机械工程控制基础

1、中国海洋大学本科生课程大纲课程名称机械工程控制基础Cybernetics Foundation for Mechanical Engineering课程代码082103101257课程属性专业知识课时/学分32/2课程性质必修实践学时责任教师课外学时课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1 课程描述：机械工程控制基础是具有一般方法论特点的技术基础课，本课程侧重原理， 同时其内容密切结合工程实际。它以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的 动力学问题；同时，它又是一种方法论。2 设计思路：学习本课程的U的在于使学生能以动态的观点而不是静态

2、观点去看待一个机械工 程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角 度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方 法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：对机电系统中存在的问题能 够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法； 如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为 实现最佳控制打下基础。课程是培养本科生从事机械制造领域工程工作的专业知识基础课，为达成能力矩 阵1.4、1.6、2.1、2.2、2.6项要求见下表。序号授课内容机械设计制适及英自动化专业毕业生能力要求1

3、.41.62.12.22.61绪论2系统的数学模型43时间响应与误差分析4系统的频率特性分析5系统的稳泄性6系统的性能分析与校正具体要求学生掌握以下专业知识和技能：2.1对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用， 传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。2.2对于典型系统的时域和频域特性，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。2.3掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。2.4对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常 用方法。2.5对系统分析和辩识问题应建立基本概念。3.课程与其他课程的关系：机械工程控制基

4、础是机械专业的一门专业基础课，学习本课程前学生已完成 高等数学、大学物理、电路基础、机械原理等课程。本课程为后期控制类课程的学习 奠定基本理论基础。二、课程目标学习本课程的LI的在于使学生能以动态的观点而不是静态观点去看待一个机械工 程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角 度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方 法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：对机电系统中存在的问题能 够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法； 如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济

5、指标，为 实现最佳控制打下基础。三、学习要求机械工程控制基础是一门比较抽象的技术基础课。学习过程中既不能陷于专 业技术中，仅研究专业技术问题，但乂必须概括工程实践，紧密结合专业实际。本课 程以数学、物理及有关学科为其理论基础，以机械工程中有关系统动力学为抽象、概4 括与研究的对象，运用信息的传递、处理与反馈进行控制这一正确的思维方法与观点, 在数理基础课程与专业课程之间架起一道桥梁，将两者紧密结合起来。要完成以上学 习任务，学生必须：（1）按时上课、认真听讲，积极参与课堂讨论。（2）要重视习题和实验，要独立完成作业，加深对基本概念的理解与基本方法的 运用。（3）学习本课程时，不必过分追求数学论

6、证上的严谨性，但一定要充分注意到数 学结论的准确性与物理概念的明晰性。（4）在学习过程中，应大胆地思考问题，提出问题，研究问题，运用学习中反馈 所获得的信息来总结经验，指导学习，切记“书云亦云”，努力“书书之所未书”，不为教 材所束缚。四、教学进度序号itJ 课时主要内容概述实验实践 内容 或课外练习1绪论2关于“系统“、“信恵传递“和“反馈”及“反馈控制“ 的基本概念；系统及其模型控制系统的分类；反 馈控制系统的基本组成；对控制系统的基本要 求：本课程的特点及学习方法。2系统的数学模型6系统的数学模型；传递函数的基本概念及其数学 物理意义与求取方法；输入输出信号与传递函 数的关系：系统方框图

7、：闭环控制系统及苴传递 函数方框图的等效简化；工程中典型的机电系统 的传递函数。3时间响应与误差分析6时间响应的基本概念；典型输入信号与一阶、二 阶系统的时间响应：二阶系统响应的性能指标： 高阶系统的时间响应；6函数在时间响应中的作 用；系统的误差分析：系统的类型及各型系统的 位置、速度、加速度误差。4系统的频率8频率特性的极坐标图（Nyquist图）的一般概念;4特性分析典型环节的Nyquist图;绘制系统Nyquist图的一 般步骤和方法：频率特性的对数坐标图(Bode 图)的一般概念；典型环节的Bode图：绘制系 统Bode图的一般步骤和方法：根据频率特性的 对数坐标图辨识系统数学模型。

8、5系统的稳定性6系统稳左性的基本概念；判别线性系统稳左性的 基本出发点；Routh稳左性判据、Nyquist稳定性 判据的基本原理和方法；Bode判据系统的相对稳 怎性：幅值裕度与相位裕度；最小相位系统与非 最小相位系统。6系统的性能分析与校正4系统的性能指标；校正的一般概念：常用的校正 方法与分类；相位超前校正、相位滞后校正及相 位滞后-超前校正的基本特性及其频域设il方法： PID调宵器的基本特性与设计方法：顺馈校正与 反馈校正的基本特性。五、参考教材与主要参考书1 杨叔子主編.机械工程控制基础.武汉：华中科技大学出版Ik. 2011.7 (ISBN: 97875609687350).2 杨咸启主编.机电工程控制基础北京：国防工业岀版社.2005.9 (ISBN: 7118039101).3 王积伟主编.控制工程基础北京：高等教冇出版社2O1O.5(ISBN： 9787040291087).六、成绩评定(-)考核方式 A : A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他(二)成绩综合评分体系：成绩综