《控制工程基礎(chǔ)》課程簡介和教學(xué)大綱

PAGEPAGE6《控制工程基礎(chǔ)》課程簡介課程編號：05014003課程名稱：控制工程基礎(chǔ)/FundamentalsofControlEngineering學(xué)分：2.5學(xué)時：40學(xué)時（課內(nèi)實驗(踐)：4學(xué)時上機：0學(xué)時課外實踐：0學(xué)時）適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化、車輛工程和機械工程等本科專業(yè)建議修讀學(xué)期：5開課單位：機械工程學(xué)院機械自動化系先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，流體力學(xué)，電工學(xué)考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)：閉卷考試；總評成績=平時成績30%+考試成績70%。根據(jù)學(xué)校有關(guān)文件精神，該課程若申請實行課程考核模式改革，則按照教務(wù)處認(rèn)可的課程形成性評價方案執(zhí)行。教材與主要參考書目：1.王積偉，吳振順主編：控制工程基礎(chǔ).高等教育出版社，2010.52.王益群等.機械控制工程基礎(chǔ).武漢理工大學(xué)出版社，2001年第一版3.楊叔子等.機械工程控制基礎(chǔ).華中理工大學(xué)出版社，1998年第三版4.王馨等.機械工程控制基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社，1992年內(nèi)容概述：本課程是機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。學(xué)生應(yīng)掌握經(jīng)典控制論的基本內(nèi)容，建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法，傳遞函數(shù)、時間響應(yīng)、頻率特性分析方法，了解系統(tǒng)分析、綜合與校正。為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程、考研和進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制論打下基礎(chǔ)。要求學(xué)生注意觀察學(xué)習(xí)生活及社會活動中的各類控制過程，培養(yǎng)自己的觀察能力、發(fā)現(xiàn)和提出問題能力。本課程理論性較強，應(yīng)驗證、推導(dǎo)書中公式，注意培養(yǎng)自己理性思維能力。學(xué)習(xí)如何對復(fù)雜的工程實際問題進(jìn)行簡化、得到控制模型、進(jìn)而利用相關(guān)物理定律建立數(shù)學(xué)模型、必要時再對數(shù)學(xué)模型做進(jìn)一步簡化的建模方法。學(xué)習(xí)中應(yīng)復(fù)習(xí)相關(guān)先修內(nèi)容，養(yǎng)成“查書”的習(xí)慣，明白“學(xué)習(xí)是一個反復(fù)的過程”，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。Thiscurriculumisoneoftheprofessionalbasiccoursesofthemechanicalengineering.Studentsshouldmasterthebasiccontentsoftheclassicalcontroltheory,whichincludesestablishingmathematicalmodelsofthecontrolsystem,transferfunction,timeresponse,analysismethodsoffrequencycharacteristicsandbasicallygraspingsystematicanalysis,comprehensivenessandcorrection.Hence,thiscoursewillprovideafootholdforthefollow-upstudyofprofessionalcourses,takingpartintheentranceexamsforpostgraduateschoolsandthefurtherstudyofthemoderncontroltheory.Moreover,studentsarerequiredtoobserveandlearnfromlifeandstudyallkindsofcontrolprocessesinthesocialactivities,andtocultivatetheirabilityofobservation,discoveryandtheabilityofputtingforwardquestions.Thiscoursehasstrongtheoreticalknowledgeandformulasintextbookshouldbeverifiedandderived.Thus,studentsshouldpayattentiontocultivatingtheirownrationalthinkingabilities.Inaddition,studentsshouldlearnhowtosimplifycomplexengineeringproblemsintopractice.Thenacontrolmodelwillbeobtainedandamathematicmodelwillbeestablishedaccordingtolawsofphysics.Ifnecessary,themathematicalmodelisfurthersimplified.Simultaneously,throughoutthewholestudy,studentsshouldreviewtherelatedprerequisitecontentsanddevelopa"lookingupbooks"habit.Thentheywillknowthat"learningisaniterativeprocess"andtheirlearningabilitiesarecultivated.

《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程編號：05014003課程名稱：控制工程基礎(chǔ)/FundamentalsofControlEngineering學(xué)分：2.5學(xué)時：40學(xué)時（課內(nèi)實驗(踐)：4學(xué)時上機：0學(xué)時課外實踐：0學(xué)時）適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化、車輛工程和機械工程等本科專業(yè)建議修讀學(xué)期：5開課單位：機械工程學(xué)院機械自動化系先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，流體力學(xué)，電工學(xué)一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)本課程是機械設(shè)計、制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。通過對本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握經(jīng)典控制論的基本內(nèi)容，掌握建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法，掌握傳遞函數(shù)、時間響應(yīng)、頻率特性分析方法，了解系統(tǒng)分析、綜合與校正。為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制論打下基礎(chǔ)?？刂频母拍畋椴加谌祟惿?、學(xué)習(xí)、工作及政治、軍事、經(jīng)濟(jì)、社會、文化等各類活動中，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察學(xué)習(xí)、生活及社會活動中的各類控制活動、控制機制，歸納總結(jié)自己的所見所聞，所以本課程的教學(xué)提供了一個培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、發(fā)現(xiàn)和提出問題能力的機會。區(qū)別于其他同類課程，本課程理論性較強?？梢远酱賹W(xué)生驗證、推導(dǎo)書中公式，證明相關(guān)定理，在數(shù)學(xué)、物理和理論力學(xué)等理論性比較強的課程之后，借助本課程再次強化培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S能力。目前，這對教學(xué)研究型學(xué)校的工科學(xué)生尤為重要。大三學(xué)生第一次在本課程中系統(tǒng)接觸到“建?！钡母拍睢？梢韵到y(tǒng)地介紹如何對復(fù)雜的工程實際問題進(jìn)行簡化，得到控制模型，進(jìn)而利用相關(guān)物理定律建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，必要時再對數(shù)學(xué)模型做進(jìn)一步簡化。本課程涉及到多門先修課程，可以督促學(xué)生必要時復(fù)習(xí)相關(guān)已學(xué)內(nèi)容，養(yǎng)成“查書（非系統(tǒng)復(fù)習(xí)）”的習(xí)慣，明白“學(xué)習(xí)是一個反復(fù)的過程”的道理，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。盡管實驗條件有限、課時奇緊，本課程為培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實踐能力特設(shè)置了兩個基本實驗。本課程在大三第一學(xué)期開設(shè)，學(xué)生開始接觸多門性質(zhì)各異的專業(yè)基礎(chǔ)課、接觸本專業(yè)教師、準(zhǔn)備考研、需要調(diào)整學(xué)習(xí)方法等?？梢皂槺銓W(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)、再次進(jìn)行必要的專業(yè)教育和思想教育?？傊?，對學(xué)生分析、解決問題的能力、實踐能力和創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)可以貫穿于整個教學(xué)過程中。二、支撐的畢業(yè)要求及課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)1.工程知識1.4掌握電工學(xué)與控制等基礎(chǔ)知識，能將其用于分析工程問題中的電子電路和控制等問題掌握經(jīng)典控制論的基本內(nèi)容，包括建立數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)、時間響應(yīng)、頻率特性分析方法、系統(tǒng)分析、綜合與校正等，能將其用于分析工程問題中的控制問題三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求及學(xué)時分配（按章節(jié)列出內(nèi)容要求學(xué)時等，實驗上機項目要列在課程內(nèi)容一欄）課程內(nèi)容教學(xué)要求重點（☆）難點（△）學(xué)時安排實驗學(xué)時上機學(xué)時備注1．控制系統(tǒng)的基本概念1.1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成1.2控制系統(tǒng)的基本類型1.3對控制系統(tǒng)的基本要求1.4控制工程發(fā)展概況要求掌握控制理論關(guān)于信息傳遞、加工、反饋的概念，掌握開環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念B22．?dāng)?shù)學(xué)模型2.1控制系統(tǒng)的運動微分方程2.2拉氏變換和拉氏反變換2.2.1拉氏變換的定義2.2.2典型信號的拉普拉斯變換2.2.3拉普拉斯變換的性質(zhì)2.2.4拉普拉斯反變換2.2.5用拉普拉斯變換解微分方程掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的一般步驟，會對簡單機械系統(tǒng)（彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)）以及簡單電網(wǎng)絡(luò)（電阻-電容-電感）進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；掌握工程數(shù)學(xué)中關(guān)于拉普拉斯變換的基本方法及其性質(zhì)B6數(shù)學(xué)模型2.3傳遞函數(shù)2.4系統(tǒng)方框圖2.5非線性數(shù)學(xué)模型的線性化2.6控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)舉例理解并掌握傳遞函數(shù)的概念及含義，會對控制系統(tǒng)的方框圖進(jìn)行簡化A☆83．時域分析法3.1時間響應(yīng)與典型輸入信號3.2一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)3.3二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)3.4高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)3.5誤差分析與計算3.6穩(wěn)定性分析3.7計算機輔助時域分析了解控制系統(tǒng)時域分析的方法，重點掌握一階二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)和時域性能指標(biāo)，了解高階系統(tǒng)的簡化方法，掌握主導(dǎo)極點和偶極子的概念；掌握誤差概念及誤差計算方法；掌握閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件，熟練掌握羅斯穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用B824．頻域分析法4.1頻率特性的基本概念4.2典型環(huán)節(jié)的頻率特性圖4.3開環(huán)頻率特性圖的繪制4.4頻域穩(wěn)定性判據(jù)4.5閉環(huán)控制系統(tǒng)的頻率特性4.6頻域性能指標(biāo)與時域性能指標(biāo)間的關(guān)系4.7用系統(tǒng)開環(huán)頻率特性分析閉環(huán)系統(tǒng)的性能掌握頻率響應(yīng)及頻率特性的定義和概念，熟練掌握典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其頻率特性圖示方法；熟練掌握耐奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用；了解控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對控制系統(tǒng)性能的影響（時域與頻域）A☆△122（教學(xué)基本要求：A-熟練掌握；B-掌握；C-了解）四、建議實驗（上機）項目及學(xué)時分配1.時間響應(yīng)實驗學(xué)時：22.頻率特性實驗學(xué)時：2五、教學(xué)方法與教學(xué)手段本課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，采用多媒體和板書相結(jié)合的教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生用控制論的原理和方法分析問題和解決問題的能力，要求學(xué)生獨立完成課后作業(yè)和實驗。六、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)閉卷考試；總評成績=平時成績30%+考試成績70%。根據(jù)學(xué)校有關(guān)文件精神，該課程若申請實行課程考核模式改革，則按照教務(wù)處認(rèn)可的課程形成性評價方案執(zhí)行。七、教材與主要參考書目1.王積偉，吳振順主編：控制工程基礎(chǔ).高等教育出