机械控制工程基础 教学大纲

一、课程性质和教学目的：1.课程授课对象 2008级机械设计制造及其自动化，课程主要阐述有关自动控制技术的基础理论。2.基础课、专业基础课或专业课本课程是机械设计制造及其自动化专业主干课程。3.在人才培养过程中的地位及作用使学生基本掌握自动控制系统性能分析及设计的方法和技巧，为进一步学习后续专业课程及今后的实际工作打下较坚实的基础。4.在思想、知识和能力等方面达到的教学目标掌握自动控制理论的基本概念，自动控制系统数学模型的建模方法，包括微分方程传递函数，函数方块图，零极点分布图；自动控制系统性能的时域和频率域分析方法，重点掌握自动控制系统的稳定性，准确性及快速性的概念、指标、分析计算及校正的方法。学会分析控制系统，并能初步设计控制系统。二、课程教学内容：第一章 绪论第一节 机械工程控制论基础第二节 控制系统的工作原理与组成第三节 控制系统的分类与基本要求1、4学时。2、重点：认识软件操作界面。难点：对工作软件界面的熟悉。3、了解机械控制工程基础课程特点，初步建立控制系统概念。 第二章 函数的数学模型第一节 系统的微分方程第二节 拉普拉斯变换和反变换第三节 传递函数第四节 系统框图简化第五节 信号流图籍梅逊公式1、12学时。2、重点：拉普拉斯变换与反变换；传递函数的分析和建立；系统的框图表示办法。难点：利用信号流图和梅逊公式来简化控制系统的传递函数；物理系统的传递函数推导。3、了解复变量、复变函数、留数定理、拉氏变换等基础知识，了解简单机电微分方程方法。4、理解模型函数的基本方法和思路。5、掌握传递函数的推导、简化，理解传递函数的数学、物理意义。第三章 时域分析第一节 概论第二节 一阶系统的时间响应第三节 二阶系统的时间响应第四节 高阶系统的时间响应第五节 稳态误差分析与计算1、10学时。2、重点：一阶、二阶和高阶系统的时间响应，误差分析及计算。难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。3、了解低阶系统的特性及其计算方法。4、理解二阶系统在单位阶跃输入作用下，瞬时响应特性及性能指标，及系统参数对系统性能的影响，学会利用公式进行性能指标的计算；5、掌握稳定性判断、误差及稳态误差的概念和计算误差的方法。第四章频域分析第一节 概论第二节 典型环节的频率特性第三节 系统开环频率特性的绘制第四节 闭环频率特性第五节 闭环系统性能分析1、12学时。2、重点：系统开环、闭环的频率特性的分析、计算和物理意义。难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。3、了解极坐标图的概念及各典型环节极坐标图，闭环频率特性和性能指标关系。4、理解极坐标图和伯德图的物理意义。5、掌握频率特性基本概念，对数频率特性绘制、稳定性判断方法。第五章 系统的稳定性第一节 概论 第二节 劳斯稳定判据 第三节 奈奎斯特稳定判据 第四节 系统的相对稳定性1、10学时。2、重点：劳斯判据、奈奎斯特判据和系统的相对稳定性判断。难点：扰动信号作用下的稳态误差及计算，相对稳定性判断的分析、计算和物理意义。3、了解系统稳定性的基本概念。4、理解影响稳定性的性能参数指标。5、掌握给定信号作用下的稳态误差及计算方法，相对稳定性的分析和判断方法。第六章 系统的设计校正第一节 概论第二节 串联校正第三节 PID校正第四节 反馈校正1、6学时。2、重点：串联校正、PID校正和反馈校正的功能及其校正装置的设计过程。难点：对时域性能指标和频域性能指标的分析、计算、控制和调节。3、一般了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正装置的形式。4、理解串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性。5、掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法。简单了解反馈校正、顺馈、前馈校正及复合控制。三、教学基本要求1.备课每次课有教案，每个章节有重点、难点及处理方法。2.教学方法、教学手段多媒体教学结合黑板教学，课堂讲授。3.教学辅助资料按照教材设计教案和习题集，已有习题集、CAI课件。4.实践教学无。5.作业与辅导每章集中做一次习题讲解，每章上一次习题课。目的在于帮助学生巩固所学知识，并能实际应用部分知识。习题量较为集中在第3章、第四章、第五章。6.考核考核形式期末闭卷考试，题型至少5种，基本涵盖教学内容重点和难点。考试卷面成绩占总成绩的70%，平时成绩占总成绩的30%（日常考勤和平时作业）。四、与其它课程的联系与分工 本课程由于涉及到控制原理与系统，并引入计算机控制系统，故要求学生学习前应具备与其关系密切的相关课程内容，如：高等数学、电工电子技术、微机原理、传感器原理与应用、机械原理和机械设计等课程。五、建议教材及参考教材 建议教材：机械控制工程基础，作者：董玉红、徐莉萍，出版社：机械工业出版社，时间：2005年。六、参考书目及资料1、控制工程基础 董景新 赵长德等 清华大学出版社 19922、机械工程控制基础杨叔子 陈克冲 华中科技大学出版社 2002年2版3、控制系统设计与仿真赵文峰等 西安电子科技大学出版社 2002七、学生阅读书目及参考文献1、夏德钤，自动控制理论，机械工业出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷2、董玉红，杨清梅编著，机械控制工程基础学习指导，哈尔滨工业大学出版社，2003年3、黄忠霖编著，控制系统MATLAB计算及仿真，国防工业出版社，2004年第2版。