《控制工程基礎(chǔ) (2)》課程教學大綱

《控制工程基礎(chǔ)》課程教學大綱課程代碼：ABJD0438課程中文名稱:控制工程基礎(chǔ)課程英文名稱：FundamentalsofEngineeringControl課程性質(zhì)：必修課程學分數(shù)：2.5學分課程學時數(shù)：40學時授課對象：機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)本課程的前導課程：高等數(shù)學、大學物理、電工電子技術(shù)一、課程簡介控制工程基礎(chǔ)是研究各類控制系統(tǒng)共性的一門技術(shù)基礎(chǔ)科學，具有科學方法論的鮮明特點，研究的問題帶有普遍性，對工程實踐具有重要的指導意義，該課程的開設(shè)對培養(yǎng)學生運用控制原理的基本方法，提高分析和解決各種工程問題的能力奠定扎實的理論基礎(chǔ)。控制工程基礎(chǔ)在為學生構(gòu)筑合理的知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)方面，在大學教育中起著重要的作用。《控制工程基礎(chǔ)》是控制學科的基礎(chǔ)理論，是一門理論性較強的工程科學，本課程的主要目的是研究與討論控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，從而設(shè)計出合理的自動控制系統(tǒng)，滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和各種工程上的需要。學生通過對本課程的學習，能夠掌握古典控制理論的基本原理，為具備建立實際系統(tǒng)數(shù)學模型，并分析其各項性能指標的能力，為將來學習掌握高科技奠定扎實的理論基礎(chǔ)。二、教學基本內(nèi)容和要求各章內(nèi)容的學習目的、重點、難度、1.自動控制系統(tǒng)的概述目的：要求學生了解控制系統(tǒng)的概念、發(fā)展、組成及要求重點：自動控制系統(tǒng)的組成及反饋的概念2.控制系統(tǒng)的數(shù)學描述方法目的：要求學生學會分析實際的系統(tǒng)并能建立數(shù)學模型，掌握拉氏變換和反變換的方法，掌握傳遞函數(shù)的概念，能用簡化方塊圖和梅遜公式求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。重點：建立系統(tǒng)的數(shù)學模型及微分方程、拉氏變換及拉氏反變換、典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、系統(tǒng)方塊圖及其簡化、梅遜公式難點：拉氏變換及拉氏反變換、梅遜公式3.時域瞬態(tài)響應(yīng)分析目的：要求學生了解時域響應(yīng)和典型輸入信號的概念，掌握一階、二階系統(tǒng)的過渡過程，掌握時域性能指標的分析方法。重點：一階、二階系統(tǒng)瞬態(tài)過程及性能指標的求法難點：二階系統(tǒng)瞬態(tài)過程、干擾引起的誤差4.控制系統(tǒng)的頻率特性目的：要求學生掌握頻率特性的概念，學會求幅頻特性和相頻特性，掌握極坐標圖、對數(shù)坐標圖的繪制方法，并能由頻率特性曲線求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。重點：極坐標圖、對數(shù)坐標圖的繪制難點：控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻響5.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析目的：要求學生掌握系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念；系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件；代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)；乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)；應(yīng)用乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)分析延時系統(tǒng)的穩(wěn)定性；由伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。重點：代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)、乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)、由伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。難點：乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)6.控制系統(tǒng)的誤差分析與計算目的：要求學生掌握穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念、輸入和干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法，了解減小系統(tǒng)誤差的途徑及動態(tài)誤差系數(shù)的計算方法。重點：靜態(tài)誤差的計算方法難點：干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法7控制系統(tǒng)的綜合與校正目的：要求學生掌握系統(tǒng)的校正的概念以及幾種校正方法。重點：超前、滯后及超前滯后校正。難點：反饋校正三、實驗教學內(nèi)容及基本要求實驗一控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實驗內(nèi)容：畫出比例、慣性、積分的電子模擬電路圖。觀察并記錄這些典型環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)波形。實驗要求：1、畫出四種典型環(huán)節(jié)的實驗電路圖，并注明參數(shù)。2、測量并記錄各種典型環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)，并注明時間坐標軸。3、分析實驗結(jié)果，寫出心得體會。實驗二二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析實驗內(nèi)容：記錄等幅振蕩、衰減振蕩及無振蕩時的W值，算出K值；在示波器上觀察不同K值下的瞬態(tài)響應(yīng)曲線；并由圖記下相應(yīng)的σp、tp和ts的值。實驗要求：畫出二階系統(tǒng)在等幅振蕩、衰減振蕩及無振蕩時的3條瞬態(tài)響應(yīng)曲線，并注明時間坐標軸。實驗三系統(tǒng)頻率特性的測試實驗內(nèi)容：觀察RC電路和CR電路的李沙育圖形，從示波器上記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。實驗要求：求出RC和CR網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，并求出它們的相頻特性。將計算出的相頻特性和實驗得出的結(jié)果進行比較。四、教學方法與手段控制工程基礎(chǔ)課程的教學堅持以“學生為中心”的原則，遵循學生的認知規(guī)律，激發(fā)學習興趣，以“案例”教學來驅(qū)動、啟發(fā)學生自主學習。教學方法與手段要服從于教學內(nèi)容，要著眼于人才培養(yǎng)。五、教學學時分配章節(jié)與內(nèi)容課時作業(yè)量備注自動控制系統(tǒng)的概述2控制系統(tǒng)的數(shù)學描述方法83時域瞬態(tài)響應(yīng)分析83控制系統(tǒng)的頻率特性63控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析42控制系統(tǒng)的誤差分析與計算42控制系統(tǒng)的綜合與校正22合計3415六、考核方式與成績評定標準1、考核方法：考查2、成績評定：分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級，主要依據(jù)考勤，課堂作業(yè)，課后作業(yè)，實驗成績評定。七、教學參考資源1、參考書目：（1）董景新主編《控制工程基礎(chǔ)》（