专业基础13机械工程控制基础

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1、《机械工程控制基础》教学大纲ControlSystemPrinciplemechanize课程编号:10812013适用专业：机械设计制造及其自动化学时数：50学分数：3执笔者：张勇编写日期：2005年11月一、课程的性质和任务本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课程。课程比较全面地向学生介绍自动控制的基本理论及其工程分析和设计方法，使学生建立起线性反馈控制系统的基本概念，初步学会利用经典控制理论的方法，即利用时域法、频率特性法、根轨迹法等来分析、设计自动控制系统。学会建立和分析自动控制系统的各种数学模型，为将来设计自动控制系统

2、打下理论基础。二、课程的教学内容和学时分配第一章：绪论(4个学时)主要内容：要求建立必要的基本概念：反馈、开环控制、闭环控制、控制器、被控对象；要求学生能根据控制系统工作原理图绘制方块图。教学要求：1、了解系统及模型的定义，学会建立简单系统的微分方程。2、理解反馈的形成和作用，掌握系统分类和划分组成系统的各种环节。3、掌握自动控制系统的工作原理，学会绘制系统控制方框图。难点：根据控制系统工作原理图绘制方块图，划分组成系统的各种环节。第二章：控制系统的数学模型(10个学时)主要内容：系统的微分方程，系统的传递函数，系统的传递函数方框图及其简化

3、，反馈控制系统的传递函数、相似原理教学要求：1、能够用理论推导的方法建立电路系统及力学系统的数学模型－微分方程。2、理解典型元部件的传递函数的求取方法，以及各环节的特性。3、掌握传递函数结构方框图的绘制，和由结构图等效变换求系统传递函数。掌握由梅森公式求传递函数的方法。重点：常用元部件传递函数的求取；系统传递函数的求取。难点：结构图等效变换；梅森公式的应用。第三章：线性系统的时间响应分析(8个学时+4个学时实验)主要内容：时间响应及其组成，典型输入信号，一阶系统、二阶系统和高阶系统的时间响应分析，系统误差分析与计算，δ函数在时间响应中的作用

4、，控制系统的时域性能指标，系统的型别、开环增益及其对稳态误差的影响；扰动对系统稳态误差的影响及复合校正。教学要求：1、了解时间响应及其组成，以及一阶系统的单位脉冲响应特性。2、理解二阶系统的单位脉冲响应特性；系统误差分析与计算；高阶系统的时间响应分析。3、掌握二阶系统响应的性能指标；以及与输入有关的稳态偏差。重点：二阶系统动态性能指标计算及误差和偏差分析与计算。难点：扰动作用下减小或消除稳态误差的措施，误差和偏差分析与计算。实验1、典型线性环节的模拟内容：通过典型线性环节的模拟，掌握控制系统典型元器件的测试方法，建立系统的数学模型；学习控制

5、系统的阶跃响应测试方法，确定系统的性能指标；熟悉记录仪的使用。实验2、二阶系统的阶跃响应内容：通过实验掌握电模拟方法，设计控制系统的模拟电路；掌握频率特性的测试方法；测试二阶系统的对数幅频特性，确定系统的数学模型；总结二阶系统的频域指标与时域指标的对应关系；进一步学习MATLAB仿真分析软件的使用。第四章：线性系统的频率特性分析(8个学时)主要内容：频率特性的基本概念、物理意义及图示方法；典型环节的频率特性；最小相角系统；频率特性曲线的绘制（奈奎斯特图、伯德图）；由对数频率特性求传递函数；频域稳定判据；系统的闭环频域指标；频域指标与时域指标

6、的关系。教学要求：1、了解频率响应和频率特性的定义；频率特性和传递函数以及微分方程的关系；最小相位系统和非最小相位系统。2、理解频率特性的求法和作用，及其特征量的定义。3、掌握各典型环节频率特性的奈奎斯特图含义和绘制方法；以及各典型环节频率特性的伯德图的含义和绘制方法；及其任意系统频率特性曲线的绘制（奈奎斯特图、伯德图）。重点：频率特性曲线的绘制（奈奎斯特图、伯德图）；难点：对数曲线的概略绘制及相应系统传递函数的确定。第五章：线性系统的稳定性(8个学时)主要内容：系统稳定性的初步概念，劳斯稳定判据，奈奎斯特稳定判据，伯德稳定判据，系统的相对

7、稳定性。教学要求：1、理解稳定的定义和条件以及劳斯稳定判据和关于稳定性的一些提法。2、会使用劳斯表，劳斯判据和劳斯判据的特殊情况。3、掌握奈奎斯特稳定判据，幅角原理;伯德稳定判据及其应用重点：劳斯稳定判据，奈奎斯特稳定判据，伯德稳定判据难点：劳斯判据的特殊情况，奈奎斯特稳定判据，伯德稳定判据第六章：系统的性能指标与校正(6个学时+2个学时实验)主要内容：系统的性能指标，串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后－超前校正。反馈校正，顺馈校正。教学要求：1、了解系统的时域性能指标和频域性能指标。2、理解系统校正的概念，以及校正的方式，理解PID校正

8、、反馈校正、顺馈校正的方法。3、掌握串联超前校正，串联滞后校正，串联滞后－超前校正的过程。重点：串联滞后－超前校正网络的设计及复合校正方法。难点：实际系统反馈校正方法及应用。实验