第一篇：機械控制工程基礎(董玉紅徐莉萍主編)教學大綱

一、課程性質和教學目的：

本課程是機械設計制造及其自動化專業基礎課程。課程對象：機械設計制造及其自動化。課程主要闡述有關自動控制技術的基礎理論。

目的：使學生基本掌握自動控制系統性能分析及設計的方法和技巧，為進一步學習后續課程及今后的實際工作打下較堅實的基礎。

要求：掌握自動控制理論的基本概念；自動控制系統數學模型的建模方法，包括微分方程傳遞函數，函數方塊圖，零極點分布圖；自動控制系統性能的時域和頻率域分析方法，重點掌握自動控制系統的穩定性，準確性及快速性的概念、指標、分析計算及校正的方法。學會分析控制系統，并能初步設計控制系統。

二、課程教學內容：

第一章 緒論

第一節 機械工程控制論基礎 第二節 控制系統的工作原理與組成 第三節 控制系統的分類與基本要求 1、4學時

2、重點： 控制系統的分類與基本要求。難點：控制系統的工作原理和組成

3、了解《機械控制工程基礎》課程特點，初步建立控制系統概念。

4、理解控制系統的工作原理。

5、掌握相關基本要求。

第二章 函數的數學模型

第一節 系統的微分方程 第二節 拉普拉斯變換和反變換 第三節 傳遞函數 第四節 系統框圖簡化 第五節 信號流圖籍梅遜公式 1、12學時

2、重點：拉普拉斯變換與反變換；傳遞函數的分析和建立；系統的框圖表示辦法。難點：利用信號流圖和梅遜公式來簡化控制系統的傳遞函數；物理系統的傳遞函數推導。

3、了解復變量、復變函數、留數定理、拉氏變換等基礎知識，了解簡單機電微分方程方法。

4、理解模型函數的基本方法和思路。

5、掌握傳遞函數的推導、簡化，理解傳遞函數的數學、物理意義。

第三章 時域分析 第一節 概論

第二節 一階系統的時間響應 第三節 二階系統的時間響應 第四節 高階系統的時間響應 第五節 穩態誤差分析與計算 1、10學時。

2、重點：一階、二階和高階系統的時間響應，誤差分析及計算。難點：時間響應的分析、計算方法及穩態誤差的分析、判斷和計算的基本方法。

3、了解低階系統的特性及其計算方法。

4、理解二階系統在單位階躍輸入作用下，瞬時響應特性及性能指標，及系統參數對系統性能的影響，學會利用公式進行性能指標的計算；

5、掌握穩定性判斷、誤差及穩態誤差的概念和計算誤差的方法。

第四章 頻域分析

第一節 概論

第二節 典型環節的頻率特性 第三節 系統開環頻率特性的繪制 第四節 閉環頻率特性 第五節 閉環系統性能分析 1、12學時。

2、重點：系統開環、閉環的頻率特性的分析、計算和物理意義。難點：時間響應的分析、計算方法及穩態誤差的分析、判斷和計算的基本方法。

3、了解極坐標圖的概念及各典型環節極坐標圖，閉環頻率特性和性能指標關系。

4、理解極坐標圖和伯德圖的物理意義。

5、掌握頻率特性基本概念，對數頻率特性繪制、穩定性判斷方法。

第五章 系統的穩定性 第一節 概論

第二節 勞斯穩定判據

第三節 奈奎斯特穩定判據

第四節 系統的相對穩定性 1、10學時。

2、重點：勞斯判據、奈奎斯特判據和系統的相對穩定性判斷。難點：擾動信號作用下的穩態誤差及計算，相對穩定性判斷的分析、計算和物理意義。

3、了解系統穩定性的基本概念。

4、理解影響穩定性的性能參數指標。

5、掌握給定信號作用下的穩態誤差及計算方法，相對穩定性的分析和判斷方法。

第六章 系統的設計校正 第一節 概論 第二節 串聯校正 第三節 PID校正 第四節 反饋校正 1、6學時。

2、重點：串聯校正、PID校正和反饋校正的功能及其校正裝置的設計過程。難點：對時域性能指標和頻域性能指標的分析、計算、控制和調節。

3、一般了解控制系統校正的概念、校正的實質、校正的方法、校正裝置的形式。

4、理解串聯相位超前校正、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校正裝置參數的方法。簡單了解反饋校正、順饋、前饋校正及復合控制。

三、教學基本要求 1.備課

每次課有教案，每個章節有重點、難點及處理方法。2.教學方法、教學手段

多媒體教學結合黑板教學，課堂講授。3.教學輔助資料

按照教材設計教案和習題集，已有習題集、CAI課件。4.實踐教學 無。

5.作業與輔導

每章集中做一次習題講解，每章上一次習題課。目的在于幫助學生鞏固所學知識，并能實際應用部分知識。習題量較為集中在第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，基本涵蓋教學內容重點和難點。考試卷面成績占總成績的70%，平時成績占總成績的30%（日常考勤和平時作業）。

四、與其它課程的聯系與分工

本課程由于涉及到控制原理與系統，并引入計算機控制系統，故要求學生學習前應具備與其關系密切的相關課程內容，如：高等數學、電工電子技術、微機原理、傳感器原理與應用、機械原理和機械設計等課程。

五、建議教材及參考教材

建議教材：《機械控制工程基礎》，作者：董玉紅、徐莉萍，出版社：機械工業出版社，時間：2005年。

六、參考書目及資料

1、《控制工程基礎》 董景新 趙長德等 清華大學出版社 1992

2、《機械工程控制基礎》楊叔子 陳克沖 華中科技大學出版社 2002年2版

3、《控制系統設計與仿真》趙文峰等 西安電子科技大學出版社 2002

七、學生閱讀書目及參考文獻

1、夏德鈐，《自動控制理論》，機械工業出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷

2、董玉紅，楊清梅編著，《機械控制工程基礎學習指導》，哈爾濱工業大學出版社，2003年

3、黃忠霖編著，《控制系統MATLAB計算及仿真》，國防工業出版社，2004年第2版。