《控制工程基础》教学大纲

《控制工程基础》教学大纲课程编号：13220843英文名称：FundamentalsofControlEngineering学分：3学时：总学时56学时，其中理论40学时，实践16学时先修课程：高等数学，工程数学，电子技术课程类别：专业必修课程授课对象：智能制造工程专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第4学期一、课程描述和目标控制工程基础是工科类各相关专业的一门重要的专业基础课，它已经在大多数工科专业课程中占据了核心地位。学生获得控制理论的基础知识，掌握自动控制系统的分析和校正方法是自动控制原理教学的主要任务。本课程是为智能制造工程专业的二年级学生开设的专业必修课。通过教学要求学生掌握自动控制的基本原理和概念。了解线性定常系统的稳定性，稳态误差的概念；掌握系统稳定判据；了解系统性能指标；掌握控制系统的校正。学生具备对自动控制系统进行分析、设计、实验的基本能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。学生具备对自动控制系统进行分析与设计的综合能力。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：掌握自动控制基本原理，具备对被控系统建立数学模型的能力。课程目标2：掌握控制系统综合分析能力。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点1-3：掌握智能制造工程领域的专业知识，并能用于解决智能制造复杂工程问题。课程目标10.5指标点3-2：能够根据所提出的解决方案，规划设计流程，创新性地设计出满足特定需求的智能装备或智能制造系统。课程目标20.25指标点4-1：了解相关学科科学原理并采用科学方法，能够针对智能制造复杂工程问题设计实验、构建实验系统、安全开展实验并科学地采集实验数据。课程目标20.25三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1控制系统的基本概念；讨论自动控制原理课程的学习目标、学习方法、以及课程的教学形式、计划。学习自动控制的任务、自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求、控制系统的组成、系统方块图的绘制等。搞清控制系统的工作原理、组成及其分类，理解对控制系统的基本要求，了解控制工程的发展概况。重点：自动控制的基本方式、对控制系统的性能要求、控制系统的组成、系统方块图难点：控制系统的性能要求、方块图德育要求：培养学生严谨细致的精神。4讲授式启发式课程目标1课程目标22控制系统的数学模型；讨论学习控制系统的微分方程的建立、传递函数、动态结构图、典型环节的传递函数。了解建立系统数学模型的一般步骤；掌握拉氏变换基本定理和常用拉氏变换表；重点掌握典型环节传递函数和闭环传递函数的求法；重点掌握控制系统的传递函数，其中包括开环传递函数、闭环传递函数、误差传递函数的定义和求取方法。重点：拉氏变换基本方法、典型环节传递函数和闭环传递函数的求法、误差传递函数的定义和求取方法。难点：闭环传递函数的求法、误差传递函数的求法。德育要求：培养学生严谨细致、不畏困难的精神。12讲授式讨论式课程目标1课程目标23时域分析法；讲授时域分析基础、一阶系统分析与计算、二阶系统分析与计算、系统稳定性分析、稳态误差分析及计算。掌握一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的时域响应和时域性能指标；了解高阶系统时域响应的特点和主导极点的意义；掌握系统稳定的概念和分析、判别系统稳定的方法；掌握系统误差的概念和计算稳态误差的方法。重点：一阶、二阶系统的时域响应和性能指标难点：系统稳定的判别、稳态误差计算方法德育要求：培养学生严谨细致、不畏困难的精神。10讲授式讨论式课程目标1课程目标24频率域方法；讲授频率特性、典型环节的频率特性、系统的开环频率特性、系统闭环频率特性与阶跃响应的关系、开环频率特性与系统阶跃响应的关系。掌握频率特性的基本概念；掌握典型环节和控制系统频率特性图的绘制方法；掌握系统稳定性的频率域分析方法；了解频域性能指标与时域性能指标之间的关系；掌握用系统开环频率特性分析闭环系统性能的方法。重点：典型环节和控制系统频率特性图的绘制方法难点：系统稳定性的频率域分析方法德育要求：培养学生严谨细致、不畏困难的精神。12讲授式讨论式课程目标1课程目标25控制系统的校正；讲授系统校正设计基础、串联校正的理论设计方法。了解超前、滞后校正网络的特点、频率特性及其作用。重点：超前、滞后校正网络的特点、频率特性难点：串联校正德育要求：培养学生严谨细致、不畏困难的精神。2讲授式讨论式课程目标1课程目标2合计40序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1数学模型的MATLAB描述通过编程，使用程序语言正确描述控制系统数学模型。4验证课程目标1课程目标22利用MATLAB分析时间响应正确编程，并输出图像，得到控制系统的时域响应曲线。4验证课程目标1课程目标23利用MATLAB分析频率特性正确编程，得到控制系统的频域响应结果并输出相应的图像4验证课程目标1课程目标24利用MATLAB分析系统的稳定性正确编程，输出图像，结合图像与相应的判据正确判断系统的稳定性。4验证课程目标1课程目标2合计16四、课程教学方法采用课堂讲授和讨论、课外自学等方式，系统地学习自动控制系统基本概念，基本分析与校正方法，结合具体工程案例进行系统分析、计算、设计，培养学生在自动控制系统设计方面的兴趣和能力，为后续工程实践打下理论基础，并为就业储备发展空间。课堂教学方法：讲授、讨论。课外学习方法：预习教材相关章节和课程网站上的教学视频。五、学业评价和课程考核推行多元评价，对本课程所采用的评价和考核方式作具体说明，若采用多种考核方法请分别列出考核评价的方法、内容、考核标准、成绩占比等，考核方法、内容应突出“学生中心、产出导向”.（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由平时作业、期末考核组成，其中期末考核成绩占50%、平时作业成绩占25%、实践占25%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）课程目标4（分值）课程目标5（分值）合计1平时作业12.512.5252实践12.512.5253期末考试252550课程目标对应分值5050100（二）考核与评价标准1.平时成绩考核与评价标准分值（10分制）观测点9-10分7-9分6-7分0-6分作业按时完成，90%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握到位。按时完成，70%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握较到位。延时完成，60%以上的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握基本到位。不交和补交，50%以下的作业内容齐全，基本知识点理解、掌握有偏差。2.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、综合应用及解决复杂问题的能力，根据考试题目设计相应评分标准。六、教材与参考书