《控制工程基础》课程教学大纲

PAGEPAGE7《控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称控制工程基础课程编号课程性质必修课课程类别专业基础课开课单位车辆工程教研室授课学期第5学期学分/学时2.5/40课内学时40理论授课40上机学时0课内实践0实验学时0课外学时0适用专业车辆工程专业是否双语否先修课程高等数学、工程力学、电工电子学后续课程汽车电气、汽车电控系统设计与开发二、课程简介《控制工程基础》是智能制造工程专业的必修课，为综合性性较强的一门课程。本课程对经典控制理论中控制系统的数学描述方法、时域分析方法、频域分析方法、综合校正进行理论讲授，引导学生正确理解和掌握本课程所涉及的基本概念、基本原理和基本分析方法，并能够应用这些知识分析和解决实际工程问题，同时树立正确的价值观，培养良好的职业操守。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.要求学生理解控制系统的组成、分类、控制方法及其发展趋势，熟悉常见经典物理系统的数学模型，能够推导其传递函数，并基于传递函数对系统进行分析、综合与校正。课程目标2.通过课程学习和项目案例分析，学生能够应用数学工具、结合所学相关知识对实际工程系统进行建模、分析、优化，能够为系统性能的提高提供设计参数和设计方法，具有解决实际工程问题的能力。。课程目标3.通过项目案例分析，提高学生的文献搜索与总结能力，培养学生创新思维、团队协作能力、职业道德和责任感，使其在车辆工程控制领域具备高度的专业素养，增强其在交通行业的竞争力。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1课程目标21.3学习专业基础知识，掌握解决复杂车辆工程问题的基本思路和方法。1-工程知识课程目标1课程目标22.1能够运用数学、自然科学和机械工程学科的基本原理对车辆工程问题进行识别与描述；2-问题分析课程目标1课程目标2课程目标32.2能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进；2-问题分析课程目标2课程目标35.2能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对车辆工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。5-使用现代工具四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容(1)控制系统的基本概念。(2)控制技术的现状和发展趋势。(3)控制工程基础的主要任务。2.重点和难点(1)重点：控制系统的工作原理和基本要求。(2)难点：控制系统的基本组成和分类。3.教学方法教学课件课堂讲授。4.学生学习预期成果(1)理解控制系统的基本工作原理。(2)了解控制系统的类型。(3)掌握控制系统的基本要求。(4)了解控制工程的基本任务。5.支撑课程目标课程目标1、3。第二单元控制系统的数学模型（学时数：8学时）1.课程主要内容(1)控制系统的微分方程。(2)拉普拉斯变换与反变换。(3)传递函数。(4)控制系统的图形描述。2.重点和难点(1)重点：拉普拉斯变换，基本环节的传递函数，框图的简化方法。(2)难点：微分方程的建立、拉普拉斯变换、框图的简化及系统相似性。3.教学方法课堂讲授基础知识，通过案例分析增强学生对系统数学模型的认识。4.学生学习预期成果(1)能够利用数学、物理学等相关知识建立系统的微分方程。(2)能够应用拉普拉斯变换建立线性系统的传递函数。(3)能够利用系统方框图对控制系统进行描述与简化。(4)能够求解系统的输入、传递函数和输出的关系。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第三单元控制系统的分析方法（学时数：22学时）1.课程主要内容(1)控制系统的典型输入信号。(2)系统的时域分析方法及性能指标。(3)系统的频率特性的概念及图形表示。(4)系统的频率特性分析。(5)系统稳定性分析。(6)系统稳态误差的计算。(7)系统辨识。2.重点和难点(1)重点：一阶系统、欠阻尼二阶系统的时域瞬态响应指标；劳斯判据及其应用；利用静态误差系数计算系统稳态误差；几何稳定性判据，相角裕度和幅值裕度的计算与应用。(2)难点：劳斯判据及其应用；利用静态误差系数计算系统稳态误差；几何稳定性判据，相角裕度和幅值裕度的计算与应用；基于Bode图的系统辨识方法。3.教学方法课堂讲授基础知识，通过实例分析使学生掌握并巩固控制系统的分析方法。4.学生学习预期成果(1)掌握控制系统的时域分析和频域分析的方法。(2)对于一阶、二阶系统，能够利用本单元所学知识计算其性能指标，分析其性能。(3)对于高阶系统，能够利用相关数学工具知识分析其性能。(3)能够结合Bode图辨识系统的传递函数。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。第四单元控制系统的综合与校正（学时数：8学时）1.课程主要内容(1)控制系统的综合与校正的概述。(2)控制系统的校正方法。2.重点和难点(1)重点：PID控制的控制规律和整定方法；串联、反馈、复合校正的分析有设计。(2)难点：PID整定方法，校正装置的设计。3.教学方法课堂分析具体案例，组织小组讨论、分析和汇报。4.学生学习预期成果(1)理解校正的概念与实质。(2)能够基于控制系统性能指标设计控制装置。(3)掌握PID控制的基本控制规律及参数调节方法。5.支撑课程目标课程目标1、2、3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论讲授法课程目标1、321：1.25第二单控制系统的数学模型讲授法、案例教学课程目标1、2、381：1.25第三单元控制系统的分析方法讲授法、案例教学课程目标1、2、3221：1.25第四单元控制系统的综合与校正讲授法、项目教学课程目标1、2、381：1.25合计401：1.25五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩30%作业（十分制）90本门课程5次作业，主要考核学生对本课程基础知识点的掌握请款，评分细则如下：9~10：表述内容充分、严谨、准确，计算步骤完整，结果准确，所用概念、理论和公式准确；准时上交、卷面整洁，书写工整；7~8：表述内容较充分、正确，计算步骤较完整，结果准确，所用概念、理论和公式准确；准时上交、卷面有涂改，书写较工整；6：表述内容较充分、个别有误，计算步骤不完善，结果准确，所用概念、理论和公式有误；准时上交、卷面有涂改，书写潦草；<6：表述内容不充分、错误较多，计算步骤不完整，结果有误，所用概念、理论和公式有误；未准时上交、书写潦草。目标分值=9*作业平均成绩课堂表现（十分制）101.课上提问及随堂测验回答问题正确6分2.上课态度端正（无迟到早退、上课认真听讲）4分目标成绩=课堂表现成绩之和实践成绩20%专题设计（十分制）100考核内容及评价细则1.方案设计合理62.汇报表达清楚、逻辑正确23.回答问题正确24.个人成绩按贡献度排序赋分。目标分值=10*汇报考核内容成绩之和期末考试60%知识40考核内容：基础知识、设计分析能力、综合素质。考试题型：选择、计算、时域分析、劳斯判据、频域分析、综合校正评价细则：1选择题为单项选择题，共10小题，每题3分，合计30分；2计算题，拉普拉斯变换3中基本类型，共3小题，每题5分，计算步骤完整，所用公式准确，结果正确，得满分；3时域分析题，逻辑清晰、变量表述明确、格式无误，计算正确，得10分；4劳斯判据应用，逻辑清晰、变量表述明确、格式无误，计算正确，得15分；5频域分析题，逻辑清晰、变量表述明确、格式无误，计算正确，得15分；6综合校正题，分析逻辑清晰，变量表述明确，格式无误，计算正确，得15分。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论控制系统的基本原理、组成及类型控制系统的基本要求作业、考试课程目标1、2第二单元控制系统的数学模型拉普拉斯变换、系统框图简化、系统输入输出关系作业、考试课程目标1、2、3第三单元控制系统的分析方法系统的时域分析方法劳斯判据的应用系统频率特性分析作业、考试课程目标1、2、3第四单元系统的综合校正典型系统的综合与校正专题汇报、考试课程目标1、2、3六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材孔祥东姚成玉主编：《控制工程基础》第4版，机械工业出版社，2019年版。（