《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱課程編碼：AL040580課程性質(zhì)：專業(yè)核心課程適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)時(shí)學(xué)分：32學(xué)時(shí)2學(xué)分所需先修課：高等數(shù)學(xué)編寫單位：機(jī)電工程學(xué)院一、課程說(shuō)明1．課程簡(jiǎn)介機(jī)械控制工程基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。本課程主要學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)工具復(fù)變函數(shù)和拉氏變換、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法、自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析法。該課程的先修課是“高等數(shù)學(xué)”、“電工與電子技術(shù)”等。本課程的開設(shè)目的主要是為學(xué)習(xí)“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修”、“機(jī)床電器控制與PLC”、“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)”等后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。2．教學(xué)目標(biāo)要求本課程以自動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，以數(shù)學(xué)工具復(fù)變函數(shù)和拉氏變換、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法為重點(diǎn)。學(xué)完本課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求：1）了解現(xiàn)有各種自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理和工作情況。2）掌握研究和分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具復(fù)變函數(shù)和拉氏變換。3）了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的建模，掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的種類。4）掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法。5）了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析法。6）會(huì)用負(fù)反饋的思想去分析所遇到的實(shí)際自動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)所觀察到的現(xiàn)象和問(wèn)題進(jìn)行分析和處理。7）形成系統(tǒng)的觀點(diǎn)，能夠從系統(tǒng)整體角度對(duì)所遇到的問(wèn)題進(jìn)行研究和分析，避免出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象。8）和其他相關(guān)課程一起最終形成一名機(jī)電專業(yè)技術(shù)人員所必須具備的專業(yè)素質(zhì)和思想素質(zhì)。3．教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)本課程的教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)學(xué)工具拉氏變換、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法。本課程的教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)學(xué)工具拉氏變換、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。4．學(xué)時(shí)分配表次序教學(xué)內(nèi)容理論課學(xué)時(shí)數(shù)實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)備注第一部分自動(dòng)控制系統(tǒng)概述2第二部分自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型18第三部分時(shí)域分析法82第四部分頻域分析法2小計(jì)302總計(jì)325．主要教法、學(xué)法本課程以課堂講授為主、自學(xué)和討論為輔的方式開展教學(xué)，重點(diǎn)對(duì)學(xué)生的分析問(wèn)題能力和實(shí)驗(yàn)研究能力等進(jìn)行培養(yǎng)。研發(fā)并采用多媒體教學(xué)方式。6．考核方式及標(biāo)準(zhǔn)1）考核目的：考核學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制理論（或控制工程基礎(chǔ)）的基本知識(shí)、基本理論、基本分析計(jì)算方法等的理解和掌握程度，促進(jìn)學(xué)生提高分析和解決問(wèn)題的能力。2）考核形式：開卷筆試。3）主要考核內(nèi)容：現(xiàn)有各種自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理和工作情況；研究和分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)變函數(shù)和拉氏變換；自動(dòng)控制系統(tǒng)的建模，自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用數(shù)學(xué)模型；自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法；自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析法。4）考核題型：填空，判斷正誤，計(jì)算，分析。5）成績(jī)?cè)u(píng)定：開卷筆試成績(jī)占總成績(jī)的70%，其他（包括考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、討論等）成績(jī)占總成績(jī)的30%。二、各部分教學(xué)綱要第一部分自動(dòng)控制系統(tǒng)概述（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)了解自動(dòng)控制理論的歷史；掌握開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本概念；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成；了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類；理解對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求。本部分重點(diǎn)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求。本部分難點(diǎn)對(duì)負(fù)反饋控制思想的理解。教學(xué)內(nèi)容1自動(dòng)控制理論的歷史2開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)3自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成4自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類5對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求第二部分自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（18學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)掌握關(guān)于復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)的基本知識(shí)；掌握拉氏變換的定義，從工程實(shí)際角度理解常用典型函數(shù)的實(shí)際意義，掌握常用典型函數(shù)的拉氏變換，掌握利用部分分式法進(jìn)行拉氏反變換，掌握用拉氏變換求解微分方程；了解自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本概念，掌握常用的自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：微分方程、傳遞函數(shù)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)各種數(shù)學(xué)模型之間的轉(zhuǎn)換。本部分重點(diǎn)拉氏變換的定義；常用典型函數(shù)的工程意義；利用部分分式法進(jìn)行拉氏反變換；利用拉氏變換求解微分方程；傳遞函數(shù)的概念；動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)。本部分難點(diǎn)常用典型函數(shù)的工程意義；利用拉氏變換求解微分方程；動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)。教學(xué)內(nèi)容1復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)2.1復(fù)數(shù)的定義2.2復(fù)數(shù)的表示方法2.3復(fù)數(shù)的基本運(yùn)算2.4共軛復(fù)數(shù)2.5復(fù)變函數(shù)2拉氏變換2.1拉氏變換的定義2.2典型函數(shù)的拉氏變換2.3拉氏變換的基本性質(zhì)2.4拉氏反變換2.5利用拉氏變換求解微分方程3自動(dòng)控制系統(tǒng)微分方程的編寫3.1線性元件微分方程的編寫3.2線性系統(tǒng)微分方程的編寫4傳遞函數(shù)4.1傳遞函數(shù)的概念4.2典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)5動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換5.1動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的基本概念5.2動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的建立5.3動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)第三部分時(shí)域分析法（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)了解典型的輸入信號(hào)，掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)；掌握一階、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；理解系統(tǒng)穩(wěn)定的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件和勞斯穩(wěn)定判據(jù)；理解系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概念，掌握系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法。本部分重點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)；一階、二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；系統(tǒng)穩(wěn)定的概念，勞斯穩(wěn)定判據(jù)；系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算。本部分難點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)；系統(tǒng)穩(wěn)定的概念。教學(xué)內(nèi)容1典型輸入信號(hào)和系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)2一階系統(tǒng)2.1一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)2.2一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)3二階系統(tǒng)3.1二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)3.2二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)4系統(tǒng)穩(wěn)定性分析4.1系統(tǒng)穩(wěn)定的定義4.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件4.3勞斯判據(jù)5系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差5.1穩(wěn)態(tài)誤差的概念5.2控制系統(tǒng)的型別5.3給定輸入信號(hào)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差第四部分頻域分析法（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目標(biāo)掌握頻率特性的定義及其數(shù)學(xué)本質(zhì)；掌握部分典型環(huán)節(jié)的頻率特性；了解頻域分析法的基本思想。本部分重點(diǎn)頻率特性的定義；幅相頻率特性曲線的繪制；對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的繪制。本部分難點(diǎn)頻率特性的定義；幅相頻率特性曲線的繪制；對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的繪制。教學(xué)內(nèi)容1頻率特性概述1.1頻率特性的定義1.2頻率特性的數(shù)學(xué)本質(zhì)2頻率特性的圖示方法2.1幅相頻率特性曲線2.2對(duì)數(shù)幅頻特性曲線、對(duì)數(shù)相頻特性曲線3典型環(huán)節(jié)的頻率特性三、實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)2溫度控制實(shí)驗(yàn)（選做）3典型環(huán)節(jié)（或系統(tǒng)）的頻率特性測(cè)量（選做）四、教材及教學(xué)資