自动控制原理工程认证版机制 课程教学大纲

教学大纲【自动控制原理】【AutomaticControlPrinciple】一、基本信息课程代码：【2080264】课程学分：【2】面向专业：【机械设计制造及其自动化】、【智能制造工程】课程性质：【专业必修课】开课院系：机电学院机械系使用教材：主教材：【自动控制原理王雪松等编著机械工业出版社2021年8月第1版】参考书目：【自动控制原理邹见效机械工业出版社2020年1月第1版】、【自动控制原理胡寿松科学出版社2019年2月第7版】、【自动控制原理卢京潮等主编清华大学出版社2013年3月第1版】、【自动控制原理习题集卢京潮等主编清华大学出版社2013年3月第1版】课程网站网址：/mooc2-ans/mycourse/tch?courseid=202755401&clazzid=62838852&cpi=51359909&enc=ab8f833d385ce51ea52f33be03991715&t=1663521242199先修课程：【高等数学】、【大学物理】二、课程简介本课程是机械系的一门专业必修课，也是该专业的一门专业基础课，是一门研究有关自动控制系统中基本概念、基本原理和基本方法的理论课程。鉴于授课对象属于非自动化类专业，故本门课程只讲授线性定常系统相关知识，课程共2个学分，32学时。课程主要内容分为4大部分：第一部分介绍了有关自动控制系统的一般概念和控制系统的数学模型；第二部分阐述了线性系统的时域分析与校正；第三部分介绍根轨迹法；第四部分介绍线性系统的频域分析与校正。课程注重体系的基本结构：从自动控制的一般概念到系统的数学模型建立再到认识系统改造系统，体系完整，层次分明。本课程在讲解理论基础的同时引入了很多应用实例，学生在学习理论知识的基础之上学会举一反三、融会贯通，能够建立系统的数学模型并对模型进行分析。课程主要采用讲练结合的方式，学生通过一些控制系统示例进行数学模型建立、分析其性能指标，掌握该门课程。整个课程注重理论的完整性与工程实用性相结合，培养学生的工程意识和分析问题解决问题的能力。同时在教学过程中融入课程思政元素，通过对学生的价值引领，培养学生技术报国的爱国情怀，树立社会主义核心价值观以及顾大局识大体意识，能用哲学的观点分析问题，合理规划自己的人生目标。本门课程目标：课程目标1：理解自动控制系统的组成及相关概念。课程目标2：能够应用本专业知识建立控制系统的数学模型。课程目标3：能过通过时域法、复域法和频域法三大方法对线性定常系统进行分析。课程目标4：能够通过常用的校正方法对自动控制系统进行校正，改善系统的性能。三、选课建议本课程适合机械设计制造及其自动化、智能制造等非自动化专业三年级学生学习，先修课程为高等数学、大学物理。四、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求 指标点课程目标1工程知识：掌握解决复杂机械工程问题所必需的数学、自然科学、机械工程基础和专业知识，能够将所学知识用于解决复杂机械工程问题。1-1掌握数学与化学、物理等自然科学知识，能用于复杂机械工程问题的计算、求解和建立抽象模型；课程目标21-2掌握理论力学、材料力学、热流体、电工电子学、材料科学等工程基础知识，能用于复杂机械工程问题的分析、设计和评价；1-3掌握机械设计原理与方法、机械制造工程原理与技术、机械系统中的传动与控制等专业知识，能用于机械系统设计和工艺流程设计、智能制造等复杂机械工程问题。2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过查阅文献对复杂机械工程问题进行分析、表达和研究，以获得有效结论。2-1能识别和判断复杂机械工程问题的关键环节和参数；2-2能运用工程科学和专业知识对机械工程问题进行原理分析和表达；课程目标12-3能认识到解决复杂机械工程问题有多种方案，并能通过查阅手册、文献、行业规范和国家标准等技术资料分析寻求机械工程问题的有效解决方案；2-4能基于数学、自然科学和工程原理，比较分析所涉及实际问题的多种解决途径，证实解决方案的合理性。3设计/开发解决方案：能够针对机械产品设计制造、设备控制、产品开发与应用过程中的复杂工程问题设计解决方案；能够设计满足特定需求的机械产品、机械系统、零部件或制造工艺，并能够在相应的设计和制造环节中鼓励创新意识，并综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。3-1能针对特定需求合理地确定复杂机械工程问题的设计目标；3-2能够运用工程知识，通过类比、改进或创新等方式，提出满足特定需求的机械产品、制造工艺和控制系统的合理解决方案，并体现创新意识；课程目标33-3能在设计复杂机械工程问题解决方案过程中综合考虑社会、环境、健康、安全、法律和文化等制约因素；3-4能基于特定条件和解决方案进行设计计算，完成总体机械结构、控制系统、零部件及制造工艺设计；课程目标43-5能用图纸、程序、设计报告等方式正确表达解决方案。4研究：能够基于科学原理并采用相应的科学方法对机械产品设计制造、设备控制、产品开发与应用过程中的相应的复杂机械工程问题开展研究，包括设计实验方案、进行实验、分析与解释数据，并通过综合理论分析、实验数据和文献研究得出合理有效结论。4-1能够对机械相关的光、声、电、热等物理现象和材料特性进行研究和实验验证；4-2能够对机械原理、零件和装置性能、控制系统制定实验方案，能正确操作实验装置；4-3具有一定的分析、综合能力，能够根据科学实验结果及相关数据进行综合分析，并得到合理、有效的结论。5使用现代工具：能针对复杂机械工程问题选择与使用计算机仿真、设计开发软件和实验设备等恰当的技术、资源、现代工程和信息技术工具，进行建模仿真、实现与测试，并能够理解计算机仿真、实验与工程实现之间的差别。5-1能够了解和初步掌握现代机械设计、制造和自动控制的工程技术、资源和工具；5-2能够对复杂机械工程问题进行建模仿真、实现与实验，并能理解计算机仿真、实验与工程实现之间的差别。6工程与社会：能基于机械设计制造及其自动化专业领域和相关行业工程背景进行合理分析、评价本专业的工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6-2了解机械设计制造及其自动化专业领域和相关行业工程背景，以及与机械工程相关的技术标准、知识产权、法律法规和行业产业政策；6-2能基于机械工程知识，合理认识和评价机械产品设计制造技术、工程实践等对社会、健康、安全、法律和文化的影响，理解应承担的社会责任。7环境和可持续发展：能够理解与本专业相关的职业和行业的生产、设计制造、研究与开发在环境保护和社会可持续性发展等方面的方针、政策，并能评价针对机械工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7-1能够理解与本专业相关的职业和行业的生产、设计制造、研究与开发在环境保护和社会可持续性发展等方面的方针、政策和法律法规；7-2能正确认识和理解针对机械工程问题的工程实践对环境与社会可持续发展的影响。8职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行相应的责任。8-1能正确认识机械工程师的职业性质与社会责任、职业规范与道德的内涵，热爱祖国，具有较高的人文社会科学素养和社会责任感；8-2具有健康的体魄和良好的心理素质，承担建设祖国与保卫祖国的光荣任务，理解个人对于社会的责任；（3）能在工程实践中遵守职业道德和规范，履行责任。9个人和团队：能在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9-1具备基本的人际交往与沟通能力和团队意识，能够理解团队不同角色的责任和作用，并能处理好个人、团队和其他成员的关系；9-2能在多学科背景下的团队中担当团队成员或负责人的角色。10沟通：能够至少掌握一门外语，能顺利阅读本专业的外文资料，能就复杂机械工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，能够根据需要撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达技术思想。并具备一定的国际视野，能在跨文化背景下进行沟通和交流。10-1至少掌握一门外语，具有基本的外语听说读写能力和较强的应用能力；10-2具有书面总结、归纳、整理并阐述调研报告、实验报告、实习报告、课程设计和毕业设计等机械工程技术文件的能力；10-3能通过口头及书面方式就复杂实际机械工程问题与同行进行有效沟通和交流，陈述自己的想法，并具有一定国际视野，能在跨文化背景下进行沟通。11项目管理：理解并掌握机械产品开发制造、安装等从事本专业工作所需的工程管理与企业管理基本原理和经济决策方法，并能在多学科环境的项目管理中应用。11-1理解并能掌握从事本专业工作所需的工程管理与企业管理基本原理和方法；11-2能将工程管理原理与经济决策方法在多学科环境下的项目管理中应用。12终身学习：具有较强的终身学习意识和不断学习、适应社会经济和工程技术发展的能力。12-1能正确认识终身学习的重要性，具有终身学习意识；12-2能不断学习，并具有适应社会和机械工程技术发展的能力。五、课程目标/课程预期学习成果（必填项）序号毕业要求指标点课程目标教与学方式评价方式1指标点2-2能运用工程科学和专业知识对机械工程问题进行原理分析和表达；课程目标1：理解自动控制系统的组成及相关概念。1.理论教学2.边讲边练3.翻转课堂1.期末考试2.作业3.章节测验4.主题讨论2指标点1-1掌握数学与化学、物理等自然科学知识，能用于复杂机械工程问题的计算、求解和建立抽象模型；课程目标2：能够应用本专业知识建立控制系统的数学模型。1.理论教学2.边讲边练3.翻转课堂1.期末考试2.作业3.章节测验4.主题讨论3指标点3-2：能够运用工程知识，通过类比、改进或创新等方式，提出满足特定需求的机械产品、制造工艺和控制系统的合理解决方案，并体现创新意识。课程目标3：能过通过时域法、复域法和频域法三大方法对线性定常系统进行分析。1.理论教学2.边讲边练3.翻转课堂1.期末考试2.作业3.章节测验4.主题讨论4指标点3-4能基于特定条件和解决方案进行设计计算，完成总体机械结构、控制系统、零部件及制造工艺设计；课程目标4：能够通过常用的校正方法对自动控制系统进行校正，改善系统的性能。1.理论教学2.边讲边练3.翻转课堂1.期末考试2.作业3.章节测验4.主题讨论六、课程内容单元知识点能力要求教学难点1.自动控制的一般概念（2课时理论）1.知道自动控制和自动控制系统的基本概念。2.理解自动控制系统的基本组成。3.运用控制理论的基本原理绘制方框图。4.分析自动控制系统的类型。5.知道控制系统性能的基本要求。1.能够运用自动控制理论的基本组成和原理，由系统工作原理图绘制方框图。2.能够掌握负反馈控制系统的特点及原理。1.由实际的自动控制系统工作原理图绘制方框图。2.授课技巧的掌握，该课程理论性较强，如何提高学生的学习兴趣。2.控制系统的数学模型（8课时理论）1.理解控制系统的时域数学模型。2.知道拉氏变换及其时域微分性质，运用拉氏变换解微分方程。3.理解控制系统的复域数学模型，并理解典型环节。4.理解控制系统的结构图，并对结构图进行等效变换。5.运用系统的信号流图和梅逊公式求系统传递函数。6.理解闭环系统的传递函数和误差传递函数。1.能够应用控制理论建立控制系统的时域微分方程。2.能够运用拉氏变换求解微分方程并求控制系统的传递函数。3.能够运用控制元件的物理关系或系统的方框图建立系统结构图，并对结构图进行等效变换。4.能够用控制系统的信号流图和梅逊公式求系统传递函数。1.建立并求解系统的时域数学模型。2.求解系统的复域数学模型。3.系统方框图的等效变换。4.用信号流图和梅逊公式求传递函数。3.线性系统的时域分析与校正（8课时理论）1.知道时域法的作用特点及系统的时域性能指标。2.理解一阶系统的时间响应及动态性能指标。3.理解二阶系统的时间响应及动态性能指标。4.分析线性系统的稳定性。5.分析线性系统的稳态误差。1.能够求解典型输入信号下一阶系统的响应。2.能够将二阶传递函数化标准形式并对二阶系统进行分类。3.能够利用劳斯判据判断系统的稳定性。4.能够用终值定理求系统的稳态误差。1.求解典型输入下一阶系统的响应。2.系统稳定性的判断。3.系统的稳态误差求解。4.利用反馈校正改善系统的动态性能。4.根轨迹法（3课时理论）1.知道根轨迹法的基本概念。2.理解绘制根轨迹的基本法则。3.运用根轨迹的基本法则绘制系统的根轨迹。4.知道广义根轨迹的相关概念并没能够绘制系统的广义根轨迹。5.运用根轨迹分析系统性能。1.能够理解根轨迹法的基本概念和绘制根轨迹的基本法则。2.能够运用根轨迹的基本法则绘制系统的根轨迹。3.能够理解参数根轨迹和零度根轨迹。4.能够运用根轨迹分析系统性能指标。1.运用根轨迹的基本法则绘制系统的根轨迹。2.运用根轨迹分析系统性能指标。5.线性系统的频域分析与校正（9课时理论）1.理解频率特性的基本概念。2.理解系统的幅相频率特性。3.运用典型环节的波特图绘制开环系统的波特图。4.理解奈奎斯特稳定判据。5.理解稳定裕度的定义。6.运用开环对数幅频特性分析系统的性能。7.理解反馈控制系统的闭环频率曲线。8.运用闭环频率特性分析系统的性能。1.能够理解频率特性的基本概念。2.能够运用典型环节的频率特性绘制开环系统的幅相特性曲线。3.能够绘制开环系统的波特图。4,。能够分析系统的性