机械控制工程基础董玉红徐莉萍主编教学大纲
《控制工程基础》课程教学大纲
《控制工程基础》课程教学大纲课程名称：控制工程基础英文名称：Control Engineering Fundamental课程编码：51510502学时/学分：42/6课程性质：必修课适用专业：机械类各专业先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）一、课程的目的与任务《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。
本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。
这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。
本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。
使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。
在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。
学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。
二、教学内容及基本要求绪论教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。
教学重点和难点：1．系统的概述、工作原理和一般构成2．系统的基本控制方式和分类3．系统的基本要求和控制工程实践教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。
机械控制工程基础（董玉红徐莉萍主编）教学大纲
机械控制工程基础（董玉红徐莉萍主编）教学大纲第一篇：机械控制工程基础(董玉红徐莉萍主编)教学大纲一、课程性质和教学目的：本课程是机械设计制造及其自动化专业基础课程。
课程对象：机械设计制造及其自动化。
课程主要阐述有关自动控制技术的基础理论。
目的：使学生基本掌握自动控制系统性能分析及设计的方法和技巧，为进一步学习后续课程及今后的实际工作打下较坚实的基础。
要求：掌握自动控制理论的基本概念；自动控制系统数学模型的建模方法，包括微分方程传递函数，函数方块图，零极点分布图；自动控制系统性能的时域和频率域分析方法，重点掌握自动控制系统的稳定性，准确性及快速性的概念、指标、分析计算及校正的方法。
学会分析控制系统，并能初步设计控制系统。
二、课程教学内容：第一章绪论第一节机械工程控制论基础第二节控制系统的工作原理与组成第三节控制系统的分类与基本要求 1、4学时2、重点：控制系统的分类与基本要求。
难点：控制系统的工作原理和组成3、了解《机械控制工程基础》课程特点，初步建立控制系统概念。
4、理解控制系统的工作原理。
5、掌握相关基本要求。
第二章函数的数学模型第一节系统的微分方程第二节拉普拉斯变换和反变换第三节传递函数第四节系统框图简化第五节信号流图籍梅逊公式 1、12学时2、重点：拉普拉斯变换与反变换；传递函数的分析和建立；系统的框图表示办法。
难点：利用信号流图和梅逊公式来简化控制系统的传递函数；物理系统的传递函数推导。
3、了解复变量、复变函数、留数定理、拉氏变换等基础知识，了解简单机电微分方程方法。
4、理解模型函数的基本方法和思路。
5、掌握传递函数的推导、简化，理解传递函数的数学、物理意义。
第三章时域分析第一节概论第二节一阶系统的时间响应第三节二阶系统的时间响应第四节高阶系统的时间响应第五节稳态误差分析与计算 1、10学时。
2、重点：一阶、二阶和高阶系统的时间响应，误差分析及计算。
难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。
控制工程基础 教学大纲
1）机电控制系统时域瞬态响应的模拟仿真；
2）机电控制系统频率特性的模拟仿真；
3）机电控制系统综合校正的模拟仿真。
2
直流电动机调速系统
√
√
掌握速度环的设计和实验调试方法，从而从理论与实际结合上掌握自动控制系统的设计与校正方法。
直流电动机驱动的闭环速度控制系统
重点及难点为：（1）机电控制系统的动态数学模型；（2）Nyquist稳定性判据；（3）控制系统的综合校正；（4）计算机控制系统。
三、课程主要教学内容（细化到二级目录）
第一章 概论
1.1 控制理论在工程中的应用发展
1.2自动控制系统的基本概念
1.3 控制理论在机械制造工业中的应用
1.4课程主要内容及学时安排
课堂讲授突出授课内容的基本思路，着重课程基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明。除经典内容外，一方面引入MATLAB控制软件使学生既学会先进的控制系统分析综合工具，又加深对经典控制理论的理解；另一方面突出机械对象的系统控制，自行开发了贯穿整个课程内容的综合性实验，除进行系统综合校正的仿真外，并进行工作台控制系统的综合校正实验，使学生深化对机电控制系统的基本原理及必要的实用知识的理解和掌握。
10.2线性离散系统的数学模型
10.3线性离散系统的分析方法
10.4计算机控制系统的模拟化设计方法
10.5MATLAB在计算机控制系统中的应用
第十一章基于LabVIEW的控制系统动态仿真演示软件
11.1 LabVIEW介绍
11.2借助LabVIEW建立和分析控制系统
注：第八章、第九章和第十一章不作为基本教学内容。
闭卷考试占60%，平时成绩（作业、实验等）占40%；另外，提交与课程内容相关的论文并通过口试可代替闭卷笔试。
机械控制工程理论基础课程教学大纲
“机械控制工程理论基础”课程教学大纲英文名称：Elements of Mechanical Control Theory课程编号：MACH3435学时：56（理论学时：40 实验学时：16 课外学时：20）学分：3适用对象：机械类、动力类本科生先修课程：高等数学，理论力学，电工电子技术使用教材及参考书：[1] 董霞、陈康宁、李天石.机械控制理论基础.西安交通大学出版社,2005.ISBN 7-5605-2041-3.[2] 董景新等.控制工程基础（第二版）.清华大学出版社，2003.ISBN: 9787302063872[3] [美] Katsuhiko Ogata著，卢伯英、于海勋译．现代控制工程（第三版）．电子工业出版社，2000.ISBN 7-5053-5395-0/TN.1247.一、课程性质和目的性质：专业基础目的：1．培养学生从动态和系统的角度建立机械系统数学模型的能力；2．培养学生对机械控制系统进行动态分析的能力；3．培养学生对机械控制系统的设计能力和综合能力；4．培养学生使用计算机仿真能力；5．培养学生系统分析能力和综合能力。
二、课程内容简介机械控制理论是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学，本课程主要介绍机械控制工程的基本概念、机电系统数学模型的建立、机电控制系统的时域分析和频域分析、机电控制系统的稳定性分析和机电控制系统的设计和校正。
通过课程教学和实验，培养学生对机电控制系统进行动态分析的能力和综合能力。
三、教学基本要求1．了解机电系统的数学模型并掌握基本的建模方法；2．掌握机电控制系统时域分析方法；3. 掌握机电控制系统的频域分析方法；4. 掌握机电控制系统稳定性分析方法；5. 初步掌握机械控制系统设计和校正方法。
四、教学内容及安排第一章：绪论1．理解“机械工程控制”的基本含义，本课程的特点，以及学习本课程的目的与任务；2．初步建立系统、反馈、控制、闭环系统等的基本概念。
《机械工程控制基础》教学大纲30学时
机械控制工程基础（Basis of Mechanical Control Engineering）课程性质：学科大类专业基础适用专业：数控技术学时分配：课程总学时：46学时先行、后续课程情况：先行课：高等数学、电路分析、电子技术基础；后续课：计算机控制技术等教材：《机械控制工程基础》董玉红，徐莉萍主编，北京：机械工业出版社。
2008.06参考书目：《自动控制理论》刘祖润机械工业出版社 2003 年《自动控制理论》邹伯敏机械工业出版社 2002 年《自动控制理论》夏德钤机械工业出版社 2000 年《自动控制理论》孙炳达机械工业出版社 2005 年《机械工程控制基础》杨叔子，杨克冲编. 华中科技大学出版社，2005一、课程的目的与任务该课程是研究控制论在机械工程中的应用的一门学科，是数控技术专业的专业课之一。
通过本课程的学习，使学生能够正确理解和运用本课程的基本概念和理论，掌握自动控制的基本理论和基本技能以及一套较完整的分析，设计控制系统的方法，为其它专业基础课及专业课的学习打下必要的基础。
同时，也为以后从事机械工程的实际工作和科研奠定一定的理论基础。
二、课程的基本要求通过本课程学习，应达到以下基本要求：（1）了解控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识。
（2）掌握控制系统的时域和频域特性分析方法（3）理解判别线性系统稳定性的基本概念，掌握线性系统稳定性的判据。
（4）了解系统的综合方法。
（5）能对控制系统进行校正。
三、课程教学内容理论教学内容第1章绪论1．该章的基本要求与基本知识点：基本要求: 了解各种典型机械工程控制系统的工作原理及控制理论的发展过程。
熟悉对控制性能的基本要求。
掌握自动控制系统的一般概念。
了解机械控制工程理论的由来和发展，了解其在机械制造领域中的作用。
熟悉有关“反馈与反馈控制”的基本概念。
学习分析具体控制系统的组成环节，知道系统的被控对象、被控量、扰动量、控制量等，会画工作原理方框图。
机械工程控制基础教学大纲
机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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《控制工程基础》课程实验教学大纲
《控制工程基础》课程实验教学大纲
课程编号：0040408043 实验学时：6学时
适用专业：机械、车辆、测控授课单位：电气信息学院
执笔人：郑士富
一、实验的目的与任务
《控制工程基础》是电类专业本科生的一门必修的专业理论基础课。
通过本课程的实验教学，应使学生能较深刻地理解与掌握自动控制理论的有关基本概念；同时培养学生定性分析，定量分析等方面的综合技能。
二、实验的基本要求
1．要求学生在进行每项实验之前，应阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解实验内容和方法，并根据所学知识，从理论上分析预测实验结果。
2．学生按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导教师同意后再通电。
3．在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
4．分析实验结果，完成实验报告。
四、实验教材（讲义）参考资料
［1］《控制工程基础》，田作华等编著编，清华大学出版社，2007年9月第1版
［2］《控制工程基础》，董景新主编，清华大学，清华大学出版社，2009年6月第3版
［3］《自动控制原理》，王建辉、顾树生主编，清华大学出版社，2007年4月第1版
［4］校内讲义：自动控制原理实验指导书. 大连交通大学自动化教研室
五、实验成绩考核及评定
依据学生在实验过程中的态度及表现、实验操作技能及效果、实验报告质量来综合评定，成绩按照优、良、中、及格、不及格五级评定，并以平时成绩计入本课程的总分中。
机械控制工程基础课后答案董玉红、徐莉萍主编演示教学
1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么?解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。
具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。
机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面:(1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。
(2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。
(3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。
(4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。
(5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。
1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈?所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。
所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。
所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。
1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制?所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。
在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。
为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。
1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么?闭环控制系统的基本工作原理如下:(1)检测被控制量或输出量的实际值;(2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值;(3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。
这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。
通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。
1.5对控制系统的基本要求是什么?对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。
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机械控制工程基础董玉红徐莉萍主编教学大纲集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
一、课程性质和教学目的：
本课程是机械设计制造及其自动化专业基础课程。
课程对象：机械设计制造及其自动化。
课程主要阐述有关自动控制技术的基础理论。
目的：使学生基本掌握自动控制系统性能分析及设计的方法和技巧，为进一步学习后续课程及今后的实际工作打下较坚实的基础。
要求：掌握自动控制理论的基本概念；自动控制系统数学模型的建模方法，包括微分方程传递函数，函数方块图，零极点分布图；自动控制系统性能的时域和频率域分析方法，重点掌握自动控制系统的稳定性，准确性及快速性的概念、指标、分析计算及校正的方法。
学会分析控制系统，并能初步设计控制系统。
二、课程教学内容：
第一章绪论
第一节机械工程控制论基础
第二节控制系统的工作原理与组成
第三节控制系统的分类与基本要求
1、4学时
2、重点：控制系统的分类与基本要求。
难点：控制系统的工作原理和组成
3、了解《机械控制工程基础》课程特点，初步建立控制系统概念。
4、理解控制系统的工作原理。
5、掌握相关基本要求。
第二章函数的数学模型
第一节系统的微分方程
第二节拉普拉斯变换和反变换
第三节传递函数
第四节系统框图简化
第五节信号流图籍梅逊公式
1、12学时
2、重点：拉普拉斯变换与反变换；传递函数的分析和建立；系统的框图表示办法。
难点：利用信号流图和梅逊公式来简化控制系统的传递函数；物理系统的传递函数推导。
3、了解复变量、复变函数、留数定理、拉氏变换等基础知识，了解简单机电微分方程方法。
4、理解模型函数的基本方法和思路。
5、掌握传递函数的推导、简化，理解传递函数的数学、物理意义。
第三章时域分析
第一节概论
第二节一阶系统的时间响应
第三节二阶系统的时间响应
第四节高阶系统的时间响应
第五节稳态误差分析与计算
1、10学时。
2、重点：一阶、二阶和高阶系统的时间响应，误差分析及计算。
难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。
3、了解低阶系统的特性及其计算方法。
4、理解二阶系统在单位阶跃输入作用下，瞬时响应特性及性能指标，及系统参数对系统性能的影响，学会利用公式进行性能指标的计算；
5、掌握稳定性判断、误差及稳态误差的概念和计算误差的方法。
第四章频域分析
第一节概论
第二节典型环节的频率特性
第三节系统开环频率特性的绘制
第四节闭环频率特性
第五节闭环系统性能分析
1、12学时。
2、重点：系统开环、闭环的频率特性的分析、计算和物理意义。
难点：时间响应的分析、计算方法及稳态误差的分析、判断和计算的基本方法。
3、了解极坐标图的概念及各典型环节极坐标图，闭环频率特性和性能指标关系。
4、理解极坐标图和伯德图的物理意义。
5、掌握频率特性基本概念，对数频率特性绘制、稳定性判断方法。
第五章系统的稳定性
第一节概论
第二节劳斯稳定判据
第三节奈奎斯特稳定判据
第四节系统的相对稳定性
1、10学时。
2、重点：劳斯判据、奈奎斯特判据和系统的相对稳定性判断。
难点：扰动信号作用下的稳态误差及计算，相对稳定性判断的分析、计算和物理意义。
3、了解系统稳定性的基本概念。
4、理解影响稳定性的性能参数指标。
5、掌握给定信号作用下的稳态误差及计算方法，相对稳定性的分析和判断方法。
第六章系统的设计校正
第一节概论
第二节串联校正
第三节 PID校正
第四节反馈校正
1、6学时。
2、重点：串联校正、PID校正和反馈校正的功能及其校正装置的设计过程。
难点：对时域性能指标和频域性能指标的分析、计算、控制和调节。
3、一般了解控制系统校正的概念、校正的实质、校正的方法、校正装置的形式。
4、理解串联相位超前校正、相位滞后校正、相位滞后-超前校正装置及特性。
5、掌握利用频率特性法确定串联校正装置参数的方法。
简单了解反馈校正、顺馈、前馈校正及复合控制。
三、教学基本要求
1.备课
每次课有教案，每个章节有重点、难点及处理方法。
2.教学方法、教学手段
多媒体教学结合黑板教学，课堂讲授。
3.教学辅助资料
按照教材设计教案和习题集，已有习题集、CAI课件。
4.实践教学
无。
5.作业与辅导
每章集中做一次习题讲解，每章上一次习题课。
目的在于帮助学生巩固所学知识，并能实际应用部分知识。
习题量较为集中在第3章、第四章、第五章。
6.考核考核形式
期末闭卷考试，题型至少5种，基本涵盖教学内容重点和难点。
考试卷面成绩占总成绩的70%，平时成绩占总成绩的30%（日常考勤和平时作业）。
四、与其它课程的联系与分工
本课程由于涉及到控制原理与系统，并引入计算机控制系统，故要求学生学习前应具备与其关系密切的相关课程内容，如：高等数学、电工电子技术、微机原理、传感器原理与应用、机械原理和机械设计等课程。
五、建议教材及参考教材
建议教材：《机械控制工程基础》，作者：董玉红、徐莉萍，出版社：机械工业出版社，时间：2005年。
六、参考书目及资料
1、《控制工程基础》董景新赵长德等清华大学出版社 1992
2、《机械工程控制基础》杨叔子陈克冲华中科技大学出版社 2002年2版
3、《控制系统设计与仿真》赵文峰等西安电子科技大学出版社 2002
七、学生阅读书目及参考文献
1、夏德钤，《自动控制理论》，机械工业出版社，1989年第1版，1997年第7次印刷
2、董玉红，杨清梅编着，《机械控制工程基础学习指导》，哈尔滨工业大学出版社，2003年
3、黄忠霖编着，《控制系统MATLAB计算及仿真》，国防工业出版社，2004年第2版。