《机械工程控制基础》课程教学大纲-版(可编辑修改word版)
《机械工程控制基础》课程教学大纲
课程名称：机械工程控制基础
英文名称：Control Fundamental of Mechanical Engineering
课程编码：51510502
学时/学分：36/2
课程性质：必修课
适用专业：机械类各专业
先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）
一、课程的目的与任务
《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。
本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。
本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。
在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。
学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。
二、教学内容及基本要求
第一章绪论
教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。
教学重点和难点：1．系统及其模型
2.反馈和反馈控制
3.系统的基本要求
教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
1.1控制工程概述
1.2系统的分类
1.3对控制系统的基本要求
1.4控制工程的发展
1.5本课程的主要内容和学习方法
复习与作业要求：结合学习进度，适当安排思考题，习题量适中或较少为宜。
考核知识点：系统；反馈和反馈控制；系统的分类；对控制系统的基本要求
辅助教学活动：无
第二章控制系统的数学模型
教学目的和要求：了解微分方程的列写方法及相关知识，掌握传递函数的概念和特点，熟悉典型环节的传递函数，熟练掌握传递函数方框图及其简化，理解相似系统。
教学重点和难点：1．传递函数
2.传递函数方框图及其简化
3.相似系统
教学方法与手段：以课堂讲授为主，本章重点部分应详解精讲，尽量采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
2.1系统的微分方程
2.2拉氏变换及拉氏反变换
2.3系统的传递函数
2.4系统的方框图及其简化
2.5相似系统
复习与作业要求：结合学习进度，适当安排思考题和练习题，习题量宜适中。
考核知识点：传递函数；典型环节的传递函数；传递函数方框图及其简化；相似原理辅助教学活动：无
第三章控制系统的时域分析
教学目的和要求：了解时间响应及其组成，深刻理解一阶、二阶系统的时间响应分析，熟练掌握和应用一阶、二阶系统的性能指标计算，了解高阶系统的时间响应分析，了解
并基本掌握系统误差分析与计算方法。
教学重点和难点：1．时间响应及其组成
2．一阶、二阶系统的时间响应分析
3、二阶系统响应的性能指标
教学方法与手段：以课堂讲授为主，本章重点部分应详解精讲，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
3.1时间响应及典型输入信号
3.2一阶系统的时域分析
3.3二阶系统的时域分析
3.4高阶系统的时域分析
3.5系统误差分析
复习与作业要求：结合学习进度安排练习题，习题量可适当加大。
考核知识点：一阶、二阶系统的单位脉冲、单位阶跃响应；一阶、二阶系统响应的性能指标
辅助教学活动：无
第四章控制系统的频域分析
教学目的和要求：理解频率特性及相关概念，熟练掌握频率特性的图示方法，了解最小相位系统与非最小相位系统的概念，了解频域性能指标。
教学重点和难点：1．频率特性的概念
2．频率特性的图示方法
教学方法与手段：以课堂讲授为主，本章重点部分应详解精讲，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
4.1频率特性概述
4.2频率特性的极坐标图
4.3频率特性的对数坐标图
4.4频域性能指标与时域性能指标间的关系
复习与作业要求：结合学习进度，适当安排练习题，习题量宜适中。
考核知识点：频率特性的概念；频率特性的求法；典型环节的Nyquist 图；典型环节的Bode 图；绘制系统Bode 图的步骤
辅助教学活动：无
第五章控制系统的稳定性分析
教学目的和要求：掌握稳定性的定义和条件，了解系统稳定性的初步概念和相关提法，
熟练掌握和应用Routh 稳定判据，了解Nyquist 稳定判据和Bode 稳定判据，并进而了解系统相对稳定性的概念的求法。
教学重点和难点：1．系统稳定性的初步概念
2．Routh 稳定判据
3．Nyquist 稳定判据
4．系统的相对稳定性
教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
5.1稳定性的初步概念
5.2稳定性判据
5.3系统的相对稳定性
复习与作业要求：结合学习进度，适当安排练习题，习题量适中或较少为宜。
考核知识点：稳定的定义和条件；关于稳定性的一些提法；Routh 稳定判据；相对稳定性
辅助教学活动：无
第六章控制系统的校正
教学目的和要求：了解系统的性能指标，系统地了解系统校正的各种方法。
教学重点和难点：1．系统的性能指标
2．系统校正的概念和分类
教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意实例教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
6.1系统校正的基本概念
6.2系统的串联校正
6.3系统的PID 校正
6.4系统的并联校正
复习与作业要求：结合学习进度，适当安排思考题和练习题，习题量适中或较少为宜。考核知识点：系统的性能指标；系统校正的概念和分类
辅助教学活动：无
第七章离散控制系统和现代控制理论简介
教学目的和要求：本章分别对离散控制系统和现代控制理论进行了简要介绍。希望学生能够对离散控制和现代控制理论建立初步的认识，了解离散控制的基本原理和状态空间分析法的基本思想，理解这些理论和方法在计算机控制方面的应用前景，并为以后深入学习现代控制理论奠定基础。
教学重点和难点：1．离散控制系统
2．现代控制理论简介
教学方法与手段：以简要介绍为主，可少量安排或不安排课堂练习和课外作业。
7.1离散控制系统
7.2现代控制理论简介
复习与作业要求：可少量安排或不安排课堂练习和课外作业。
考核知识点：离散控制系统的基本概念；现代控制理论的基本概念
辅助教学活动：无
三、课程教学的特色说明
1.本教学大纲定位于普通大学机械类专业学生在本科学习阶段的要求，不求理论全而深，要求学生在理解相关理论的基础上，能较好地分析系统，解决实际问题。本大纲适用于30～42 学时《机械工程控制基础》课程教学使用。按照减少学时、降低重心、拓宽面向、精选内容、更新知识的原则，力求做到针对性强，适应性强，讲解清晰。
2.如教学学时不足，第6 章、第7 章以及其它章部分内容可安排学生自学。
3.课内建议安排习题课4～6 学时，建议第2 至5 章各约1 学时，可根据需要适当增加或结合使用。
本课程主要介绍经典控制理论。在介绍了如何建立系统数学模型的基础上，介绍时域分析方法和频域分析方法，并在此基础上对系统的稳定性和校正等问题进行讨论，如时间宽裕，最后还可简要介绍离散控制系统和现代控制理论。
四、考试大纲
1.考试的目的与作用
机械工程控制基础是机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。
学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一。通过复习考试，可以巩固学生对机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的认识和理解。考察学生对建立和变换系统的数学模型的方法，控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法的掌握程度，以及在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机械工程控制基础课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。
2.考核内容与考核目标
本课程考试内容主要针对机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法，建立和变换系统的数学模型的方法，对控制系统进行时间响应分析和频率特性分析的方法，以及在此基础上讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题。
3.主要参考书
⑴．机械工程控制基础．田勇，陈大立．电子工业出版社, 2011
⑵．机械工程控制基础（第五版）．杨叔子．华中科技大学出版社, 2005.7
4．课程考试内容与教材的关系
课程考试内容与教材基本一致，教材内容较多，部分章节在本考试中不涉及或较少涉及，具体情况参见教学大纲。
5.分章节的考核知识点
第一章绪论
⑴．识记：系统的分类；对控制系统的基本要求
⑵．理解：系统；反馈和反馈控制
第二章控制系统的数学模型
⑴．识记：典型环节的传递函数
⑵．理解：拉氏变换及拉氏反变换；传递函数；相似系统
⑶．应用：列写微分方程的一般方法；系统的方框图及其简化
第三章控制系统的时域分析
⑴．识记：时间响应及其组成；高阶系统的时域分析
⑵．理解：一阶、二阶系统的单位脉冲、单位阶跃响应
⑶．应用：一阶、二阶系统响应的性能指标
第四章控制系统的频域分析
⑴．识记：典型环节的Nyquist 图；典型环节的Bode 图；
⑵．理解：频率响应与频率特性；频率特性的求法
⑶．应用：绘制系统Bode 图的步骤
第五章控制系统的稳定性
⑴．识记：稳定性的初步概念；相对稳定性
⑵．理解：稳定的定义和条件
⑶．应用：稳定性判据
第六章控制系统的校正
⑴．识记：系统的性能指标；系统校正的概念和分类
第七章离散控制系统和现代控制理论简介
⑴．识记：离散控制系统的基本概念；现代控制理论的基本概念
6.题目类型与考核方式
题目类型一般可包括：选择题、填空题、判断正误、名词解释、简答题、计算题、作图题、证明题等，也可采用其它题型。考核方法建议采用闭卷考试，也可采用开卷考试。
7.成绩评定办法
一般考试试卷成绩占80%，平时成绩占20%。平时成绩一般依据课堂出勤、提问、作业及平时表现等进行评定，所占比例也可根据实际情况适当修改。
五、学时分配
六、课程主要参考书
⑴．机械工程控制基础．田勇，陈大立．电子工业出版社, 2011.4
⑵．机械工程控制基础（第五版）．杨叔子．华中科技大学出版社, 2005.7
修订人：陈大立审核人：薛东彬批准人：马晓录
修订时间：2012 年 12 月审核时间：2012 年 12 月批准时间：2012 年12 月