《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱課程名稱：控制工程基礎(chǔ)英文名稱：ControlEngineeringFundamental課程編碼：51510502學(xué)時/學(xué)分：42/6課程性質(zhì)：必修課適用專業(yè)：機械類各專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，電工與電子技術(shù)，復(fù)變函數(shù)與積分變換（可選）一、課程的目的與任務(wù)《機械工程控制基礎(chǔ)》是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的機械電子工程及相近專業(yè)方向的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。（復(fù)變函數(shù)與積分變換電學(xué)等相關(guān)知識，介紹機械工程類專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)之一——工程控制論。這門學(xué)科既是一門廣義的系統(tǒng)動力學(xué)，又是一種合乎唯物辯證法的思想論和方法論，對啟迪與發(fā)展人們的思維與智力有很大的作用。本課程的基本任務(wù)是將自動控制理論應(yīng)用于機械工程實際，基本要求是在闡明機械工程控制論的基本概念、基本知識與基本方法的基礎(chǔ)上，使學(xué)生學(xué)會建立和變換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，掌握控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析和頻率特性分析方法，并在此基礎(chǔ)上具備討論控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)分析和校正、系統(tǒng)辨識等問題的能力。使學(xué)生以辯證方法沖破形而上學(xué)的思想方法，推動這一領(lǐng)域的生產(chǎn)與學(xué)科向前發(fā)展。在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)當(dāng)從先修課程中獲得動力學(xué)分析、電路分析的能力，了解微分方程求解知識和復(fù)變函數(shù)的概念，初步掌握積分變換及其逆變換的基本方法。學(xué)習(xí)本課程之后，學(xué)生還應(yīng)當(dāng)注意結(jié)合其它機械工程學(xué)的知識，將控制理論應(yīng)用到工程實踐中去。二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求緒論教學(xué)目的和要求：本章首先闡述了機械工程控制基礎(chǔ)這門課程的重要意義，然后介紹控制工程的基本思想、基本概念、控制系統(tǒng)的分類和基本要求，使學(xué)生了解機械工程控制論的研究對象與任務(wù)和系統(tǒng)、模型等知識，深刻理解反饋和反饋控制，接下來對控制理論的發(fā)展進行簡單介紹。教學(xué)重點和難點：1．系統(tǒng)的概述、工作原理和一般構(gòu)成系統(tǒng)的基本控制方式和分類系統(tǒng)的基本要求和控制工程實踐教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，注意舉例和采用啟發(fā)式教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。自動控制理論概述自動控制系統(tǒng)的工作原理和一般構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的基本控制方式和分類對控制系統(tǒng)的基本要求自動控制理論的發(fā)展控制工程實踐本課程的特點與學(xué)習(xí)方法復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度，適當(dāng)安排思考題，習(xí)題量適中或較少為宜?？己酥R點：自動控制系統(tǒng)概述、工作原理、一般構(gòu)成；系統(tǒng)的控制方式和分類；對控制系統(tǒng)的基本要求；控制工程實踐。輔助教學(xué)活動：無第一章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.1教學(xué)目的和要求：了解微分方程的列寫方法及相關(guān)知識，掌握傳遞函數(shù)的概念和特點，熟悉典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，熟練掌握傳遞函數(shù)方框圖和信號流圖，掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。教學(xué)重點和難點：1．動態(tài)微分方程拉普拉斯變換與反變換傳遞函數(shù)系統(tǒng)方框圖和信號流圖教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，本章重點部分應(yīng)詳解精講，盡量采用啟發(fā)式教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。數(shù)學(xué)模型的基本概念數(shù)學(xué)的動態(tài)微分方程拉普拉斯變換與拉普拉斯反變換傳遞函數(shù)典型環(huán)節(jié)系統(tǒng)方框圖信號交流閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度，適當(dāng)安排思考題和練習(xí)題，習(xí)題量宜適中。考核知識點：系統(tǒng)的動態(tài)微分方程；傳遞函數(shù)；典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；系統(tǒng)方框圖；信號流圖；閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。輔助教學(xué)活動：無第2章控制系統(tǒng)的時域分析教學(xué)目的和要求：了解時間響應(yīng)及其組成，深刻理解一階、二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析，熟練掌握和應(yīng)用一階、二階系統(tǒng)的性能指標計算，了解高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析，了解并基本掌握系統(tǒng)誤差分析與計算方法。教學(xué)重點和難點：1．典型輸入信號和線性系統(tǒng)的時域性能指標2．一階、二階和高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析3、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，本章重點部分應(yīng)詳解精講，注意舉例和采用啟發(fā)式教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。典型輸入信號線性系統(tǒng)的時域性能指標一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度安排練習(xí)題，習(xí)題量可適當(dāng)加大?？己酥R點：線性系統(tǒng)的時域性能指標；一階、二階和高階系統(tǒng)的單位脈沖、單位階躍響應(yīng)；系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。輔助教學(xué)活動：無第三章控制系統(tǒng)的頻域分析教學(xué)目的和要求：理解頻率特性及相關(guān)概念，熟練掌握頻率特性的圖示方法，了解最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)的概念，了解頻域性能指標。教學(xué)重點和難點：1．頻率特性的概念2．頻率特性的圖示方法教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，本章重點部分應(yīng)詳解精講，注意舉例和采用啟發(fā)式教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。頻率特性的基本概述典型環(huán)節(jié)的頻率特性系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性圖最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)系統(tǒng)頻域性能指標復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度，適當(dāng)安排練習(xí)題，習(xí)題量宜適中。考核知識點：頻率特性的概念；頻率特性的求法；典型環(huán)節(jié)的Nyquist圖；典型環(huán)節(jié)的BodeBode輔助教學(xué)活動：無第四章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析教學(xué)目的和要求：了解穩(wěn)定性的基本概述，掌握勞斯穩(wěn)定判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和Bode穩(wěn)定判據(jù)教學(xué)重點和難點：1．勞斯穩(wěn)定判據(jù)2.奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，注意舉例和采用啟發(fā)式教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。穩(wěn)定性的基本概述勞斯穩(wěn)定判據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)Bode穩(wěn)定判據(jù)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度，適當(dāng)安排練習(xí)題，習(xí)題量適中或較少為宜?？己酥R點：穩(wěn)定性，勞斯穩(wěn)定判據(jù)，奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)，Bode穩(wěn)定判據(jù)。輔助教學(xué)活動：無第五章控制系統(tǒng)的根軌跡法教學(xué)目的和要求：了解根軌跡法的基本概述，掌握繪制根軌跡的基本規(guī)則和用根軌跡分析控制系統(tǒng)教學(xué)重點和難點：1.根軌跡法的基本概述繪制根軌跡的基本規(guī)則繪制根軌跡分析控制系統(tǒng)教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，注意實例教學(xué)，配合適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)和課外作業(yè)。根軌跡法的基本概述繪制根軌跡的基本規(guī)則參量根軌跡的繪制非最小相位系統(tǒng)的根軌跡用根軌跡分析控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：結(jié)合學(xué)習(xí)進度，適當(dāng)安排思考題和練習(xí)題，習(xí)題量適中或較少為宜?？己酥R點：根軌跡概述，根軌跡的繪制，用根軌跡分析控制系統(tǒng)輔助教學(xué)活動：無第六章自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正PID教學(xué)重點和難點：1.反饋校正復(fù)合校正串聯(lián)滯后-超前校正復(fù)合控制教學(xué)方法與手段：以簡要介紹為主，可少量安排或不安排課堂練習(xí)和課外作業(yè)。PID簡介校正的基本概述串聯(lián)校正反饋校正復(fù)合校正串聯(lián)超前校正串聯(lián)滯后校正串聯(lián)滯后-超前校正復(fù)合控制方法復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：可少量安排或不安排課堂練習(xí)和課外作業(yè)?？己酥R點：校正的概述，串聯(lián)校正，反饋校正，復(fù)合校正，串聯(lián)超前校正，串聯(lián)滯后校正，串聯(lián)滯后-超前校正，復(fù)合控制方法。輔助教學(xué)活動：無第七章基于MATLAB語言的控制系統(tǒng)分析教學(xué)目的和要求：了解MATLAB語言，掌握MATLAB用于各種分析教學(xué)重點和難點：1．?dāng)?shù)學(xué)模型的MATLAB描述MATLAB對線性系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析MATLAB進行控制系統(tǒng)頻域分析MATLAB的根軌跡繪制與性能分析教學(xué)方法與手段：以簡要介紹為主，可少量安排或不安排課堂練習(xí)和課外作業(yè)。MATLAB語言簡介MATLAB描述用MATLAB 對線性系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析用MATLAB 進行控制系統(tǒng)頻域分析基于MATLAB 的根軌跡繪制與性能分析系統(tǒng)設(shè)計校正的MATLAB 實現(xiàn)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：可少量安排或不安排課堂練習(xí)和課外作業(yè)。考核知識點用MATLAB 對線性系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析用MATLAB 進行控制系統(tǒng)域分析，基于MATLAB 的根軌跡繪制與性能分析。輔助教學(xué)活動：無三、課程教學(xué)的特色說明1全而深，要求學(xué)生在理解相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，能較好地分析系統(tǒng)，解決實際問題。本大30～42拓寬面向、精選內(nèi)容、更新知識的原則，力求做到針對性強，適應(yīng)性強，講解清晰。674～6251增加或結(jié)合使用。本課程主要介紹經(jīng)典控制理論。在介紹了如何建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，介紹時域分析方法和頻域分析方法，并在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和校正等問題進行討論，如時間寬裕，最后還可簡要介紹離散控制系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論。四、考試大綱考試的目的與作用機械工程控制基礎(chǔ)是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)生的考試成績是對其學(xué)習(xí)水平評價的重要因素之一。通過復(fù)習(xí)考試，可以鞏固學(xué)生對機械工程控制論的基本概念、基本知識與基本方法的認識和理解?？疾鞂W(xué)生對建立通過考試還可以檢查教學(xué)效果，為今后進一步提高機械工程控制基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，促進課程建設(shè)提供重要的參考依據(jù)?？己藘?nèi)容與考核目標本課程考試內(nèi)容主要針對機械工程控制論的基本概念、基本知識與基本方法，建立和變換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的方法，對控制系統(tǒng)進行時間響應(yīng)分析和頻率特性分析的方法，以及在此基礎(chǔ)上討論控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)分析和校正、系統(tǒng)辨識等問題。主要參考書［1］彭珍瑞，董海棠.控制工程基礎(chǔ)［M］.2版.北京：高等教育出版社，2015.［2］玄兆燕，朱洪俊，楊秀萍，等.機械控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.［3］董景新，趙長德，郭美鳳，等.控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2015.［4］鄒伯敏.自動控制理論［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.［5］孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.［6］王正林，王勝開，陳國順，等.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真［M］.2版.北京：電子工業(yè)出版社，2012.［7］苗宇，蔣大明.自動控制原理［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2013.［8］高鐵紅，曲云霞.控制工程基礎(chǔ)［M］.2版.北京：中國計量出版社，2010.［9］楊叔子，楊克沖，等.機械工程控制基礎(chǔ)［M］.6版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.［10］王積偉，吳振順.控制工程基礎(chǔ)［M］.2版.北京：高等教育出版社，2010.孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.［12］.機電控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.［13］.機械控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.［14］董玉紅，徐莉萍.機械控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.［15］.［16］.檢測技術(shù)與自動控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.［17］王建輝，顧樹生.自動控制原理［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2014.［18］程鵬.自動控制原理［M］.2版.北京：高等教育出版社，2010.［19］杜繼宏，王詩宓，竇曰軒.控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.課程考試內(nèi)容與教材的關(guān)系課程考試內(nèi)容與教材基本一致，教材內(nèi)容較多，部分章節(jié)在本考試中不涉及或較少涉及，具體情況參見教學(xué)大綱。緒論⑴．識記：系統(tǒng)的分類；對控制系統(tǒng)的基本要求⑵．理解：系統(tǒng)；反饋和反饋控第一章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型⑴．識記：典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)⑵．理解：拉氏變換及拉氏反變換；傳遞函數(shù)；相似系統(tǒng)⑶．應(yīng)用：列寫微分方程的一般方法；系統(tǒng)的方框圖及其簡第二章 控制系統(tǒng)的時域分析⑴．識記：時間響應(yīng)及其組成；高階系統(tǒng)的時域分析⑵．理解：一階、二階系統(tǒng)的單位脈沖、單位階躍響應(yīng)⑶．應(yīng)用：一階、二階系統(tǒng)響應(yīng)的性能指第三章 控制系統(tǒng)的頻域分析⑴．識記：典型環(huán)節(jié)的Nyquist圖；典型環(huán)節(jié)的Bode圖；⑵．理解：頻率響應(yīng)與頻率特性；頻率特性的求法⑶．應(yīng)用：繪制系統(tǒng)Bode圖的步第四章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性⑴．識記：穩(wěn)定性的初步概念；相對穩(wěn)定性⑵．理解：穩(wěn)定的定義和條件⑶．應(yīng)用：穩(wěn)定性判據(jù)第五章 控制系統(tǒng)的根軌跡法⑴．識記：根軌跡法的基本概述；⑵．理解：繪制根軌跡的基本規(guī)則⑶．應(yīng)用：參量根軌跡的繪制；非最小相位系統(tǒng)的根軌跡；用根軌跡分析控制系統(tǒng)第六章 控制系統(tǒng)的校正⑴．識記：系統(tǒng)的性能指標；系統(tǒng)校正的概念和分類⑵．理解：數(shù)字PID控制算法；各種校正⑶．應(yīng)用：串聯(lián)校正；反饋校正；復(fù)合校正；串聯(lián)超前校正；串聯(lián)滯后校正；串聯(lián)滯后；超前校正；復(fù)合控制方法第七章基于MATLAB語言的控制系統(tǒng)分析⑴．識記：MATLAB語言；MATLABMATLAB制系統(tǒng)頻域分析MATLABMATLAB實現(xiàn)題目類型與考核方式題目類型一般可包括：選擇題、填空題、判斷正誤、名詞解釋、簡答題、計算題、作圖題、證明題等，也可采用其它題型?？己朔椒ńㄗh采用閉卷考試，也可采用開卷考試。成績評定辦法80%20%作業(yè)及平時表現(xiàn)等進行評定，所占比例也可根據(jù)實際情況適當(dāng)修改。五、學(xué)時分配

教學(xué)時數(shù)課程內(nèi)容教學(xué)時數(shù)課程內(nèi)容緒論第一章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第四章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性84644682第二章控制系統(tǒng)的時域分析2第三章控制系統(tǒng)的頻域分析2第五章控制系統(tǒng)的根軌跡法第六章控制系統(tǒng)的校正第七章基于MATLAB語言的控制系統(tǒng)分析復(fù)習(xí)總計426教學(xué)環(huán)節(jié)講實習(xí)其小課驗題課它計2六、課程主要參考書［1］彭珍瑞，董海棠.控制工程基礎(chǔ)［M］.2版.北京：高等教育出版社，2015.［2］玄兆燕，朱洪俊，楊秀萍，等.機械控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.［3］董景新，趙長德，郭美鳳，等.控制工程基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2015.［4］鄒伯敏.自動控制理論［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.［5］孔祥東，王益群.控制工程基礎(chǔ)［M］.