“控制工程基础”教学大纲2012.3.4.docVIP

控制工程基础教学大纲（课程编号 适用年级 2010 非双语 一、课程中英文名称 中文名称： 控制工程基础 英文名称： Fundamentals of Control Engineering 二、授课对象与学时 授课对象： 2010级机械设计制造及其自动化专业“卓越工程师教育” 总学时： 40 其中实验（上机）学时： 独立实验课 三、本课程与其他课程的联系 先修课程： 工程数学、模拟电子技术、数字电子技术、理论力学、电工学 后续课程： 微机原理与接口技术、可编程序控制器、机电一体化系统设计、数控机床 四、课程的教学目的 《控制工程基础》是一门边缘学科。本课程将“机”、“电”有机地结合，是一门重要的专业基础课。机械设计制造及自动化专业的学生，除了学习机械方面的课程和“电”方面的课程外，还要通过本课程的学习，使学生掌握了“机” 、“电” 结合的理论基础，为以后的《机电一体化系统设计》、《数控机床》等专业课程的学习以及“毕业设计”等后续环节提供必要的基础知识。 通过学习使学生： ①掌握控制理论的发展历程； ②明确学习“控制工程基础”的重要性； ③掌握“控制工程基础”的工作原理及其组成； ④掌握“控制工程基础”动态结构图的分析、推导、化简； ⑤能够自觉地应用控制理论的专业知识对时域分析控制系统的稳定性； ⑥能够自觉地应用控制理论的专业知识对频域分析控制系统的稳定性； ⑦能够较为熟悉地掌握控制系统的校正理论。 五、课程教学的主要内容 （一） 第一章：“控制系统的基本概念（4学时）” 。 知识点：控制工程发展概况、基本类型、基本要求、工作原理及其组成； 重 点：控制工程的工作原理； 难 点：控制工程的组成。 第二章：“数学模型” （10学时） 。 知识点：控制系统的运动微分方程、非线性数学模型的线性化、拉氏变换与反变换、传递函数、方框图和信号流图、机电控制系统传递函数推导举例； 重 点：控制系统的运动微分方程和传递函数； 难 点：机电控制系统传递函数推导举例。 第三章：“时域分析”（10学时）。 知识点：典型输入信号、一阶二阶高阶系统的时间响应、误差分析与计算、稳定性分析； 重 点：稳定性分析； 难 点：高阶系统的时间响应。 第四章：“频域分析法” （12学时） 。 知识点：频率特性的基本概念、典型环节的频率特性图、开环频率特性图、频域稳定判据及稳定裕量、闭环频率特性图、频域特征量和时域性能指标、用开环频率特性分析系统的性能； 重 点：频率特性的基本概念、频域稳定判据及稳定裕量； 难 点：频域特征量和时域性能指标。 第五章：“控制系统的设计与校正” （4学时） 。 知识点：概述、PID控制规律、PID控制规律的实现、频率法设计与校正 ； 重 点： PID控制规律、频率法设计与校正； 难 点： PID控制规律的实现。 （二） “控制工程基础”工程训练： 直流电机转速控制 ① 在自动控制理论教学的基础上，控制实际的直流电机转速控制对象，加深对理论的理解。进一步理解掌握直流电机转速控制闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响。 ② 按照要求搭建直流电机转速控制系统的电路，它由给定、PID调节器、电机驱动单元、转速测量电路和输出电压反馈等几个部分组成。在参数给定的情况下，在PID调节器的补偿作用下，直流电机可以按给定的转速闭环稳定运转。 （三） 序号 实验名称 内容提要或要求 实验学时 每组人数 实验类型 主要仪器设备 01 典型环节的电路模拟与软件仿真研究 观察比例、惯性、积分、比例微分、惯性等环节的阶跃响应曲线 2 20 验证 自控试验箱 02 典型系统动态性能和稳定性分析 典型二阶系统瞬态性能指标的测试 2 20 综合 自控试验箱 03 水箱液位控制实验 水箱水位自动控制系统的综合实验 2 20 综合 自控试验箱 04 备注：以上试验均由独立实验课《机电控制技术实践》承担 六、教材和主要参考资料 教材《控制工程基础》王积伟、吴振顺 主编 高教出版社/自编多媒体课件 参考资料《机电控制工程基础》 左健民 主编 机械工业出版社 《机械控制工程》 阳含和 主编 机械工业出版社 《自动控制原理》 李友善 主编 国防工业出版社 《控制工程基