《機械工程控制基礎》課程教學大綱

一、本課程性質、地位和任務

性質：《機械工程控制基礎》是機電一體化專業本科段計劃規定必考的一門專業基礎課。其目的在于使考生能以動態的觀點而不是靜態的觀點去看待一個機械工程系統。

地位和任務：其從信息的傳遞、轉換和反饋角度來分析系統的動態行為；為采用控制的觀點和思想方法解決生產過程中存在的問題以及為了使系統按預定的規律運動，達到預定的技術指標，實現最佳控制打下基礎；也為后續課程以及從事機電一體化系統設計打下理論基礎。

二、課程教學的基本要求：

1、深刻理解并熟練掌握采用集中參數法建立機、電系統的數學模型；拉普拉斯變換在工程中的應用；傳遞函數與方塊圖的求得、簡化和演算等。

2、深刻理解聞熟練掌握典型系統（特別是一階系統）的時域和頻域特性。

3、掌握判別線性系統穩定性的基本概念和常用判據的基本方法，并能判別系統的穩定性。

4、了解系統識別的基本原理及相應的方法。

5、掌握線性系統性能指標以及相應的系統綜合校正的方法。

三、本課程與其他課程的關系

學習本課程之前考生應具有一定的數學、力學和電工學基礎，同時應具有一定的機械工程基礎知識，以便使考生順利掌握機械工程教學模型的建立以信相應的運算。

四、教學實數分配表

適

用

專

業

章節

序號

章節名稱

課堂

講授

其它

（練習）

小計

機電一體化專業

一

緒論

二

拉普拉斯變換的數學方法

三

系統的數學模型

四

系統的瞬態響應與誤差分析

五

系統的頻率特性

六

系統的穩定性

七

機械工程控制系統的校正與設計

合計

五、大綱內容

第1章

緒論

一、教學目的：

通過本章學習了解機械控制工程的基本概念，它的研究對象及任務。了解系統的信息傳遞、反饋和反饋控制的概念及控制系統的分類。本章中介紹的一些技術上的名詞術語、定義等以后章節會經常用到需要熟記。

二、教學內容：

1、機械工程控制的基本含義

2、機械工程系統中信息傳遞、反饋以信反饋控制的概念

3、本課程特點及內容簡介

三、教學重點：

1、機械工程控制的基本含義。

2、信息的傳遞、反饋及反饋控制的概念。

第2章

拉普拉斯變換的數學方法

一、教學目的：

通過本章的學習明確拉普拉斯（簡稱拉氏）變換是分析研究線性動態系統的有力工具，通過拉氏變換將時域的微分方程變換為復數域的代數方程，掌握拉氏變換的定義，并用定義求常用函數的拉氏變換，會查拉氏變換表，掌握拉氏變換的重要性質及其應用，掌握用部分分式法求拉氏變換的方法以及了解用拉氏變換求解線性微分方程的方法。

二、教學內容：

1、復數和復變函數

2、拉氏變換及拉氏反變換的定義

3、典型時間函數的拉氏變換

4、拉氏變換的性質

5、拉氏反變換的數學方法

6、用拉氏變換解常微分方程

三、教學重點：

拉氏變換的定義，用拉氏變換的定義求常用函數的拉氏變換，拉氏變換的性質及其應用部分分式法求拉氏反變換的方法，用拉氏變換法解常微分方程。

第3章

系統的數學模型

一、教學目的：

通過本章學習明確為了分析、研究機械工程系統（特別是機、電綜合系統）的動態特性，或者對它們進行控制，最重要的一步首先是建立系統的數學模型，明確數學模型的含義，掌握采用解析方法建立一些簡單機、電系統的數學模型，傳遞函數定義、特點及推導方法，方塊圖及其簡化法則。了解信號流圖及梅遜公式的應用，以及數學模型傳遞函數、方塊圖和信號流程圖之間的關系。

二、教學內容：

1、概述

2、系統微分方程的建立

3、傳遞函數

4、方塊圖及動態系統的構成5、機、電系統的傳遞函數

6、系統的狀態空間描述

三、教學重點：

建立簡單機電系統的微分方程，運用綜合基礎知識，對系統正確地取分離體并分析受力，注意力和方向，列寫系統微分方程。建立系統傳遞函數概念，系統構成及其傳遞函數，方塊圖簡化及其繪制。

第4章

系統的瞬態響應與誤差分析

一、教學目的：

通過本章學習明確一個系統，在建立了系統的數學模型（包括微分方程和傳遞函數）之后就可以采用不同的方法來分析和研究系統的動態性能，時域分析是重要的方法之一，明確系統在外加作用激勵下，根據所描述系統的數學模型，求出系統的輸出量隨時間變化的規律，并由此確定系統的性能，明確系統的時間響應及其組成，脈沖響應函數的概念，掌握一階、二階系統的典型時間響應和高階系統的時間響應以及主導極點的概念，系統的誤差與穩態誤差的計算以及與系統型次的關系。

二、教學內容：

1、時間響應

2、一階系統的時間響應

3、二階系統的時間響應

4、高階系統動態分析

5、瞬態響應的性能指標

6、系統誤差分析

三、教學重點：

本章時間響應的基本概念，一階系統的時間呼應，二階系統階躍響應及性能指標，誤差分析，誤差及穩態誤差的定義，位置誤差，速度誤差的計算，干擾作用下的系統誤差計算。

第5章系統的頻率特性

一、教學目的：

通過本章學習明確頻率特性的基本概念，頻率特性與傳遞函數的關系，系統的動剛度與動柔度的概念，掌握頻率特性的兩種表示方法以及頻率特性與時間響應之間的關系，各基本環節及系統的極坐標圖和伯德釁的畫法，閉環頻率特性及相應的性能指標，為頻域分析系統的穩定性以及綜合校正打下基礎。

二、教學內容：

1、頻率特性

2、頻率特性的對數坐標圖（伯德圖）

3、頻率特性的極坐標圖（乃奎斯特圖）

4、最小相位系統的概念

5、閉環頻率特性與頻域性能指標

6、系統辨識

三、教學重點：

頻率特性的基本概念及其兩種表示方法、畫法及特點，閉環頻率特性的性能指標及其計算方法。

第6章系統的穩定性

一、教學目的：

通過本章學習明確穩定性的概念，掌握判別系統穩定性的基本準則，掌握勞斯一胡爾維茨穩定性判據和乃奎斯特穩定判據以及系統相對穩定性的概念。

二、教學內容：

1、穩定性

2、勞斯一胡爾維茨穩定性判據

3、乃奎斯特穩定性判據

4、系統的相對穩定性

三、教學重點：

系統穩定性的基本概念，勞斯一胡爾維茨判穩的方法，乃奎斯特判穩的方法，相位裕量和幅值程度的概念及計算方法和表示。

第7張機械一程控制系統的技術與設計

一、教學目的：

通過本章學習明確在預先規定了系統的性能指標情況下，如何選擇適當的校正環節和參數使系統滿足這些要求，因此應掌握系統的時域性能指標、頻域性能指標以及它們之間的相互關系，各種校正方法的實現。

二、教學內容：

1、控制系統的性能指標及校正方式

2、控制系統的串聯校正

3、反饋和順饋校正

4、PID校正器的設計

三、本章重點：

各種性能指標的含義及算法，校正的概念，各種校正環節的傳遞函數及其特點。

六、教材與主要參考書

1.教材

機械工程控制基礎，陳康寧主編，西安交通大學出版社，1999年。

2.主要參考書

[1]機械工程控制基礎，王馨、陳康寧主編，西安交通大學出版社，1992年。

[2]機械工程控制基礎，楊叔子，楊克沖主編，華中理工大學出版社，1984年。

[3]機械工程控制，陽含和主編，機械工業出版社，1986年。