的比较和选择第四章：机械工程控制的应用案例4.1 控制系统的运动学模型和动力学模型的路径跟踪和姿态控制4.2 车辆控制系统车辆的动力学模型和控制目标车辆的稳定性控制和燃油经济性控制4.3 发动机控制系统发动机的工作原理和控制需求发动机的排放控制和燃油控制4.4 生产线控制系统生产线的流程和控制目标生产线的调度和优化控制第五章：机械工程控制实验与实践5.1 控制系统实验设备控制实验台和实验设备的选择实验设备的连接和操作方法5.2 控制系统实验原理实验目的和实验步骤实验数据的采集和处理方法5.3 PID控制器的设计与实现PID控制器的参数整定方法PID控制器的仿真和实验验证5.4 控制系统的设计与实现控制系统的需求分析和系统设计控制系统的仿真和实验验证第六章：线性系统的状态空间分析6.1 状态空间表示法系统的状态空间描述和数学模型状态变量和控制变量的定义6.2 状态空间方程的求解系统的零输入和零状态响应系统的状态转移矩阵和时间响应6.3 状态空间分析的应用系统的稳定性分析系统的能观性和能控性分析6.4 状态空间控制器设计状态反馈控制器和观测器设计输出反馈控制器和最优控制第七章：非线性控制理论基础7.1 非线性系统概述非线性系统的特点和挑战非线性控制理论的作用和意义7.2 非线性系统的描述方法非线性微分方程和差分方程相平面图和李雅普诺夫方法7.3 非线性控制设计方法反馈线性化和滑模控制自适应控制和鲁棒控制7.4 非线性控制系统应用案例倒立摆控制和四旋翼控制手臂和非线性路径跟踪第八章：机械系统的动力学建模8.1 机械系统动力学的基本概念牛顿力学和拉格朗日方程刚体动力学和多体系统动力学8.2 机械系统的建模方法建立动力学模型的步骤和注意事项系统参数的测量和估计8.3 机械系统的稳态分析系统的平衡状态和受力分析系统的运动轨迹和速度分析8.4 机械系统的动态响应分析系统的自由响应和强迫响应系统的时域和频域分析第九章：控制系统的设计工具与软件9.1 控制系统设计工具概述模拟电子电路和数字电子电路设计工具控制系统设计和仿真软件的选择9.2 MATLAB控制系统工具箱MATLAB控制系统的功能和特点控制系统的建模、仿真和分析9.3 控制系统设计软件的应用控制系统的参数调整和优化控制系统的实时监控和调试9.4 控制系统设计案例分析典型控制系统的分析和设计控制系统设计过程中的注意事项第十章：机械工程控制实验与实践10.1 控制系统实验流程与要求实验目的和实验内容的确定10.2 控制系统实验案例分析实验数据的处理和分析方法实验结果的评估和总结10.3 控制系统设计实践控制系统设计方案的制定和实施控制系统设计的改进和优化10.4 控制系统实验与实践的总结实验与实践过程中遇到的问题和解决方法控制系统实验与实践的经验教训第十一章：现代控制理论简介11.1 现代控制理论概述现代控制理论的概念和发展历程线性时变系统和非线性系统的控制方法11.2 李雅普诺夫理论李雅普诺夫第一和第二定理稳定性分析和李雅普诺夫函数的选取11.3 哈密顿原理和最优控制哈密顿原理和拉格朗日方程最优控制问题的提法和求解方法11.4 状态反馈和观测器设计状态反馈的定义和作用观测器的类型和设计方法第十二章：控制12.1 控制概述的运动学和动力学控制的目标和挑战12.2 路径跟踪控制路径跟踪的数学模型PID控制器和模糊控制器的应用12.3 姿态控制姿态控制的概念和重要性姿态控制算法和实现方法12.4 视觉伺服控制视觉伺服系统的原理和结构视觉伺服控制算法的实现和优化第十三章：自适应控制13.1 自适应控制概述自适应控制的概念和特点自适应控制的应用领域13.2 自适应控制算法自适应控制器的设计方法自适应控制算法的仿真和实验13.3 自适应控制的应用工业过程控制和控制汽车控制和飞行器控制13.4 自适应控制的挑战和发展趋势自适应控制面临的挑战自适应控制的未来发展趋势第十四章：鲁棒控制14.1 鲁棒控制概述鲁棒控制的概念和重要性鲁棒控制的数学基础14.2 鲁棒控制算法鲁棒控制算法的设计方法鲁棒控制算法的仿真和实验14.3 鲁棒控制的应用工业控制系统和控制汽车控制和飞行器控制14.4 鲁棒控制的挑战和发展趋势鲁棒控制面临的挑战鲁棒控制的未来发展趋势第十五章：控制系统教学案例分析15.1 控制系统教学案例的选择选择具有代表性的教学案例教学案例的难度和复杂性15.2 控制系统教学案例的分析和讨论分析案例中的控制问题和解决方案讨论控制系统的设计和实现方法15.3 控制系统教学案例的实践和实验实践和实验的安排和指导实践和实验的结果和总结15.4 控制系统教学案例的反馈和改进学生对教学案例的反馈和评价教学案例的改进和优化方法重点和难点解析本文主要介绍了机械工程控制基础教案，内容包括机械工程控制的基本概念、原理和应用，控制系统的数学模型，分析和设计方法，以及机械工程控制的应用案例和实验实践等。
《机械控制工程基础》课程教学大纲
《机械控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号:MACH4008012．课程体系/类别：专业类/专业核心课3．学时/学分：56学时/3学分4．先修课程:高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计5．适用专业:机械大类专业(包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）二、课程目标及学生应达到的能力《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。
旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。
本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式,使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能;具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术,支撑毕业要求中的相应指标点。
课程目标及能力要求具体如下：课程目标1。
掌握机械控制系统的基本概念和组成原理,具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。
（毕业要求中的第1)课程目标2。
培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真,能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。
（毕业要求中的第2、4）课程目标3.初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势.培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究的能力.(毕业要求中的第4）三、课程教学内容与学时分配）四、课程教学方法(一)课堂讲授（40学时）1．采用启发式教学，通过结合具体如机器人控制系统、机床运动控制系统、液压伺服控制系统等实例教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：绪论1.1 课程介绍1.2 控制理论的基本概念1.3 控制系统的基本类型1.4 控制系统的性能指标第二章：线性系统的时域分析法2.1 系统的数学模型2.2 系统的时域响应2.3 系统的稳定性分析2.4 系统的稳态误差分析2.5 系统的动态性能分析第三章：线性系统的频域分析法3.1 频率响应的基本概念3.2 频率响应的性质3.3 系统的频率响应分析3.4 系统的稳定性分析3.5 系统的稳态误差分析第四章：线性系统的校正方法4.1 系统的校正概述4.2 串联校正设计方法4.3 并联校正设计方法4.4 反馈校正设计方法4.5 系统的动态性能改善第五章：非线性控制系统分析5.1 非线性控制系统的基本概念5.2 非线性系统的数学模型5.3 非线性系统的稳定性分析5.4 非线性系统的稳态误差分析5.5 非线性系统的动态性能分析第六章：机电控制系统的设计与实现6.1 机电控制系统的基本组成6.2 控制系统的设计步骤6.3 控制器的设计方法6.4 控制系统的仿真与实验6.5 控制系统的设计案例分析第七章：PLC控制系统设计7.1 PLC控制系统的基本原理7.2 PLC的硬件组成与功能7.3 PLC控制程序的设计方法7.4 PLC控制系统的设计实例7.5 PLC控制系统的调试与维护第八章：控制系统8.1 控制系统的基本概念8.2 的运动学与动力学8.3 控制系统的组成与原理8.4 控制算法与应用8.5 控制系统的案例分析第九章：现代控制理论简介9.1 现代控制理论的发展概况9.2 状态空间分析法9.3 系统的能控性与能观性9.4 系统镇定与最优控制9.5 现代控制理论在工程中的应用第十章：控制系统在机械工程中的应用10.1 控制系统在机械工程中的重要性10.2 控制系统在自动化设备中的应用10.3 控制系统在中的应用10.4 控制系统在数控机床中的应用10.5 控制系统在其他机械工程领域的应用重点和难点解析一、系统的数学模型难点解析：对复杂机械系统的动态方程建立及求解，状态变量的选取原则，以及如何将实际系统抽象为数学模型。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：绪论教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和意义。
2. 掌握机械工程控制的基本要求和分类。
3. 理解机械工程控制系统的组成和功能。
教学内容：1. 机械工程控制的概念和意义。
2. 机械工程控制的基本要求和分类。
3. 机械工程控制系统的组成和功能。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制的基本概念和意义，阐述机械工程控制的基本要求和分类。
2. 案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解机械工程控制系统的组成和功能。
教学准备：1. 教案、PPT课件。
2. 相关案例资料。
教学过程：1. 引入新课：简要介绍机械工程控制的基本概念和意义。
2. 讲解机械工程控制的基本要求和分类。
3. 分析机械工程控制系统的组成和功能。
4. 案例分析：选取典型案例，让学生更好地理解机械工程控制系统的组成和功能。
5. 课堂小结：总结本节课的重点内容。
6. 布置作业：布置相关作业，巩固所学知识。
教学反思：第二章：机械工程控制系统的数学模型教学目标：1. 掌握机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 理解拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
3. 掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学内容：1. 机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
3. 机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的数学模型建立方法，阐述拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
2. 练习法：让学生通过练习，掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学准备：1. 教案、PPT课件。
2. 相关练习资料。
教学过程：1. 引入新课：简要介绍机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 讲解机械工程控制系统的数学模型建立方法。
3. 讲解拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
4. 练习：让学生通过练习，掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案一、教学目标1. 了解机械工程控制的基本概念、原理和应用。
2. 掌握线性系统的描述方法、特性分析和控制器设计。
3. 熟悉常用的机械工程控制技术和算法。
4. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
二、教学内容1. 机械工程控制概述控制系统的定义、分类和特点控制系统的基本组成和符号表示2. 线性系统的数学描述微分方程和差分方程拉普拉斯变换和Z变换传递函数和状态空间表示3. 线性系统的特性分析稳定性、线性、时不变性系统的时域、频域分析系统的稳态误差和暂态响应4. 线性系统的控制器设计比例-积分-微分(PID)控制状态反馈控制和观测器设计鲁棒控制和最优控制5. 机械工程控制应用案例控制器设计数控机床控制系统电机控制系统三、教学方法1. 讲授：讲解基本概念、原理和算法。
2. 案例分析：分析实际机械工程控制应用案例。
3. 实验操作：进行控制系统仿真和实际控制器调试。
4. 小组讨论：分组讨论问题和解决方案。
四、教学资源1. 教材：机械工程控制基础教材。
2. 软件：MATLAB/Simulink控制系统仿真软件。
3. 实验设备：控制系统实验平台。
五、教学评估1. 平时成绩：课堂表现、作业和实验报告。
2. 考试成绩：期末考试和实验考核。
六、线性系统的稳定性分析1. 稳定性的定义和判定准则系统稳定的数学定义奈奎斯特准则和波特图系统的相位裕度和增益裕度2. 稳定性分析方法根轨迹法频率响应法脉冲响应法3. 不稳定系统的改进增加反馈环节调整系统参数使用稳定控制器七、线性系统的控制策略1. 比例-积分-微分(PID)控制PID控制器的设计原理PID参数的整定方法PID控制器的应用案例2. 状态反馈控制状态空间表示状态观测器的设计状态反馈控制的应用3. 鲁棒控制鲁棒控制的定义和目标鲁棒控制算法的设计鲁棒控制在机械工程中的应用八、机械工程控制实例分析1. 控制系统的运动学模型的动力学模型控制系统的实现2. 数控机床控制系统数控机床的控制原理数控机床的控制算法数控机床控制系统的优化3. 电机控制系统电机的动态模型电机的控制策略电机控制系统的性能评估九、控制系统的设计与仿真1. 控制系统设计流程明确控制目标选择合适的控制策略设计控制器和观测器系统仿真和实验验证2. MATLAB/Simulink仿真MATLAB/Simulink的基本操作控制系统仿真的原理仿真结果的分析和评估3. 实验操作控制系统实验平台的使用控制器参数的调整和优化实验数据的采集和处理十、总结与展望1. 机械工程控制的重要性控制在机械工程中的应用领域控制技术的发展趋势2. 课程学习收获基本概念和原理的理解控制策略和算法的学习动手实践和问题解决能力的培养3. 未来研究方向智能控制和机器学习自主系统和群控技术绿色控制和可持续发展重点和难点解析一、线性系统的数学描述二、线性系统的特性分析三、线性系统的控制器设计四、机械工程控制应用案例五、线性系统的稳定性分析六、线性系统的控制策略七、机械工程控制实例分析八、控制系统的设计与仿真九、总结与展望全文总结和概括：本教案围绕机械工程控制的基础知识和应用展开，重点解析了线性系统的数学描述、特性分析、控制器设计，以及机械工程控制的应用案例。
机械工程基础授课方案模板
机械工程基础授课方案模板一、课程名称：机械工程基础二、课程性质：必修课三、课程目标：1. 培养学生对机械工程领域的基本理论和知识的掌握；2. 帮助学生掌握机械制图技能；3. 培养学生分析和解决机械工程问题的能力；4. 帮助学生了解机械加工工艺和设备的基本原理；5. 培养学生对机械工程领域的历史和发展趋势的了解。
四、课程内容：1. 机械工程基础概论- 介绍机械工程领域的基本概念和发展历史；- 分析机械工程在现代社会中的作用和意义。
2. 机械工程材料与制造- 介绍常见的机械工程材料和其性能特点；- 探讨各种材料在机械制造中的应用。
3. 机械制图基础- 学习机械制图的基本原理；- 掌握机械零件的标注和尺寸的控制。
4. 机械设计基础- 学习机械设计的基本原理和方法；- 探讨常见机械零件的设计及其应用。
5. 机械原理与机械传动- 探讨机械原理的基本概念和运动规律；- 学习机械传动的基本原理和应用。
6. 机械加工工艺与设备- 介绍常见的机械加工工艺和设备；- 探讨不同工艺和设备的适用范围和特点。
五、教学方法和手段：1. 理论教学与实践教学相结合，通过理论课程和实验课程的教学相互配合，使学生掌握基础理论知识的同时，能够动手实践，加深对知识点的理解和掌握。
2. 采用案例分析教学法，结合实际案例，引导学生分析和解决问题，培养学生的分析和解决问题的能力。
3. 利用多媒体教学手段，使用图表、实例等形式，生动直观地呈现知识点，提高学生学习的效果。
六、教学时长：36学时七、考核方式：1. 平时成绩：包括课堂表现、实验成绩等；2. 期中考试：占总成绩的40%；3. 期末考试：占总成绩的60%。
八、教材：1. 主教材：《机械制图基础》；2. 参考书：《机械工程基础》，《机械设计基础》。
九、实验教学：1. 实验项目：机械加工实验、机械制图实验等；2. 实验教学目标：通过实验教学，使学生能够熟练掌握机械制图和机械加工的基本技能，增强学生的实践能力。
JA_70358《机械工程控制基础 第2版》_李连进(教案大纲)段晓雅[5页]
![JA_70358《机械工程控制基础 第2版》_李连进(教案大纲)段晓雅[5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/87a962af85868762caaedd3383c4bb4cf7ecb7a9.png)
**大学《机械工程控制基础》课程教学大纲一、教学内容第一章绪论1.1机械工程的发展与控制理论的应用1.2机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理1.3机械自动控制系统的分类1.4 对自动控制系统的基本要求教学难点：掌握反馈的概念与作用。
教学重点：掌握机械控制系统组成和原理，了解机械控制基础的研究对象和基本任务。
第二章自动控制系统的数学模型和传递函数2.1 系统数学模型的建立2.2非线性数学模型的线性化2.3拉普拉斯变换2.4传递函数2.5 系统方框图和信号流图2.6工程实例中的数学模型与传递函数教学难点：系统微分方程的建立。
教学重点：系统微分方程的建立，系统传递函数的推导及方框图的简化。
第三章系统的时域分析法3.1 时域响应概述3.2 典型的输入信号3.3 控制系统的时域性能指标3.4 一阶系统的时间响应3.5 二阶系统的时间响应3.6 欠阻尼二阶系统的时域性能指标3.7 高阶系统的时域响应教学难点：二阶系统的计算。
教学重点：二阶系统响应的五个性能指标的定义及计算，系统误差的分析与计算。
第四章控制系统的频域分析法4.1 频率特性的概述4.2 典型环节频率特性的极坐标图4.3 系统奈奎斯特图的画法4.4 典型环节频率特性的对数坐标图4.5 频率特性的性能指标4.6 最小相位系统和非最小相位系统4.7 闭环频率特性及频域性能指标教学难点：绘制系统Bode图。
教学重点：频率特性的定义及求法，频率特性与系统稳态输出的关系，系统频率特性的极坐标图、对数极坐标图的作图方法。
第五章线性控制系统的稳定性5.1系统稳定性的基本概念及稳定条件5.2代数稳定性判据5.3几何稳定性判据5.4系统的相对稳定性5.5工程实例中的稳定性分析教学难点：Nyquist稳定性判据、Bode稳定性判据。
教学重点：几种稳定性判据，相对稳定性指标的计算及意义， Nquist稳定性判据的应用。
第六章控制系统的误差分析和计算6.1 系统稳态误差的基本概念6.2 系统稳态误差的计算6.3 减小稳态误差的途径6.4 动态误差系数6.5 工程实例中的误差分析教学难点：动态误差系数分析与计算。
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时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
频率特性引入的目的及重要性
10
频率响应与频率特性
25
频率特性与传递函数的关系
25
频率特性的求法
15
实例分析
15
教学过
程设计
首先介绍频率特性分析在控制论中的目的和意义，然后进一步讲解频率响应和频率特性，频率特性与传递函数之间的关系及其求解方法，最后通过实例分析加深学生对其理解。
15
闭环控制特点分析及实例讲解
20
反馈控制系统分类
10
控制系统性能指标
25
机械制造发展及控制系统应用
15
教学过
程设计
以机械自动控制基本概念为基础，分析其分类及组成结构，结合实际生活中的例子，加以分析，使学生充分理解，并且学生自己能举例分析生活中的控制问题。
思考题或预习题或作业题
1.14、1.15
参考资料
教学过
程设计
首先对系统存在的误差以及偏差进行概念讲解，然后分别对各种状态下存在的误差及偏差计算加以分析，之后通过实例分析加深学生的理解。
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
本次课
重点与难点
教学
重点
传递函数方框图等效变换规则
教学
难点
扰动输入作用下，系统传递函数的列写方法
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
传递函数方框图的建立
15
传递函数方框图的等效变换
25
传递函数方框图的简化
25
存在干扰的反馈控制系统传递函数
15
传递函数相似原理
10
教学过
程设计
以系统的动力学方程建立为基础，讲解推导其传递函数方框图的建立方法和步骤，然后对方框图特性进行分析，重点讲解其等效变换与简化方法，最后对于存在干扰的反馈系统分析其传递函数建立应注意的情况。
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
本次课
重点与难点
教学
重点
典型函数的拉氏变换，拉氏变换的性质及方法
教学
难点
拉氏变换性质在数学模型变换中的应用
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
复数、复平面、复变函数
10
Laplace变换及逆变换的概念
10
典型函数的拉氏变换
25
拉氏变换的性质
20
求解拉氏反变换的方法
15
拉氏变换求解线性微分方程
20
实例分析
20
教学过
程设计
从Nyquist图的概念及学习目的触出发，讲解典型环节的Nyquist图特性及绘制方法，最后通过实例分析加深学生的理解。
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
课后小结
要重点掌握各指标的计算公式
第10次课程教案
授课章节
3.6系统误差分析与计算
本次课学时数
2
本次课教学目的与要求
系统误差与偏差的基本概念及数学表达，求解方法。
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
课后小结
重点掌握时间响应在阻尼比取值不同的时候有不同的情况。
第9次课程教案
授课章节
二阶系统的性能指标、高阶系统
本次课学时数
2
本次课教学目的与要求
二阶系统的性能指标、高阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析
本次课
重点与难点
教学
重点
二阶系统的性能指标
教学
难点
高阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
二阶系统响应的性能指标
40
二阶系统计算实例
30
高阶系统及其讨论
20
教学过
程设计
二阶系统响应的性能指标及系统参数的求解方法、高阶系统分类与阻尼比的关系——高阶系统单位脉冲响应——高阶系统单位阶跃响应及其与特征参数之间的关系——高阶系统响应的性能指标及系统参数的求解方法
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
引言
20
研究对象——系统
15
研究任务——动力学问题
10
系统问题分类
20
实例分析
25
教学过
程设计
以控制理论为基础，引入机械自动控制的概念，进行控制基础知识和实质内涵，以及组成结构，结合实际生活中的例子，加以分析，使学生充分理解，并且学生自己能举例说明生活中的控制问题。
本次课
重点与难点
教学
重点
系统误差与偏差的基本概念及数学表达
教学
难点
误差与偏差的求解方法
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
系统的误差e(t)与偏差ε(t)
15
误差e(t)的一般计算
20
系统的稳态误差与稳态偏差
15
与输入有关的稳态偏差
15
与干扰有关的稳态偏差
15
实例分析
10
10
教学过
程设计
1.复习复数、辐角、模的概念
2.用定义求拉氏变换
3.拉氏变换的公式
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
课后小结
1.要记住典型环节的拉氏变换结果
2.要掌握基础的拉氏变换的性质
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
课后小结
掌握控制系统的分类及组成，以及各种控制系统的优缺点。
第4次课程教案
授课章节
2.1 系统的微分方程
本次课学时数
2
本次课教学目的与要求
了解系统数学模型的表现形式；了解微分方程的列写方法；了解微分方程的增量化表示方法；了解非线性微分方程做小偏差线性化的处理方法。
10
教学过
程设计
以控制系统为基础，将对其从定性的认识上升到定量的精确认识，定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、参数与动态性能之间的关系——引入数学模型的分析，微分方程的列写，阐明原理，并对典型原件组成的控制系统具体分析，最后实例分析加以强固学生的理解，使学生完全掌握数学建模及列写微分方程的能力。
教学
难点
一阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
时间响应及其组成
20
典型输入信号
30
一阶系统的单位脉冲响应
20
一阶系统的单位阶跃响应
20
教学过
程设计
首先讲解系统的时间响应及其一般组成：自由相应+强迫相应，零输入响应+零状态相应；然后针对典型试验输入信号，讲解其模型、变换及图像以及典型输入信号的选择原则；最后分析一阶系统的单位脉冲响应特性和单位阶跃响应特性。
思考题或预习题或作业题
参考资料
1.胡寿松等编《自动控制原理》，国防工业出版社
2.李友善主编《自动控制原理》，国防工业出版社
3.阳含和编著《机械控制工程》，机械工业出版社
课后小结
掌握通过建立数学模型来求解传递函数的方法。
第3次课程教案
授课章节
Laplace变换
本次课学时数
2
本次课教学目的与要求
为方便学生对控制系统的分析与建模，在此对学生进行Laplace变换知识的补充讲解，掌握典型函数的拉氏变换，微分性质等。
第1次课程教案
授课章节
第一章 绪论（1）
本次课学时数
2
本次课教学目的与要求
了解机械工程控制的基本概念，研究对象和任务，明确学习该课程的目的和意义
本次课
重点与难点
教学
重点
理解“系统”、“反馈”、“反馈控制”的概念
教学
难点
理解机械系统，能够进行分析建立数学模型，掌握控制系统的分类及要求
教学方法
与手段
PPT，板书
本次课
重点与难点
教学
重点
系统数学模型的表现形式及微分方程的列写方法
教学
难点
控制系统的数学模型分析及微分方程列写方法
教学方法
与手段
PPT，板书
教学内容
时间分配
教学内容
课时分配（分钟）
系统的数学模型
20
系统的微分方程
25