機(jī)械控制工程基礎(chǔ) 教學(xué)大綱

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1、一、課程性質(zhì)和教學(xué)目的： 1.課程授課對象 2008級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化，課程主要闡述有關(guān)自動控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論。 2.基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課 本課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)主干課程。 3.在人才培養(yǎng)過程中的地位及作用 使學(xué)生基本掌握自動控制系統(tǒng)性能分析及設(shè)計(jì)的方法和技巧，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程及今后的實(shí)際工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 4.在思想、知識和能力等方面達(dá)到的教學(xué)目標(biāo) 掌握自動控制理論的基本概念，自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建模方法，包括微分方程傳遞函數(shù)，函數(shù)方塊圖，零極點(diǎn)分布圖；自動控制系統(tǒng)性能的時(shí)域和頻率域分析方法，重點(diǎn)掌握自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性及快速

2、性的概念、指標(biāo)、分析計(jì)算及校正的方法。學(xué)會分析控制系統(tǒng)，并能初步設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。 二、課程教學(xué)內(nèi)容： 第一章 緒論 第一節(jié) 機(jī)械工程控制論基礎(chǔ) 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作原理與組成 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的分類與基本要求 1、4學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：認(rèn)識軟件操作界面。難點(diǎn)：對工作軟件界面的熟悉。 3、了解《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》課程特點(diǎn)，初步建立控制系統(tǒng)概念。 第二章 函數(shù)的數(shù)學(xué)模型 第一節(jié) 系統(tǒng)的微分方程 第二節(jié) 拉普拉斯變換和反變換 第三節(jié) 傳遞函數(shù) 第四節(jié) 系統(tǒng)框圖簡化 第五節(jié) 信號流圖籍梅遜公式 1、12學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：

3、拉普拉斯變換與反變換；傳遞函數(shù)的分析和建立；系統(tǒng)的框圖表示辦法。難點(diǎn)：利用信號流圖和梅遜公式來簡化控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；物理系統(tǒng)的傳遞函數(shù)推導(dǎo)。 3、了解復(fù)變量、復(fù)變函數(shù)、留數(shù)定理、拉氏變換等基礎(chǔ)知識，了解簡單機(jī)電微分方程方法。 4、理解模型函數(shù)的基本方法和思路。 5、掌握傳遞函數(shù)的推導(dǎo)、簡化，理解傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)、物理意義。 第三章 時(shí)域分析 第一節(jié) 概論 第二節(jié) 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 第四節(jié) 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 第五節(jié) 穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算 1、10學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：一階、二階和高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)，誤差分析及計(jì)算。難點(diǎn)：時(shí)間響應(yīng)的分析、

4、計(jì)算方法及穩(wěn)態(tài)誤差的分析、判斷和計(jì)算的基本方法。 3、了解低階系統(tǒng)的特性及其計(jì)算方法。 4、理解二階系統(tǒng)在單位階躍輸入作用下，瞬時(shí)響應(yīng)特性及性能指標(biāo)，及系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，學(xué)會利用公式進(jìn)行性能指標(biāo)的計(jì)算； 5、掌握穩(wěn)定性判斷、誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的概念和計(jì)算誤差的方法。 第四章　頻域分析　 第一節(jié) 概論 第二節(jié) 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 第三節(jié) 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制 第四節(jié) 閉環(huán)頻率特性 第五節(jié) 閉環(huán)系統(tǒng)性能分析 1、12學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)的頻率特性的分析、計(jì)算和物理意義。難點(diǎn)：時(shí)間響應(yīng)的分析、計(jì)算方法及穩(wěn)態(tài)誤差的分析、判斷和計(jì)算的基本方法。 3、了

5、解極坐標(biāo)圖的概念及各典型環(huán)節(jié)極坐標(biāo)圖，閉環(huán)頻率特性和性能指標(biāo)關(guān)系。 4、理解極坐標(biāo)圖和伯德圖的物理意義。 5、掌握頻率特性基本概念，對數(shù)頻率特性繪制、穩(wěn)定性判斷方法。 第五章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 第一節(jié) 概論 第二節(jié) 勞斯穩(wěn)定判據(jù) 第三節(jié) 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 第四節(jié) 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 1、10學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)和系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性判斷。難點(diǎn)：擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差及計(jì)算，相對穩(wěn)定性判斷的分析、計(jì)算和物理意義。 3、了解系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念。 4、理解影響穩(wěn)定性的性能參數(shù)指標(biāo)。

6、 5、掌握給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差及計(jì)算方法，相對穩(wěn)定性的分析和判斷方法。 第六章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)校正 第一節(jié) 概論 第二節(jié) 串聯(lián)校正 第三節(jié) PID校正 第四節(jié) 反饋校正 1、6學(xué)時(shí)。 2、重點(diǎn)：串聯(lián)校正、PID校正和反饋校正的功能及其校正裝置的設(shè)計(jì)過程。難點(diǎn)：對時(shí)域性能指標(biāo)和頻域性能指標(biāo)的分析、計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)。 3、一般了解控制系統(tǒng)校正的概念、校正的實(shí)質(zhì)、校正的方法、校正裝置的形式。 4、理解串聯(lián)相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正裝置及特性。 5、掌握利用頻率特性法確定串聯(lián)校正裝置參數(shù)的方法。簡單了解反饋校正、順饋、前饋校正及復(fù)合控制。 三、教學(xué)

7、基本要求 1.備課 每次課有教案，每個章節(jié)有重點(diǎn)、難點(diǎn)及處理方法。 2.教學(xué)方法、教學(xué)手段 多媒體教學(xué)結(jié)合黑板教學(xué)，課堂講授。 3.教學(xué)輔助資料 按照教材設(shè)計(jì)教案和習(xí)題集，已有習(xí)題集、CAI課件。 4.實(shí)踐教學(xué) 無。 5.作業(yè)與輔導(dǎo) 每章集中做一次習(xí)題講解，每章上一次習(xí)題課。目的在于幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，并能實(shí)際應(yīng)用部分知識。習(xí)題量較為集中在第3章、第四章、第五章。 6.考核考核形式 期末閉卷考試，題型至少5種，基本涵蓋教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)和難點(diǎn)?？荚嚲砻娉煽冋伎偝煽兊?0%，平時(shí)成績占總成績的30%（日?？记诤推綍r(shí)作業(yè)）。 四、與其它課程的聯(lián)系與分工 本課程由于涉及到控

8、制原理與系統(tǒng)，并引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，故要求學(xué)生學(xué)習(xí)前應(yīng)具備與其關(guān)系密切的相關(guān)課程內(nèi)容，如：高等數(shù)學(xué)、電工電子技術(shù)、微機(jī)原理、傳感器原理與應(yīng)用、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等課程。 五、建議教材及參考教材 建議教材：《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》，作者：董玉紅、徐莉萍，出版社：機(jī)械工業(yè)出版社，時(shí)間：2005年。 六、參考書目及資料 1、《控制工程基礎(chǔ)》 董景新 趙長德等 清華大學(xué)出版社 1992 2、《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》楊叔子 陳克沖 華中科技大學(xué)出版社 2002年2版 3、《控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》趙文峰等 西安電子科技大學(xué)出版社 2002 七、學(xué)生閱讀書目及參考文獻(xiàn) 1、夏德鈐，《自動控制理論》，機(jī)械工業(yè)出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷 2、董玉紅，楊清梅編著，《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003年 3、黃忠霖編著，《控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真》，國防工業(yè)出版社，2004年第2版。