《机械工程控制基础》课程教学大纲

PAGE1PAGE1机械工程控制基础课程教学大纲（BasisOFmechanicalengineeringcontrol）学时数：40其中：实验学时：4课外学时：0学分数：2.5适用专业：机械设计制造及其自动化执笔者：刘峰璧审核人：编写日期：2011年3月一、课程的性质、目的和任务本课程是机电类专业的基础课。开设本课程的目的在于使学生通过本课程的学习建立系统与反馈，系统的时域响应和频率响应以及系统的稳定性等一系列极其重要的概念;利用所学的基本原理和计算方法分析系统的时域与频域响应，判别系统的稳定性，为后续课程的学习打下坚实的基础。二、课程教学的基本要求（一）深刻理解传递函数的概念。（二）熟练掌握传递函数、一阶与二阶系统时域响应、频域响应、稳定裕度的计算；熟练绘制Nyquist图与Bode图。（三）建立起系统校正的基本概念。三、课程的教学内容、重点和难点第一章绪论一、控制系统的基本原理二、自动控制系统的几种分类（一）按控制系统有无反馈来分1、开环系统2、闭环系统（二）按控制作用的特点来分1、恒值控制系统2、程序控制系统3、随动系统三、机械控制工程研究的对象与方法（一）研究自动控制系统（二）研究机械动力系统四、控制理论的发展简史五、本课程的学习方法重点：系统、反馈的概念第二章物理系统的数学模型及传递函数一、系统的数学模型（一）数学模型（二）建立数学模型的方法（三）非线性系统的线性化1、线性系统2、非线性系统二、传递函数（一）传递函数的定义（二）传递函数的求法（三）传递函数的性质三、典型环节的传递函数（一）比例环节（二）惯性环节（三）微分环节（四）积分环节（五）振荡环节（六）延时环节四、系统的方框图及其联接（一）环节的基本联系方式1、串联2、并联3、反馈联接（二）方框图的变换与简化1、方框图的变换2、方框图的简化五、物理系统传递函数的推导（一）电枢控制式直流电动机（二）直流电动机随动系统（三）切削系统（四）机械机构重点：传递函数的求法，典型环节的传递函数、系统框图及其简化。难点：系统传递函数的计算。第三章瞬态响应及误差分析一、时间响应的概念（一）系统的输入信号1、阶跃信号2、斜坡信号3、单位加速度信号（二）瞬态响应和稳态响应二、一阶系统的时间响应（一）一阶系统的数学模型（二）一阶系统的单位阶跃响应（三）一阶系统的单位脉冲响应（四）响应之间的关系三、二阶系统的时间响应（一）典型二阶系统的数学模型（二）二阶系统的单位阶跃响应1、临界阻尼2、过阻尼3、欠阻尼（三）二阶系统的脉冲响应四、瞬态响应的性能指标（一）上升时间（二）峰值时间（三）最大超调量（四）调整时间五、稳态误差分析与计算（一）稳态误差的定义（二）稳态误差的计算（三）输入信号作用下的文泰误差与系统结构的关系重点：一阶、二阶系统的单位脉冲和单位阶跃响应的计算、二阶系统单位阶跃响应的有关性能指标的计算、系统性能指标的分析与计算。难点：二阶系统单位阶跃响应的有关性能指标的计算；稳态误差分析与计算。第四章频率特性分析一、频率特性的基本概念（一）概念（二）频率特性及其求取方法（三）频率特性的物理意义和数学本质二、典型环节的频率特性（一）惯性环节（二）振荡环节（三）积分环节、微分环节（四）比例环节（五）延时环节三、系统的对数频率特性（一）绘制开环对数频率特性曲线的一般步骤（二）最小相位系统（三）闭环频率特性四、频域性能指标及其与时域性能指标间的关系（一）零频幅值（二）复现带宽频率（三）谐振频率及谐振峰值（四）截止频率和带宽五、频率实验法估计系统的数学模型重点：系统频率特性的概念、典型环节的频率特性的分析、系统频率特性图的绘制。难点：复杂系统的频率特性图的绘制。第五章系统的稳定性一、稳定性的条件（一）稳定的概念和定义（二）系统稳定的条件二、劳斯-胡尔维茨稳定性判据（一）胡尔维茨稳定性判据（二）劳斯稳定性判据三、萘奎斯特稳定性判据（一）奈奎斯特稳定性判据（二）举例四、稳定性裕量（一）相位裕量和幅值裕量（二）关于相位裕量和幅值裕量的一些说明（三）相位裕量与时间响应的关系五、根轨迹简介（一）根轨迹（二）根轨迹作图法则（三）根轨迹直接求根作根轨迹重点：系统稳定性的概念、用劳斯-胡尔维茨和柰奎斯特稳定性判据判别系统的稳定性。难点：柰奎斯特稳定性判据及稳定性裕量。第六章系统的综合与校正一、概述（一）校正的实质（二）性能指标（三）校正方式1、串联校正2、并联校正二、串联校正（一）相位超前校正（二）滞后校正（三）滞后-超前校正（四）P、I、D校正器三、反馈与顺馈校正（一）利用反馈校正改变改变局部结构、参数（二）利用反馈校正取代局部结构（三）顺馈校正重点：系统校正的概念、相位超前校正、相位滞后校正、PID校正、反馈及顺馈校正。难点：滞后-超前校正。四、课程各教学环节要求（一）对于课堂教学，要求把基本环节概念、基本思路讲清楚，尽可能地多讲授习题。（二）对于实验环节，要求每一位同学自己动手，这样既可以培养学生的动手能力，又可以加深对所学知识的理解。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计１绪论222２系统的数学模型及传递函数664３瞬态响应及误差分析885４频率特性分析10106５系统的稳定性665６系统的综合与校正443７实验44合计364025六、课程与其它课程的联系本课程的先修课程为高等数学、工程数学、电工学、理论力学（机械振动）、液压与气动。七、教材及教学