機(jī)械控制工程教學(xué)大綱（理論）課程編號(hào)0BH01109學(xué)分2.5課程名稱機(jī)械控制工程英文名稱MechanicalControlEngineering課程類別√必修□選修總學(xué)時(shí)40理論學(xué)時(shí)36實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4執(zhí)筆人陳秀梅審核人彭寶營(yíng)適用專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化先修課程復(fù)變函數(shù)與積分變換B、線性代數(shù)B、理論力學(xué)、電工技術(shù)基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)一、課程地位與作用MechanicalControlEngineeringisaspecializedcorecourseforthemajorofmechanicaldesign&manufacturingandautomation.Thetasksofthecoursearetoenablestudentstomasterthebasicprinciplesandmethodsofautomaticcontrol,tolearnthemethodsforestablishingmathematicalmodelofmechanicalandelectricalsystem,andtohavepreliminaryabilityforperformanceanalysisanddesignofthecontrolsystems.Therequirementforpreparatorycoursesareistoskillfullyapplyoperationalmathematics,theoreticalmechanics,circuitandelectronicsandotherrelatedtheoreticalknowledge,soastolayafoundationforestablishingsystemmathematicalmodels,forsystemanalysisandsynthesiswithdifferentmethodssuchastimedomainmethod,frequencydomainmethod.Inoveralltrainingofseniorengineeringandtechnicalpersonnel,thiscourseservesasaconnectinglinkbetweentherelevanttechnicalbasiccoursesandprofessionalcourseslearning.Itspurposeistolaythetheoryandtechnologyfoundationforthefurtherresearchofmechanicalandelectricalsystemandtoimprovetheabilityofadaptionandinnovationinthefuture.二、課程目標(biāo)1.知識(shí)：通過課堂講授、研討課和布置課外作業(yè)，掌握物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，通過積分變換的方法求解傳遞函數(shù)；掌握控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)誤差分析，了解瞬態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)，通過各個(gè)性能參數(shù)能夠分析系統(tǒng)的快速性及準(zhǔn)確性；掌握控制系統(tǒng)的頻率特性及穩(wěn)定性分析，通過頻域分析了解系統(tǒng)的頻域指標(biāo)，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；掌握控制系統(tǒng)的綜合與校正的方法及實(shí)質(zhì)。（2.3-4PID3.——代—PID表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系表專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)達(dá)成支撐說明畢業(yè)要求1-3：能夠運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法對(duì)復(fù)雜機(jī)械工程問題進(jìn)行推演、分析課程教學(xué)目標(biāo)2計(jì)方法，完成控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。畢業(yè)要求2-1：能運(yùn)用判斷復(fù)雜機(jī)械工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)課程目標(biāo)3方法，理解穩(wěn)定性對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)鍵意義。畢業(yè)要求2-2：能夠基課程目標(biāo)1通過課堂講授、案例學(xué)習(xí)、課堂研討等環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、機(jī)掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法，利用拉氏變換工具建立控制系械工程科學(xué)基本原理統(tǒng)的傳遞函數(shù)；利用方框圖的表示方法建立控制系統(tǒng)的模和數(shù)學(xué)模型方法正確型，使學(xué)生掌握利用數(shù)學(xué)模型表達(dá)復(fù)雜機(jī)械工程問題。表達(dá)復(fù)雜機(jī)械工程問題畢業(yè)要求4-1:能夠基于科學(xué)原理，通過文獻(xiàn)PID校研究或相關(guān)方法，調(diào)研課程目標(biāo)4正控制的基本原理及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀，掌握復(fù)和分析復(fù)雜機(jī)械工程雜機(jī)械系統(tǒng)的控制與校正方法。問題的解決方案三、課程思政內(nèi)容1.4.02.5.6.在講解四、課程教學(xué)內(nèi)容提要與基本要求理論部分序號(hào)教學(xué)內(nèi)容提要基本教學(xué)要求學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求1緒論理解對(duì)控制系統(tǒng)的要求。本章的重點(diǎn)：機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)成，開環(huán)控制與閉環(huán)控制的特點(diǎn)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類。1.1控制系統(tǒng)的基本工作原理1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的幾種分類11.3機(jī)械控制工程研究212-2的對(duì)象與方法1.4控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史1.5對(duì)控制系統(tǒng)性能的基本要求1.6本課程的學(xué)習(xí)方法2物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模掌握控制系統(tǒng)的分析工具—拉氏變型及傳遞函數(shù)換及其性質(zhì)、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型—2.1系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型微分方程的建立方法；掌握典型環(huán)2.2傳遞函數(shù)節(jié)的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)傳遞函數(shù)的概2.3典型環(huán)節(jié)的傳遞函念；掌握方框圖的簡(jiǎn)化方法。2數(shù)本章的重點(diǎn)：傳遞函數(shù)的概念，典812-22.4系統(tǒng)的方框圖及其型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立、典型環(huán)聯(lián)接節(jié)的傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的方塊圖及其2.6物理系統(tǒng)傳遞函數(shù)連接化簡(jiǎn)方法。的推導(dǎo)本章的難點(diǎn):機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)。3瞬態(tài)響應(yīng)及誤差分理解控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，掌握一析階系統(tǒng)及二階系統(tǒng)的時(shí)域分析方3.1時(shí)間響應(yīng)的概念法，二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)3.2一階系統(tǒng)的時(shí)間響算；掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算方3應(yīng)法；理解控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差與偏差1021-33.3二階系統(tǒng)的時(shí)間響的區(qū)別。應(yīng)本章的重點(diǎn)：一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)3.4瞬態(tài)響應(yīng)的性能指及其性能指標(biāo)；二階系統(tǒng)在無阻標(biāo)尼、欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼四3.5控制系統(tǒng)的誤差分析與計(jì)算種情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)；控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算。本章的難點(diǎn)：二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及其性能指標(biāo)，控制系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計(jì)算。4頻率特性分析本章的重點(diǎn)：頻率特性的基本概念、頻率特性的圖示法、系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性、頻域性能指標(biāo)及其與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系。本章的難點(diǎn)：頻率特性的圖示法。431-35控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性-掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法—代數(shù)判據(jù)、幾何判據(jù)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性充分必要條件；理解控制系統(tǒng)穩(wěn)定性概念及相對(duì)穩(wěn)定。本章的重點(diǎn)：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件、勞斯-胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用、穩(wěn)定性裕量。本章的難點(diǎn)：奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及其應(yīng)用842-16控制系統(tǒng)的綜合與校正本章的重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正、并聯(lián)校正、復(fù)合校正。本章的難點(diǎn)：PID復(fù)合校正。454-1實(shí)驗(yàn)部分序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求及時(shí)間安排、儀器要求學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求實(shí)驗(yàn)類型必開/選開1實(shí)驗(yàn)一：階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：掌握控制系統(tǒng)時(shí)域性能測(cè)試分析方法儀器要求：PC機(jī)一臺(tái)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套221-3驗(yàn)證必開2實(shí)驗(yàn)二：系統(tǒng)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)儀器要求：PC機(jī)一臺(tái)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套242-1驗(yàn)證必開五、建議教學(xué)進(jìn)度內(nèi)容講 課課堂研討與習(xí)題工程范例演示實(shí)驗(yàn)上機(jī)小計(jì)理論教學(xué)1緒論10.50.522物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及傳遞函數(shù)70.50.583瞬態(tài)響應(yīng)及誤差分析7.520.5104頻率特性分析2.510.545控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性7.50.586控制系統(tǒng)的綜合與校正2.510.54合計(jì)285336實(shí)驗(yàn)教學(xué)1階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)222系統(tǒng)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)22共計(jì)440六、課程目標(biāo)的達(dá)成方式課堂教學(xué)以案例教學(xué)為主，注重工程項(xiàng)目的引入。學(xué)生以小組為單位，輔以在任務(wù)驅(qū)動(dòng)1：1（PID七、課程考核方式及成績(jī)構(gòu)成比例考核方式考核方式成績(jī)比例（%）備注學(xué)習(xí)表現(xiàn)課堂互動(dòng)、作業(yè)，小測(cè)驗(yàn)等20階段小測(cè)章節(jié)測(cè)驗(yàn)、案例討論等10實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)完成情況等10期末考試考試（筆試）60√（如考試，請(qǐng)注明閉卷、開卷）八、建議教材與參考書建議教材：徐小力,陳秀梅,朱驥北編著.機(jī)械控制工程基礎(chǔ)（第4