《控制工程基础》教学大纲

《控制工程基础》教学大纲
课程名称：控制工程基础
适用班级： 2016级机电一体化（专科函授1 业余2）、机械制造与自动化（专科函授2 业余3）汽车运用技术（业余3）
辅导教材：《控制工程基础》（第3版）孔祥东等编著机械工业出版社
一、本课程的地位、任务和作用
《控制工程基础》作为机械工程类专业尤其是机械设计制造及其自动化专业的一门重要理论基础之一，既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的方法论，在培养学生综合设计能力、工程实践能力和启迪与发展学生思维与智力方面均占有重要地位，为培养机械工程人才，特别是机电（液）一体化人才方面，发挥着重要作用。

本课程的任务是通过课堂教学，使学生获得机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法，培养学生紧密结合机械工程实际，特别是机械制造工程实际，使自动控制的理论知识与实践知识相统一，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。

二、本课程的相关课程
先修课程：《电工技术》、《高等数学》、《机械原理》、《机械设计》等。

三、本课程的基本内容及要求
第一章绪论
1、了解自动控制理论研究的对象、作用；
2、掌握自动控制系统结构、工作原理及系统结构方框图；
3、掌握输入量、输出量、反馈、偏差等基本概念；
4、了解控制系统的组成、分类及基本要求。

重点是自动控制系统工作原理、系统结构方框图及输入量、输出量、反馈、偏差等基本概念。

第二章控制系统的数学模型
1、掌握机械、电气系统微分方程的建立方法；
2、了解非线性方程的线性化；
3、熟悉拉普拉斯变换及反变换、线性定常微分方程的解法；
4、熟悉传递函数；
5、掌握系统传递函数方框图的化简。

重点是微分方程、传递函数、拉普拉斯变换及反变换、解微分方程、化简传
递函数方框图；难点是建立微分方程及化简传递函数方框图。

第三章控制系统的时间响应分析
1、掌握一阶系统的时间响应；
2、掌握二阶系统的时间响应与性能指标；
3、了解高阶系统零、极点对时间响应的影响；
4、掌握控制系统稳定性分析与劳斯判据；
5、掌握控制系统稳态误差分析、计算。

重点是时间响应、稳定性、稳态误差的分析、计算；难点是稳态误差的分析、计算。

第四章控制系统频率特性分析
1、掌握频率特性的定义，幅频、相频、实频、虚频的计算；
2、熟悉Bode图，了解Nyquist图；
3、掌握频率特性用于系统稳定性判别及稳定裕度；
4、了解最小相位系统与闭环频率特性。

重点是频率特性的含义、Bode图、利用系统开环Bode图判别闭环稳定性及稳定裕度；难点是Bode图的画法。

第五章控制系统的综合与校正
了解PID校正、串联校正，反馈校正，复合校正。

四、习题数量及要求
以思考题为主，针对课程内容适时进行讨论。

五、教学方式与考核方式
教学方式：面授辅导、平时作业
考核方式：考勤、作业和考试
六、几点说明
推荐教材和主要参考书：
推荐教材：
1．王益群，孔祥东.控制工程基础.北京：机械工业出版社，2011
主要参考书：
1．鄢景华.自动控制原理.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000
2．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，2001 3．杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础习题集.武汉：华中科技大学出版社，2001
《控制工程基础》复习范围
1.（1）什么是反馈控制原理？
（2）闭环控制系统的基本组成几个部分的职能。

、
（3）什么是开环系统？什么是闭环系统？试比较二者的优缺点？
（4）评价控制系统的三本基本性能要求是什么？这些要求之间是否存在着相互影响？
2.（1）什么是数学模型？动力学系统的数学模型主要包括哪些种类？获取系
统数学模型有哪些方法？
（2）建立数学模型的主要步骤有哪些？、
（3）什么是传递函数？
（4）什么是相似系统？
（5）系统阶次的概念？
（6）基本环节的时域和复域的数学表达式是什么？
（7）简化框图的方法是什么？
3.（1）时间响应、瞬态响应和稳态响应的基本概念？
（2）时间响应的瞬态响应反映系统哪些方面的性能？稳态响应反映哪些方面的性能？
（3）稳定性的定义是什么？线性定常系统稳定的充分必要条件是什么？劳斯-赫尔维茨判据是如何应用？
（4）误差及稳态误差是如何定义的？怎么计算给定稳态误差？
（5）定义系统类型及静态误差系数有什么好处？
4.（1）频率特性的物理意义，频率特性与频率响应有何区别？
（2）频率特性有哪些描述形式？如何定义？绘制Bode图的基本步骤是什么？bode图描述频率特性具有什么优势？
（3）最小相位系统与非最小相位系统的区别？
（4）判断系统稳定性的几何判据是什么？
5.（1）控制系统综合与校正的实质是什么？在系统校正中，常用的性能指标
有哪些？
（2）PID调节器传递函数的一般形式是什么？PID调节器各部分的作用？。