《機械工程控制基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

機械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱一、課程名稱機械工程控制基礎(chǔ)CyberneticsFoundationforMechanicalEngineering學(xué)時：40二、授課對象機械類各專業(yè)三、先修課程復(fù)變函數(shù)、積分變換四、課程的性質(zhì)、目標與任務(wù)本課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)合工程實際，是一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它是控制論為理論基礎(chǔ)，以機械工程系統(tǒng)為研究對象的廣義系統(tǒng)動力學(xué)；同時，它又是一種方法論。學(xué)習本課程的目的在于使學(xué)生能以動力學(xué)的觀點而不是靜態(tài)觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)；從整體的而不是分離的角度，從整個系統(tǒng)中的信息之傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為；能結(jié)合工程實際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來分析、研究和解決其中的問題。這包括兩個方面：①對機電系統(tǒng)中存在的問題能夠以控制論的觀點和思維方法進行科學(xué)分析，以找出問題的本質(zhì)和有效的解決方法；②如何控制一個機電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運動，以達到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。五、課程的基本要求1．對于建立機電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，有關(guān)數(shù)學(xué)工具（如Laplace變換等）的應(yīng)用，傳遞函數(shù)與方框圖的求取、簡化與演算等，應(yīng)有清楚的基本概念并能熟練掌握。

2．對于典型系統(tǒng)的時域和頻域特性，應(yīng)有清楚的基本概念并能熟練掌握。

3．掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)。

4．對于線性系統(tǒng)的性能指標有較全面的認識，了解并掌握系統(tǒng)的綜合與校正的常用方法。

5．了解線性離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的基本概念和基本的分析方法。

6．對系統(tǒng)辯識問題應(yīng)建立基本概念。六、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配授課學(xué)時為40學(xué)時，實驗8學(xué)時；復(fù)習、做習題、寫實驗報告等課外學(xué)時為50學(xué)時以上。教學(xué)與實驗內(nèi)容學(xué)時1．緒論機械工程控制的基本概念、研究對象和任務(wù)學(xué)習本課程的目的和意義。關(guān)于“系統(tǒng)”、“信息傳遞”和“反饋”及“反饋控制”的基本概念。系統(tǒng)及其模型、控制系統(tǒng)的分類、反饋控制系統(tǒng)的基本組成對控制系統(tǒng)的基本要求、本課程的特點。42．系統(tǒng)的

數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本概念、利用機械動力學(xué)、電工學(xué)等基礎(chǔ)知識建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本方法、典型例子。傳遞函數(shù)的基本概念、其數(shù)學(xué)物理意義、求取方法、輸入輸出信號與傳遞函數(shù)的關(guān)系。系統(tǒng)方框圖、閉環(huán)控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)、方框圖的等效簡化、工程中典型的機、電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)83．時間響應(yīng)與誤差分析時間響應(yīng)的基本概念、典型輸入信號與一階、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)、二階系統(tǒng)響應(yīng)的性能指標、高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)、δ函數(shù)在時間響應(yīng)中的作用系統(tǒng)的誤差分析：系統(tǒng)的類型及各型系統(tǒng)的位置、速度、加速度誤差84．系統(tǒng)的頻率特性分析頻率響應(yīng)與頻率特性的基本概念、頻率特性與系統(tǒng)傳遞函數(shù)的關(guān)系、系統(tǒng)的動剛度與動柔度的概念、頻率特性的表示方法。頻率特性的極坐標圖（Nyquist圖）的一般概念、典型環(huán)節(jié)的Nyquist圖、繪制系統(tǒng)Nyquist圖的一般步驟和方法。頻率特性的對數(shù)坐標圖（Bode圖）的一般概念。典型環(huán)節(jié)的Bode圖、繪制系統(tǒng)Bode圖的一般步驟和方法。85．系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念、判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本出發(fā)點。Routh穩(wěn)定性判據(jù)、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的基本原理和方法、Bode判據(jù)。系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性、幅值裕度與相位裕度、最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)。66．系統(tǒng)的性能分析與校正系統(tǒng)的性能指標、校正的一般概念、常用的校正方法與分類。相位超前校正、相位滯后校正、相位超前—滯后校正的基本特性及其頻域設(shè)計方法PID調(diào)節(jié)器的基本特性與設(shè)計方法。順饋校正與反饋校正的基本特性。67．實驗網(wǎng)上實驗：線性系統(tǒng)的計算機仿真、線性系統(tǒng)頻率特性的計算機輔助分析（Nyquist圖、Bode圖）七、作業(yè)要求作業(yè)每二個學(xué)時布置一次作業(yè)，每次作業(yè)題量不少于4道題，教師對作業(yè)全批全改并作平時成績記載。八、教材及參考書教材：熊良才，吳波．《機械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習與考試指導(dǎo)》，華中科技大學(xué)出版社，2008．楊叔子，楊克沖等編.機械工程控制基礎(chǔ)(第六版).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011．參考書：胡壽松等.自動控制原理習