第一篇：機械工程控制基礎總結--高建明
《機械工程控制基礎》考試總結
山工機電工程學院高建明
本次試點本科考試已結束，成績已公布，現針對輔導過程中出現的問題做如下總結。
所做的工作：
一、參加了輔導培訓，明確了輔導思路。
參加了山東大學組織的輔導培訓，明確了考試的要求和動態，把握了考試難點和要求，更好的把握了輔導要求和力度，為更好的搞好輔導奠定了堅實的基礎。
二、認真細心的做好了備課，準備了高質量的輔導材料。
拿到教材后首先認真通讀了教材，從大的方面將本課程考試可能涉及到的知識點做了總結和歸納，為后續的備課做好了準備，鑒于試點本科輔導密度大的特點，集中時間提前將所有課程準備完畢，準備了高質量充足的輔導材料，包括知識點總結、國考歷年真題、多套考前模擬題等等。
三、統一學生思想，幫助樹立正確的學習態度，掌握正確的學習方法。
鑒于學生對試點本科政策認識不到位，不全面的客觀情況，抽出專門時間對試點本科的相關政策進行了詳細和客觀的解讀，讓學生認識到試點本科的學習對自身能力的提高以及對個人職業生涯都可能會起到很大的作用，使其學習態度更加端正，變被動為主動，提高學習效率。結合自身經歷，幫助學生尋找更適合自己的學習方法，增加學習時間的同時，利用正確的學習方法，提高學習效率，提高考試通過率。
四、嚴格考勤，通過嚴格紀律約束，保證學習時間。
建立點名冊，嚴格考勤，保證了學生的到課率。單獨組建試點本科班，配備專用教室，保證上課時間的同時，也給學生提供了良好的學習氛圍，有力的保證了學習時間，事實證明效果良好。出現的問題：
一、部分學生學習主動性不強，不善思考，不善討論，不善相互學習，在以后輔導過程中應尋找解決此方面的問題的方法。
二、部分同學對布置的作業不能高質量的、及時的完成，跟不上老師的輔導節奏，耽誤了進度。
三、分析成績時發現有8名同學成績為57分，從中可以看出在輔導中更應注意“臨界”及格的這部分同學，如果在考前復習上稍加用心就能過關，此現象值得思考。
總之，本次考試在各級各位領導的指導和關心下，在各位同事的幫助下，在同學們的努力配合下，結果雖差強人意，但及格率比及其他科目還有不小差距，今后會全面反思，做好工作，爭取取得更好的成績。
第二篇：機械工程控制基礎教學大綱
《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。
第三篇：機械工程控制基礎教案
第一章 緒論
[教學內容]
1．控制理論學科的發展概況
2．控制理論的研究對象
3．控制系統的工作原理及基本要求
4．學習目的和學習方法
[教學安排]
安排的教學時數：4學時
[知識點及基本要求]
了解機械控制工程理論的由來和發展，了解其在機械制造領域中的作用。熟悉有關“反饋與反饋控制”的基本概念。學習分析具體控制系統的組成環節，知道系統的被控對象、被控量、擾動量、控制量等，會畫工作原理方框圖。
[重點和難點]
反饋與反饋控制；
控制系統的概念；
[教學法設計]
應用多媒體課件，開展案例教學。
第二章 控制系統的數學模型
[教學內容]
1．控制系統動態微分方程的建立以及非線性方程的線性化；
2．傳遞函數的概念及傳遞函數方塊圖的簡化方法；
3．典型環節的傳遞函數；
[教學安排]
本章安排的教學時數：6學時
2.1.1 線性系統與非線性系統；2.1.2 線性系統微分方程的列寫；2.1.3系統非線性微分方程的線性化。安排2學時。
2.2.1 傳遞函數的定義；2.2.2傳遞函數的常見形式；2.3.1控制系統的基本聯接方式；2.3.2擾動作用下的閉環控制系統。安排2學時
2.3.3 傳遞函數方塊圖的繪制；2.3.4傳遞函數方塊圖的變換；2.3.5傳遞函數方塊圖的簡化。安排2學時。
2.4 典型環節的傳遞函數。安排2學時。
[知識點及其基本要求]
2.1 控制系統的微分方程
線性系統與非線性系統，以質量-彈簧系統等為例引出線性系統與非線性系統的概念，讓學生對概念有明確的理解；
線性系統微分方程的列寫，是本次課的重點，通過力學、電學等方面的實例讓學生掌握動態系統建模的方法；
系統非線性微分方程的線性化，讓學生理解非線性動態微分方程線性化的處理方法。
2.2 傳遞函數
傳遞函數的定義，是本次課的重點講解內容，通過實例讓學生理解為什么要引入傳遞函數表述動態系統；
傳遞函數的常見形式，讓學生了解它的多種表達方式；
控制系統的基本聯接方式，主要掌握串聯、并聯和反饋控制等基本聯接方式；
擾動作用下的閉環控制系統。
3.3傳遞函數方塊圖的繪制；
傳遞函數方塊圖的變換，是學生掌握的重點和難點；
傳遞函數方塊圖的簡化，通過大量的訓練能熟練掌握。
2.4典型環節的傳遞函數
了解每一個典型環節的傳遞函數表達的含義，并能熟練掌握傳遞函數的表達式。
[重點和難點]
傳遞函數的定義；
傳遞函數方框圖的變換和簡化。
[教學法設計]
多種實例分析貫穿本章教學始終，做到舉一反三，全面理解和熟練應用。
[應用]
以例子穿插講解。
[板書設計]
結合多媒體課件，進行教學。
第三章 控制系統的時域分析
[教學內容]
1．時間響應的基本概念及其組成，幾種典型的輸入信號；
2．一階系統的時間響應，二階系統的時間響應；
3．控制系統的動態性能指標；
4．控制系統的穩定性。
[教學安排]
本章安排的教學時數：8學時
3.1.1 時間響應及其組成；3.1.2 典型輸入信號；3.2一階系統的時間響應。
安排2學時。
典型輸入信號：單位階躍信號、單位斜坡信號、單位加速度信號、單位脈沖信號、單位脈沖信號、單位正弦信號；
一階系統的時間響應介紹一階系統在單位階躍信號和單位脈沖信號輸入下的響應。
3.3 二階系統的時間響應。安排2學時
介紹二階系統的數學模型以及二階系統在單位階躍信號和單位脈沖信號輸入下的響應。
3.5 控制系統的動態性能指標。安排2學時。
介紹欠阻尼狀態下的二階系統在單位階躍輸入的響應下瞬態響應指標：上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間，并舉例求響應的響應指標。
3.6 控制系統的穩定性。安排2學時。
穩定性的基本概念及線性系統穩定的充要條件，Routh（勞斯）穩定判據
[知識點及其基本要求]
3.1 時間響應與典型輸入信號
時間響應的概念，以質量-彈簧系統為例介紹時間響應的組成：瞬態響應與穩態響應，為單位反饋系統時，其偏差與誤差相等。
選取典型輸入信號的基本原則，單位階躍信號、單位斜坡信號、單位加速度信號、單位脈沖信號、單位脈沖信號、單位正弦信號等典型信號的產生與數學表達式及其拉氏變換；
3.2 一階系統的時間響應
一階系統的微分方程及其傳遞函數，一階系統的單位階躍響應及其性能參數，一階系統的單位脈沖響應。
3.3 二階系統的時間響應
二階系統的微分方程及其傳遞函數，分情況討論欠阻尼系統、臨界阻尼系統、過阻尼系統、零阻尼系統。
二階系統的單位階躍響應，討論二階系統在不同阻尼情況下的單位階躍響應。二階系統在不同阻尼情況下的單位脈沖響應。
3.5 控制系統的動態性能指標
瞬態響應的性能指標，根據欠阻尼狀態下的二階環節對單位階躍輸入的時間響應，性能指標包括上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間。舉例進行介紹如何理解與求解這些性能指標。
3.6 控制系統的穩定性
穩定性的基本概念，線性系統穩定的充要條件，判斷控制系統穩定性的方法有兩大類：直接求解系統特征方程，根據極點分布來判定系統穩定性，另一類是不求解特征方程的間接方法—Routh（勞斯）穩定判據。
[重點和難點]
二階系統時間響應；
控制系統的動態響應指標。[教學法設計]
時間響應基本概念以及典型輸入信號通過直接法給出；
通過實例分析計算控制系統的時間響應以及時間性能指標的計算，Routh（勞斯）穩定判據的計算。
[應用]
以例子穿插講解。
[板書設計]
結合多媒體課件，進行教學。
第四章 控制系統的頻域分析
[教學內容]
（1）頻率特性的基本概念
（2）頻率特性圖示方法（典型環節Nyquist圖和Bode圖）
（3）頻率特性的特征量、最小相位系統
（4）系統穩定性的初步概念、Routh判據
（5）Nyquist穩定性判據和Bode穩定性判據、（6）系統的相對穩定性 [教學安排]
計劃學時數：8 學時
（1）頻率特性的基本概念，2學時；
（2）頻率特性圖示方法（典型環節Nyquist圖和Bode圖），4學時；
（3）頻率特性的特征量、最小相位系統，2學時；
（4）系統穩定性的初步概念、Routh判據，2學時；
（5）Nyquist穩定性判據和Bode穩定性判據，4學時；
（6）系統的相對穩定性，2學時；
[知識點及其基本要求]
了解頻率特性的定義及求法；熟悉典型環節頻率特性的Nyquist圖和Bode圖；掌握一般系統Nyquist圖和Bode圖的畫法（注意畫圖步驟和圖面標注）；能應用代數判據和幾何判據完成系統穩定性的判別；理解系統頻域性能指標及其與時域指標的關系；理解什么是相對穩定性，掌握穩定裕量的計算方法。
[重點和難點]
典型環節的Nyquist圖和Bode圖；
穩定性的幾何判據；
穩定裕量的計算
[教學法設計]
通過工程實例引入頻率特性的概念；
使用MATLAB仿真案例
[板書設計]
結合多媒體課件，進行教學。
第五章 控制系統的誤差分析
[教學內容]
1．控制系統的誤差與偏差以及兩者之間的對應關系；
2．瞬態過程與穩態過程、瞬態誤差與穩態誤差、靜態誤差與動態誤差；
3．靜態誤差和動態誤差的計算。
[教學安排]
本章安排的教學時數：6
5．1 誤差的概念；5．2 系統的類型。安排2學時。
結合定義強調誤差與偏差的不同以及兩者的對應關系；
結合定義強調各誤差不同、影響因素；
5．3 靜態誤差；5．4 動態誤差。安排2學時。
不同類型系統的靜態誤差系數、不同輸入信號作用下的靜態誤差；結合實例進行控制系統的靜態誤差的計算。
系統的動態誤差系數計算；結合實例進行控制系統的動態誤差的計算。[知識點及其基本要求]
5．1 誤差的概念
一、誤差與偏差
控制系統的誤差是系統的實際輸出與期望輸出的差；控制系統的偏差是系統的輸入信號與反饋信號的差。兩者定義是不同的，但是它們都是表示控制系統精度的量，都反映控制系統的穩態性能，并且它們之間具有確定的對應關系。控制系統為單位反饋系統時，其偏差與誤差相等。
二、瞬態過程與瞬態誤差
瞬態過程反映控制系統的動態響應性能，主要體現在系統對輸入信號的響應速度和系統的穩定性這兩個方面；對于穩定的系統，實際上瞬態誤差在時間大于調整時間后可以認為基本衰減為零。
控制系統的誤差主要是穩態誤差。
三、穩態過程與穩態誤差
穩態過程反映控制系統的穩態響應性能，它主要表現在系統跟蹤輸入信號的準確度或抑制干擾信號的能力上；穩態誤差是評價控制系統穩態性能的主要指標，是隨時間變化的量，與系統及其輸入信號的特性有關。它分為靜態誤差和動態誤差兩類。
四、靜態誤差和動態誤差
靜態誤差是系統穩態誤差的極限值，其大小取決于系統靜態誤差系數；動態誤差是控制系統穩態誤差的過程量，反映穩態誤差的變化規律，其大小取決于系統的動態誤差系數和輸入信號及其各階導數。
5．2 系統的類型
靜態誤差為零的系統是無差系統，系統是有差系統還是無差系統取決于系統的類型和輸入信號的形式。
5．3 靜態誤差
一、不同類型系統的靜態誤差系數
二、不同輸入信號作用下的靜態誤差
三、結合實例進行控制系統的靜態誤差的計算。
5．4 動態誤差
一、系統的動態誤差系數計算
二、結合實例進行控制系統的動態誤差的計算。
[重點和難點]
系統的動態誤差系數計算；
控制系統的動態誤差的計算。
[教學法設計]
采用對比分析各定義的異同，逐步引出靜態誤差、動態誤差；
通過實例分析計算控制系統的靜態誤差、動態誤差。
[應用]
例1：已知系統1和系統2的開環傳遞函數分別為
試計算其靜態誤差系數和動態誤差系數。
例2：對于上例，試計算當控制輸入信號分別為
時的靜態誤差和動態誤差。
[板書設計]
結合多媒體課件，進行教學。第六章 控制系統的綜合與校正
[教學安排]：
教學時數 6；
教學手段：多媒體教學與仿真試驗；
教輔工具：仿真軟件MATLAB與MULTISIM；
教學法：形象比喻、設疑、思考、啟發、仿真演示與結論；
[知識點及其基本要求]
滯后與超前的含義；
滯后容易理解，但系統為什么能做到超前（因為系統信號是有規律的）；
系統為什么不穩定，不穩定的實質是什么：系統反映過慢，對高頻不能做出及時響應。
系統要穩定，有兩種情況，（1）系統反映很快，在高頻時，幅值與相位誤差均很小；（2）系統反映較慢，在高頻時，幅值與相位誤差均很大，既對高頻不敏感。比喻：大雪天不摔跤的兩種人：反映快或反映慢走路很小心的人。
然后搞清楚校正的實質是什么？
舉例說明超前順饋校正提高穩定性與響應快速性的方法。
[重點和難點]
掌握系統不穩定的實質；
校正的實質。
[教學法設計]
一、用matlab仿真：（1）相位差超過180度，而幅值仍然大于1的系統；（2）觀察這種情況下的反饋系統穩定性；分析原因，提出解決方案，同時理解校正的概念；
用電路仿真，學生觀察信號的超前與滯后，并理論計算超前角與滯后角，與仿真結果相比較；
二、設計PID校正，并分析輸入與輸出的關系；
用電路仿真，觀察輸入與輸出的情況，比對學生的思考。
[應用]
超前順饋校正舉例說明提高穩定性與響應快速性的方法。
第四篇：機械工程控制基礎第1階段測試題
江南大學現代遠程教育 第一階段測試卷
考試科目:《機械工程控制基礎》（第一章、第二章）（總分100分）時間：90分鐘
學習中心（教學點）批次： 層次： 專業： 學號： 身份證號： 姓名： 得分：
一、單項選擇題（本題共15小題，每小題2分，共30分。）
3?(t)?xo(t)?xo(t)?xi(t)x1、某系統的微分方程為 o則它是（）。
A、線性定常系統 B、線性系統 C、非線性系統 D、非線性時變系統
2、開環系統的控制信號取決于（）。
A、系統的實際輸出 B、系統的實際輸出與理想輸出之差 C、輸入與輸出之差 D、輸入
3、機械工程控制論的研究對象是（）。
A、機床主傳動系統的控制論問題 B、高精度加工機床的控制論問題 C、自動控制機床的控制論問題 D、機械工程領域中的控制論問題
4、對于控制系統，反饋一定存在與于（）。
A、開環系統 B、線性定常系統 C、閉環系統 D、線性時變系統
5、閉環系統的特點是系統中存在（）。
A、執行環節 B、運算放大環節 C、反饋環節 D、比例環節
6、開環控制系統的特點是（）。
A、不能實行計算機控制 B、存在信息反饋 C、容易引起不穩定 D、結構簡單，成本低
7、線性定常系統的微分方程為 ??(t)?2xo?(t)?3xo(t)?4xi(t)xo則該系統極點為（）。
A、s1??1?j2;s2??1?j2;B、s1?C、2?j;s2?2?j;
s1?2?j;s2?2?j;s3?0 D、以上都對
8、系統數學模型是指（）的數學表達式。
A、輸入信號 B、輸出信號 C、系統的動態特性 D、系統的特征方程
9、系統傳遞函數為 G(s)=2 /(2s+3s+1)，則系統放大系數為（）。A、0.5 B、1 C、2 D、無法確定
10、下圖所屬環節為（）。
A、微分環節 B、積分環節 C、導前環節 D、慣性環節
11、以下傳遞函數屬于振蕩環節的是（）。
A、G(s)=(2s+1)/(s+3s+2)B、G(s)=1 /(s+3s+2)C、G(s)=1 /(s+s+1)D、G(s)=(2s+1)/(s+s+1)
12、以下關于信息的說法正確的是（）。
A、不確定性越小的事件信息量越大 B、不確定性越大的事件信息量越大 C、越大的事件信息量越大 D、越小的事件信息量越大
13、某傳遞函數 G(s)=K1+K2(1/s)+K3s，則它是由（）組成的。A、比例環節 B、微分環節 C、慣性環節 D、PID環節
14、以下關于系統數學模型說法正確的是（）。A、只有線性系統才能用數學模型表示 B、所有系統都可用精確的數學模型表示 C、建立系統數學模型只能用分析法
D、同一系統可以用不同形式的數學模型進行表示
15、在下列系統或過程中不存在反饋的有（）。A、抽水馬桶 B、電飯煲 C、并聯的電燈 D、教學過程
222
2二、填空題（本題共6小題，每空1分，共10分）
1、自動控制系統按元件的靜態特性分類，可分為：_____________和_____________。
2、、和準確性是對自動控制系統性能的基本要求。
3、線性系統符合疊加原理,線性系統初始條件為零時,幾個輸入信號同時作用在系統上所產生的輸出信號等于 的和。
4、用時域法分析控制系統時，最常用的典型輸入信號是________。
5、當二階系統的特征方程的兩根為_____________________________時,系統稱為臨界阻尼系統；兩根為_____________________________時，系統稱為欠阻尼二階系統；兩根為_____________________________時，系統稱為過阻尼二階系統。
6、一階系統1 /(Ts+1)的單位階躍響應為。
三、簡答題(本題共2小題，每小題5分，共10分)
1、控制系統中常用的典型信號有哪些？
2、定值控制系統、伺服系統和程序控制系統各有什么特點？
四、計算題（本題共4小題，每小題10分，共40分）
1、下圖所示系統中，m1、m2是質量，k為彈簧的彈性系數，摩擦力為零，f（t）為外力，x1（t）、x2（t）位移。求系統的微分方程、動態框圖和傳遞函數 X2（s）/F（s）。
2、若某線性定常系統在單位階躍輸入作用下，其輸出為y(t)?1?e?2t?2e?t。試求系統的傳遞函數。
3、系統如圖所示，求C（s）/R（s）。
4、求下圖所示機械系統的微分方程。圖中M為輸入轉矩，Cm為圓周阻尼，J為轉動慣量。
五、應用題（本題共1小題，每小題10分，共10分）
下圖為恒溫箱的溫度自動控制系統，當恒溫箱溫度變化時，試述系統的調節過程，畫出系統的原理方框圖，指出系統屬于哪一種類型？
電壓放大器ΔU＝Ur-Uf熱電偶電阻絲功率放大器電機減速器調壓器～220
附：參考答案：
一、單項選擇題（本題共15小題，每小題2分，共30分）
1、C
2、D
3、D
4、C
5、C
6、D
7、A
8、C
9、B
10、D
11、C
12、B
13、D
14、D
15、C
二、填空題（本題共6小題，每空1分，共10分）
1、線性控制系統 非線性控制系統
2、穩定性 快速性
3、各輸入信號單獨作用時所產生的輸出信號
4、單位階躍信號
5、兩相等的負實數根 兩共軛復數根 兩不相等的負實數根
y(t)?1-e－t/T6、三、簡答題(本題共2小題，每小題5分，共10分)
1、答：單位階躍函數、單位斜坡（速度）函數、單位加速度（拋物線）函數、單位脈沖函數和正弦函數。
2、答：定值控制系統的輸入量是恒值，不變。伺服系統的輸入量是變化的，卻變化規律是未知的。程序控制系統的輸入量是變化的，變化規律是已知的。各種系統都要求被控量與輸入量一致，誤差在允許范圍內。
四、計算題（本題共4小題，每小題10分，共40分）
1、解：微分方程是??1x?f(t)?k(x2?x1)?m1? ??k(x?x)?mx1222?X2(s)?取拉普拉斯變換,得
k[X1(s)?X2(s)]m2s2F(s)?k[X2(s)?X1(s)]X1(s)?m1s
2化簡框圖時可按虛線移動分支點。也可用梅森公式，一條前向通路，2個回路。
X2(s)k ?2F(s)s(m1m2s2?km1?km2)
2、解：由傳遞函數的定義有
?
3、解：由圖可得 1s112 Y(s)???ss?2s?12s2?6s?2Y(s)/Xi(s)?2s?3s?2Xi(s)?
G3G4G3G4G2G3G41?G3G4H1?G3G4H21?G3G4H1?G2G3H21?G3G4H11?G2??1?G3G4H1G4G2G3G4G1?C(s)G1G2G3G41?G3G4H1?G2G3H2??G2G3G4R(s)1?G3G4H1?G2G3H2?G1G2G3G4H31?G1??H31?G3G4H1?G2G3H2G2?
4、解：設系統輸入為M(即M(t))，輸出為θ(即θ(t))，分別對圓盤和質塊進行動力學分析，???C???M?J?m?Rk(R??x)列寫動力學方程如下：?
??cx?k(R??x)?m?x?消除中間變量x，即可得到系統動力學方程
????(R2km?Cc?kJ)????k(cR2?C)???mM???cM??kM mJ?(4)?(mCm?cJ)?mm
五、應用題（本題共1小題，每小題10分，共10分）
解：當恒溫箱溫度低于（高于）設定溫度值時，則有Uf
設定溫度值ΔU電壓、功率放大器控制電機減速器熱電偶調壓器恒溫箱
第五篇：《機械工程控制基礎》課程電子教案
《化工過程控制原理》課程教案
一、課程概況
這是一門化工類各專業必修的專業基礎課。通過本課程的學習，要求學生掌握自動控制的基本原理和概念，并具備對自動控制系統進行分析、計算、實驗的初步能力，從理論上為后繼專業課程的學習創造必要的條件，為學生將來從事工業自動化專業的工程技術工作和科研工作打下堅實的基礎。計劃理論32學時，實驗8學時。
二、學習本課程必備的理論基礎、高等數學和工程數學是本課程的重要基礎，學生在學習本課程前，應具備微分方程、差分方程、復變函數、積分變換、矩陣等有關數學知識。、電路與磁路、電子技術基礎兩門課程，是本課程的先修課程。、學生在學習本課程前，需要有一定的化工、電機、自動控制元件等方面知識。
三、課程主要內容和學時分配 第一章 緒論
主要內容：自動控制的現狀與發展、基本概念，自動控制系統的組成機構；自動控制系統的分類、基本要求，自動控制理論的發展歷史。
基本要求：（1）了解化工過程控制論的基本含義和研究對象,學習本課程的目的和任務；掌握廣義系統動力學方程的含義。（2）了解系統、廣義系統的概念，了解系統的基本特性；了解系統動態模型和靜態模型之間的關系。（3）掌握反饋的含義，學會分析動態系統內信息流動的過程，掌握系統或過程中存在的反饋。（4）了解廣義系統的幾種分類方法；掌握閉環控制系統的工作原理、組成；學會繪制控制系統的方框圖。（5）了解控制系統中基本名詞和基本變量。（6）了解正反饋、負反饋、內反饋、外反饋的概念。（7）了解對控制系統的基本要求。
重點：（1）學會用系統論、信息論的觀點分析廣義系統的動態特性、信息流，理解信息反饋的含義及其作用。（2）掌握控制系統的基本概念、基本變量、基本組成和工作原理；繪制控制系統方框圖。
難點 ：廣義系統的信息反饋及控制系統方框圖的繪制。第二章 系統的數學模型
主要內容：系統的微分方程、傳遞函數；傳遞函數方框圖、相似原理；MATLAB描述。基本要求：（1）了解數學模型的基本概念。能夠運用動力學、電學及專業知識，列寫機械系統、電子網絡的微分方程。（2）掌握傳遞函數的概念、特點，會求傳遞函數的零點、極點及放大系數。（3）能夠用分析法求系統的傳遞函數。（4）掌握各個典型環節的特點，傳遞函數的基本形式及相關參數的物理意義。（5）了解傳遞函數方框圖的組成及意義；能夠根據系統微分方程，繪制系統傳遞函數方框圖，并實現簡化，從而求出系統傳遞函數。（6）掌握閉環系統中前向通道傳遞函數、開環傳遞函數、閉環傳遞函數的定義及求法。掌握干擾作用下，系統的輸出及傳遞函數的求法和特點。（7）了解相似原理的概念。（8）了解系統的狀態空間表示法，了解MATLAB中，數學模型的幾種表示法。
重點：（1）系統微分方程的列寫。（2）傳遞函數的概念、特點及求法；典型環節的傳遞函數。（3）傳遞函數方框圖的繪制及簡化。
難點：（1）系統微分方程的列寫。（2）傳遞函數方框圖的繪制及簡化。第三章 系統的時間響應分析
主要內容：時間響應的基本概念、典型輸入信號及其變換；一階系統的響應特性；二階系統響應；系統誤差分析與計算、高階系統；單位脈沖函數在時間響應中的作用；MATLAB函數命令及其應用。
基本要求：（1）了解系統時間響應的組成；初步掌握系統特征根的實部和虛部對系統自由響應項的影響情況，掌握系統穩定性與特征根實部之間的關系。（2）了解控制系統時間響應分析中的常用的典型輸入信號及其特點。（3）掌握一階系統的定義和基本參數，能夠求解一階系統的單位脈沖響應、單位階躍響應及單位斜坡響應；掌握一階系統時間響應曲線的基本形狀及意義。掌握線性系統中，存在微分關系的輸入，其輸出也存在微分關系的基本結論。（4）掌握二階系統的定義和基本參數；掌握二階系統單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統阻尼比之間的對應關系；掌握二階系統性能指標的定義及其與系統特征參數之間的關系。（5）了解主導極點的定義及作用；（6）掌握系統誤差的定義，掌握系統誤差與系統偏差的關系，掌握誤差及穩態誤差的求法；能夠分析系統的輸入、系統的結構和參數以及干擾對系統偏差的影響。（7）了解單位脈沖響應函數與系統傳遞函數之間的關系。
重點：（1）系統穩定性與特征根實部的關系。（2）一階系統的定義和基本參數，一階系統的單位脈沖響應、單位階躍響應及單位斜坡響應曲線的基本形狀及意義。（3）二階系統的定義和基本參數；二階系統單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統阻尼比之間的對應關系；二階系統性能指標的定義及其與系統特征參數之間的關系。（4）系統誤差的定義，系統誤差與系統偏差的關系，誤差及穩態誤差的求法；系統的輸入、系統的結構和參數以及干擾對系統偏差的影響。
難點 ：（1）二階系統單位脈沖響應曲線、單位階躍響應曲線的基本形狀及其振蕩情況與系統阻尼比之間的對應關系；二階系統性能指標的定義及其與系統特征參數之間的關系。（2）系統的輸入、系統的結構和參數以及干擾對系統偏差的影響。第四章 系統的頻率特性分析
主要內容：頻率特性概念、特點、作用、求取方法；圖示方法（極坐標圖、對數坐標圖）；頻率特性的特征量、最小相位與非最小相位系統的概念；MATLAB分析頻率特性方法。
基本要求：1．掌握頻率特性的定義和代數表示法以及與傳遞函數、單位脈沖響應函數和微分方程之間的相互關系；掌握頻率特性和頻率響應的求法；掌握動剛度與動柔度的概念。2．掌握頻率特性的圖和
圖的組成原理，熟悉典型環節的圖和
圖和
圖的特點及其繪制，掌握一般系統的的圖的特點和繪制。3．了解閉環頻率特性與開環頻率特性之間的關系。4．掌握頻域中性能指標的定義和求法；了解頻域性能指標與系統性能的關系。5．了解最小相位系統和非最小相位系統的概念。
重點：1．頻率特性基本概念、代數表示法及其特點。2．頻率特性的圖示法的原理、典型環節的圖示法及其特點和一般系統頻率特性的兩種圖形的繪制。3．頻域中的性能指標。
難點：1．一般系統頻率特性圖的畫法以及對圖形的分析。2．頻域性能指標和時域性能指標之間的基本關系。第五章 系統的穩定性
主要內容：穩定性的概念與條件；穩定性判據，包括Routh、Nyquist、Bode等三種方法；相對穩定性；MATLAB分析穩定性的方法。
基本要求：1．了解系統穩定性的定義、系統穩定的條件；2．掌握件和充要條件，學會應用
判據的必要條
判據判定系統是否穩定，對于不穩定系統，能夠指出系統包含不穩定的特征根的個數；3．掌握Nyquist判劇；4．理解Nyquist圖和Bode圖之間的關系； 5．掌握Bode判劇；6．理解系統相對穩定性的概念，會求相位裕度和幅值裕度，并能夠在Nyquist圖和Bode圖上加以表示。
重點：1．Routh判劇、Nyquist判劇和Bode判劇的應用；2．系統相對穩定性；相位裕度和幅值裕度求法及其在Nyquist圖和Bode圖的表示法。
難點：Nyquist判劇及其應用。第六章 系統的性能指標與校正
主要內容：性能指標、校正的概念與目的；校正的方法，包括串聯、PID、反饋、順饋等；MATLAB設計系統校正的方法。
基本要求：（1）了解系統時域性能指標、頻域性能指標和綜合性能指標的概念；了解頻域性能指標和時域性能指標的關系。（2）了解系統校正的基本概念。（3）掌握增益校正的特點；熟練掌握相位超前校正裝置、相位滯后校正裝置和相位滯后—超前校正裝置的模型、頻率特性及有關量的概念、求法及意義；掌握各種校正裝置的頻率特性設計方法；熟練掌握各種校正的特點。（4）掌握PID校正的基本規律及各種調節器的特點；掌握PID調節器的工程設計方法。（5）掌握反饋校正、順饋校正的定義、基本形式、作用和特點。
重點：（1）各種串聯無源校正裝置的模型、頻率特性及有關量的概念、求法及意義；各種校正裝置的特點及其設計方法。（2）PID校正的基本規律及各種調節器的特點；PID調節器的工程設計方法。（3）反饋校正、順饋校正的定義、基本形式、作用和特點。
難點：（1）各種串聯無源校正裝置的設計。（2）PID調節器的工程設計方法。
四、教材與參考文獻目錄
教材：《自動控制原理》，巨林倉等編著，中國電力出版社出版 參考文獻：
1.《自動控制原理》，李友善主編，朱克定主審，國防科技大學出版社出版 2.《自動控制原理》，孫虎章主編，中央廣播電視大學出版社出版 3.《自動控制原理》，胡壽松主編，國防工業出版社出版（第四版）4.《自動控制原理》，周其節主編，華南理工大學出版社出版
五、實驗教學目標與基本要求
實驗是該課程重要的實踐教學環節。目的旨在：驗證理論知識，通過實驗加強學生的實驗手段與實踐技能；掌握常用電工儀器儀表的使用方法，培養學生分析問題、解決問題、應用知識的能力和創新精神；學生自行設計、自主實驗，真正培養學生的實踐動手能力，全面提高學生的綜合素質。
1．動手能力的培養： 通過實驗，使學生對實驗所用儀器、設備單元的用途和使用方法有足夠的了解和掌握，并且要求學生做到：能夠獨立分析和排除實驗用儀器、設備單元的常見故障；能夠利用現有實驗裝置和儀器、儀表正確獲取、處理實驗數據。2．組織實驗能力的培養：要求學生按照實驗項目的原則要求和指標要求，自行擬定實驗提綱，自行設計組織實驗，自行設計實驗方案，自行設計實驗表格，自行決定需要測取的實驗數據，自行決定實驗小組人數，自行安排實驗進程。最終上交完整合格的實驗報告。
3．分析問題和解決問題能力的培養：實驗中只向學生提供必要且完整的實驗裝置說明，提出實驗目的、實驗要求，以及欲達到的實驗指標。要求學生能夠正確運用學過的理論知識，通過實驗掌握系統的調試方法，提高工程設計能力。
4.思維能力和創新能力的培養：通過啟發、組織學生設計創新性實驗，活躍學生的學術思想，使其對所學內容提出一些新的見解，進而 提高學生的創新能力。
5．綜合素質的培養：通過對實驗準備、實驗過程組織以及實驗報告整理書寫（實驗報告中含實驗數據分析等內容）等項要求的不斷調整，全面提高學生的綜合素質，為進一步接觸實踐，走向社會打下堅實的基礎。
六、實驗項目及教學安排
1．MATLAB軟件及其應用仿真
2學時； 2.典型環節及二階系統的暫態過程分析 2學時； 3.線性系統頻率特性的測試 1學時；4.PID控制器的動態特性
1學時；
七、實驗教材及參考書
《自動控制實驗指導書》，《MATLAB語言及其應用》
八、教學方法與手段
多媒體課件教學，將計算機輔助軟件 MATLAB 應用于本課程教學，避免了繁瑣的數學推導和計算，化抽象為具體，通過仿真，使學生更直觀的掌握本課程的基本概念。
九、考核方式和成績評定
考核分為二部分：一是平時作業、課堂測驗和實驗成績，占總成績的 40% ；二是該課程的期末考試，占總成績的 60%。
期末考試試題按 6 ： 3 ： 1 的比例選取與編制，60 分基本題，以考核基本概念為主，可以填空、簡答與計算題的形式出題。30 分中等難度考題，以考核重點內容為主，形式主要為分析與計算題。10 分為提高題，以考核基本內容中具有較大難度和方法較為靈活的試題為主，能綜合應用所學的知識，形式為分析計算題。
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