控制工程基础第四版课程设计
《控制工程基础》电子教案
《控制工程基础》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解《控制工程基础》的课程目标和重要性掌握课程的主要内容和预期学习成果1.2 控制系统的基本概念解释控制系统的定义和作用了解控制系统的分类和基本组成第二章：数学基础2.1 线性代数基础复习向量、矩阵和行列式的基本运算掌握线性方程组的求解方法2.2 微积分基础复习函数、极限和导数的基本概念学习微分和积分在控制系统中的应用第三章：线性时不变系统3.1 系统的描述学习系统的状态空间表示和传递函数理解系统输入、输出和状态之间的关系3.2 系统的性质掌握系统的稳定性、可观性和可控性学习系统矩阵的特征值和特征向量第四章：反馈控制系统4.1 反馈控制原理理解反馈控制系统的结构和原理学习闭环系统的传递函数和稳定性分析4.2 控制器设计掌握PID控制器和比例积分微分控制器的设计方法学习控制器参数调整和优化第五章：非线性控制系统5.1 非线性系统的描述学习非线性系统的状态空间表示和传递函数理解非线性系统输入、输出和状态之间的关系5.2 非线性控制方法掌握非线性控制系统的分析和设计方法学习非线性控制器的设计和实现第六章：根轨迹法6.1 根轨迹的基本概念理解根轨迹的定义和作用学习根轨迹的绘制方法和规则6.2 根轨迹的设计与应用掌握根轨迹的设计原则和技巧学习根轨迹在控制系统分析和设计中的应用第七章：频率响应法7.1 频率响应的基本概念理解频率响应的定义和作用学习频率响应的测量和分析方法7.2 频率响应的设计与应用掌握频率响应的设计原则和技巧学习频率响应在控制系统分析和设计中的应用第八章：数字控制系统8.1 数字控制系统的概述理解数字控制系统的定义和特点学习数字控制系统的结构和原理8.2 数字控制器的设计掌握数字控制器的设计方法和算法学习数字控制器参数调整和优化第九章：状态空间法的应用9.1 线性时不变系统的状态观测器设计学习状态观测器的定义和作用掌握状态观测器的设计方法和算法9.2 线性时不变系统的状态反馈控制器设计理解状态反馈控制器的定义和作用学习状态反馈控制器的设计方法和算法第十章：控制系统的设计实践10.1 控制系统设计的一般流程掌握控制系统设计的基本步骤和方法学习控制系统设计的注意事项和经验10.2 控制系统设计案例分析分析典型控制系统的应用案例学习控制系统设计中的问题和解决方案重点解析一、绪论：理解控制系统的基本概念和重要性，掌握课程的主要内容。
控制工程基础教案
第一讲绪论控制工程基础教案（一）一、课程的地位与作用随着科学技术、特别是信息技术的突飞猛进，自动控制技术越来越广泛地应用于工农业生产、交通运输、国防、宇航及日常生活的各个领域。
掌握和了解自动控制的基本理论和方法，对从事工程技术类各专业的科学技术人员是十分必要的。
本课程具有科学方法论的鲜明特点，研究的问题带有普遍性，是广泛意义上的方法论。
这将对学生提高分析问题和解决问题的能力，奠定坚实的理论基础。
控制工程基础是工科许多专业一门学科基础课。
目前在我校有六个专业大类中的12个专业将该课程设置成学科基础课，有三个专业大类中的4个专业将该课程设置为学科选修课，电气信息类及机械类培优班均将该课程设置成学科基础课。
该课程在各专业的学习过程中起着非常重要的作用。
它既是前期基础课向专业课的转折，又是后续专业课的一个重要基础课。
作为培养工程技术人员的学科基础课，该课程使学生首次学习控制和控制系统的概念，系统地学习控制理论的经典方法。
该课程的学习是专业学习过程中的一个重要环节。
二、课程简介控制工程基础是研究各类控制系统共性的一门技术基础科学。
教学内容以反馈控制理论为核心，介绍控制系统建模方法，介绍线性系统的时域、频域和根轨迹的分析与设计方法。
本课程具有科学方法论的鲜明特点，研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义。
教学方式以讲授为主，辅以多媒体CAI及课堂讨论。
课程的教学目标是，使学生掌握有关自动控制的基本概念、基本理论和基本方法，能够自觉运用反馈原理解决实际工程中的相关问题，进一步提高分析问题和解决问题的能力。
三、课程的教学目标与基本要求通过本课程的学习，使学生掌握有关自动控制、自动控制系统的基本概念，掌握有关经典控制理论的基本概念、基本理论和基本方法，能够运用反馈原理解决实际中的相关问题，提高分析问题和解决问题的能力。
要求掌握自动控制系统的基本组成、线性系统数学建模以及系统分析与设计的基本方法，能进行典型控制系统的分析和设计。
控制工程基础教案
控制工程基础教案第一节：引言控制工程是一门综合性学科，它涉及到了自动化、电子技术、信息处理以及数学等多个领域。
掌握控制工程的基础知识对于学生们在日后的学习和工作中都非常重要。
本教案将介绍控制工程基础的相关知识，并提供相应的教学方法和案例分析，帮助学生理解并掌握这一学科的核心内容。
第二节：教学目标通过本教案的学习，学生应该能够：1.了解控制工程的基本概念和原理；2.理解控制系统的组成和分类；3.掌握传统控制方法和现代控制方法的基本原理；4.能够应用所学知识解决实际问题。
第三节：教学内容本教案的教学内容主要包括以下几个方面：1.控制工程的基本概念1.1 控制工程的定义1.2 控制工程的基本原理2.控制系统的组成和分类2.1 控制系统的基本组成2.2 控制系统的分类3.传统控制方法3.1 PID控制器的原理和应用3.2 根轨迹法和频率法4.现代控制方法4.1 状态空间方法4.2 最优控制理论5.实际案例分析5.1 温度控制系统实例分析5.2 机器人运动控制系统实例分析第四节：教学方法在教学过程中，我们将采用多种教学方法来帮助学生更好地理解和掌握控制工程基础知识。
具体的教学方法包括：1.示例讲解：通过具体实例来解释相关概念和原理，使学生能够更加直观地理解。
2.案例分析：引入实际案例，并结合所学知识进行分析，让学生能够应用所学知识解决实际问题。
3.小组讨论：将学生分成小组，进行小组讨论和合作学习，培养学生的团队合作和解决问题的能力。
第五节：教学评估为了检验学生对于控制工程基础知识的理解和掌握程度，我们将进行以下几种教学评估方式：1.课堂测验：通过课堂测验来检验学生对于概念和原理的理解。
2.作业和实践：布置相关作业和实践项目，帮助学生运用所学知识解决实际问题。
3.小组展示：要求学生以小组为单位进行一定的研究和整理，并进行展示。
评价其团队合作和表达能力。
第六节：教学资源为了支持教学活动的开展，我们将准备以下教学资源：1.课件和讲义：为学生提供清晰明了的学习资料。
《控制工程基础》电子教案
《控制工程基础》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释控制工程的定义、目的和重要性概述控制工程的应用领域和学科范围1.2 控制系统的基本概念介绍控制系统的定义和组成解释输入、输出、反馈和控制器的概念1.3 控制工程的历史和发展回顾控制工程的发展历程和重要里程碑讨论现代控制工程的挑战和发展趋势第二章：数学基础2.1 线性代数介绍矩阵、向量的基本运算和性质讲解线性方程组的求解方法2.2 微积分复习微积分的基本概念和公式讲解导数和积分的应用2.3 离散时间信号介绍离散时间信号的定义和特点讲解离散时间信号的运算和处理方法第三章：连续控制系统3.1 连续控制系统的概述介绍连续控制系统的定义和特点解释连续控制系统的应用领域3.2 传递函数讲解传递函数的定义和性质介绍传递函数的绘制和分析方法3.3 控制器设计讲解PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论控制器设计的考虑因素和优化方法第四章：离散控制系统4.1 离散控制系统的概述介绍离散控制系统的定义和特点解释离散控制系统的应用领域4.2 差分方程和离散传递函数讲解差分方程的定义和求解方法介绍离散传递函数的定义和性质4.3 控制器设计讲解离散PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论控制器设计的考虑因素和优化方法第五章：状态空间方法5.1 状态空间模型的概述介绍状态空间模型的定义和特点解释状态空间模型的应用领域5.2 状态空间方程讲解状态空间方程的定义和求解方法介绍状态空间方程的稳定性分析5.3 状态控制器设计讲解状态控制器的原理和方法讨论状态控制器设计的考虑因素和优化方法第六章：频域分析6.1 频率响应介绍频率响应的定义和作用讲解频率响应的实验测量方法6.2 频率特性分析系统频率特性的性质和图形讨论频率特性对系统性能的影响6.3 滤波器设计讲解滤波器的基本类型和设计方法分析不同滤波器设计指标的选择和计算第七章：数字控制系统7.1 数字控制系统的概述介绍数字控制系统的定义和特点解释数字控制系统的应用领域7.2 数字控制器设计讲解Z变换和反变换的基本原理介绍数字PID控制器和模糊控制器的设计方法7.3 数字控制系统的仿真与实现讲解数字控制系统的仿真方法和技术讨论数字控制系统的实现和优化第八章：非线性控制系统8.1 非线性系统的概述介绍非线性系统的定义和特点解释非线性系统的应用领域8.2 非线性模型和分析方法讲解非线性系统的建模方法和分析技术分析非线性系统的稳定性和可控性8.3 非线性控制策略讲解非线性PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论非线性控制策略的设计和优化第九章：鲁棒控制9.1 鲁棒控制的概述介绍鲁棒控制的定义和目的解释鲁棒控制在控制工程中的应用领域9.2 鲁棒控制设计方法讲解鲁棒控制的基本设计和评估方法分析不同鲁棒控制策略的性能和特点9.3 鲁棒控制在实际系统中的应用讲解鲁棒控制在工业和航空航天等领域的应用案例讨论鲁棒控制在实际系统中的挑战和限制第十章：控制系统的设计与实践10.1 控制系统的设计流程讲解控制系统设计的基本流程和方法分析控制系统设计中的关键环节和技术选择10.2 控制系统实践案例分析不同控制系统实践案例的设计和实现过程讲解控制系统实践中的注意事项和优化方法10.3 控制系统的发展趋势讨论控制系统未来的发展方向和挑战分析新兴控制技术和方法在控制系统中的应用前景重点和难点解析重点环节1：控制系统的基本概念和组成控制系统定义和组成的理解输入、输出、反馈和控制器的相互作用重点环节2：传递函数和控制器设计传递函数的定义和性质PID控制器和模糊控制器的设计方法和应用重点环节3：差分方程和离散传递函数差分方程的求解方法离散传递函数的定义和性质重点环节4：状态空间模型的建立和分析状态空间方程的定义和求解状态空间模型的稳定性和可控性分析重点环节5：频率响应和滤波器设计频率响应的实验测量和分析滤波器设计方法和应用重点环节6：数字控制系统和控制器设计Z变换和反变换的应用数字PID控制器和模糊控制器的设计方法重点环节7：非线性系统的建模和控制策略非线性系统的建模方法非线性控制策略的设计和优化重点环节8：鲁棒控制的设计和评估鲁棒控制的基本设计和评估方法鲁棒控制策略的性能和特点重点环节9：控制系统的设计流程和实践案例控制系统设计的基本流程和方法控制系统实践案例的设计和实现过程重点环节10：控制系统的发展趋势和新兴技术控制系统未来的发展方向新兴控制技术和方法在控制系统中的应用前景本教案涵盖了控制工程基础的十个重点环节，包括控制系统的基本概念和组成、传递函数和控制器设计、差分方程和离散传递函数、状态空间模型的建立和分析、频率响应和滤波器设计、数字控制系统和控制器设计、非线性系统的建模和控制策略、鲁棒控制的设计和评估、控制系统的设计流程和实践案例以及控制系统的发展趋势和新兴技术。
控制工程基础教学设计
控制工程基础教学设计前言控制工程作为一门重要的工程学科，涉及到许多领域，如机械、电子、自动化、计算机等学科，而控制工程基础则是构建控制工程学科体系的基石。
本文将围绕控制工程基础课程的教学设计进行探讨，以期帮助教师更好地开展教学工作。
教学目标通过本课程的学习，学生应该能够：1.理解控制工程的基本概念、基本原理，掌握相关的数学工具和方法；2.掌握控制系统的建模和分析方法，能够使用常见的控制器进行控制系统设计和性能评价；3.了解现代控制理论的基本内容，包括状态空间法、鲁棒控制、自适应控制等，为后续深入学习做好铺垫；4.能够独立完成控制系统基本设计和仿真，具备综合运用理论知识和计算工具解决实际问题的能力。
教学内容和方法教学内容控制工程基础课程的主要内容包括：1.控制工程基础概念：控制工程的定义、分类、应用领域以及完整控制系统的基本组成部分；2.数学基础：微积分、线性代数、矩阵运算、微分方程等数学工具在控制工程中的应用，以及相关计算方法；3.控制系统建模：从物理环节进行建模，包括动力学方程、传输函数、状态空间法等，并通过实例进行模型分析；4.控制系统分析：基本控制器如比例、积分、微分控制器的性能分析，频域、时域分析方法的介绍，稳态、动态性能等指标的定义和计算；5.现代控制理论：状态空间法、鲁棒控制、自适应控制等现代控制方法的基本概念、优点和应用场合。
教学方法为了达到上述教学目标，需要采用灵活多样的教学方法，主要包括：1.理论讲解：结合案例，详细讲解控制工程基础相关理论概念、基本原理和方法，注重培养学生的理论基础和思维能力；2.实践操作：采用MATLAB、Simulink等软件，进行控制工程基础实践操作，培养学生的动手能力和计算工具应用能力；3.课堂讨论：鼓励学生积极参与，组织学生进行小组讨论、课堂展示、思考问题等活动，提升学生的交流合作和问题分析能力；4.辅导和实验：针对学生不同学习情况，进行个性化辅导，为学生安排实验任务，深入理解控制工程基础课程的内容和实际应用。
控制工程基础董景新第四版
控制工程基础董景新第四版简介《控制工程基础董景新第四版》是董景新教授所著的一本控制工程入门教材，通过全面介绍控制工程的基本概念、基本理论和基本方法，帮助读者建立起对控制工程的基础知识和基本技能的理解和掌握。
内容第一章：引言本章主要介绍控制工程的基本概念和发展历程，为后续章节的学习奠定基础。
首先对控制系统和控制工程的定义进行了阐述，并介绍了控制工程的主要任务和发展方向。
其次，对控制系统的分类进行了介绍，包括开环控制系统和闭环控制系统。
最后，介绍了控制系统的相关术语和符号，为后续章节的学习做好铺垫。
第二章：数学基础本章主要介绍控制工程所需要的数学基础知识。
首先介绍了常见的数学函数和符号，包括常用数学函数、求和符号、积分符号等。
其次，介绍了常用的数学运算法则，包括加法、乘法、指数运算等。
最后，介绍了常见的数学方程和常用的数学方法，包括线性方程组、矩阵运算、微积分等。
第三章：信号与系统本章主要介绍信号与系统的基本概念和分析方法。
首先介绍了信号的定义和分类，包括连续信号和离散信号、周期信号和非周期信号。
其次，介绍了信号的表示与分解方法，包括傅里叶级数和傅里叶变换。
最后，介绍了系统的定义和分类，包括线性系统和非线性系统、因果系统和非因果系统。
同时，介绍了系统的时域分析方法和频域分析方法。
第四章：传递函数与系统响应本章主要介绍传递函数和系统的响应特性。
首先介绍了传递函数的定义和性质，包括零极点分布和传递函数的单一性。
其次，介绍了系统的稳定性和系统的稳定判据，包括极点位置的判断和Nyquist判据。
最后，介绍了系统的时域响应和频域响应，包括单位冲击响应、单位阶跃响应、频率响应等。
第五章：控制系统的稳定性分析本章主要介绍控制系统的稳定性分析方法。
首先介绍了控制系统的稳定性的概念和判据，包括极点位置的判断和Nyquist稳定性判据。
其次，介绍了控制系统的根轨迹法和频率响应法，用于稳定性分析和设计。
最后，介绍了控制系统的相角裕度和增益裕度的概念和计算方法。
控制工程基础ch4_54.5.2 电子教案
G0 (
j )
K0 ( j1 1)
jT1 1 jT2 1
（相当于比例、积分和惯性环节迭加）
低频段：ω很小， G0( j) K0 A() K0
转角频率为：ω1=1/T1,ω2=1/T2,ω3=1/τ1。（设ω1<ω2<ω3）
分别画出各环节的渐近线，迭加后得：
对I型系统
G(s)
100s
31.6s
110s
1
0.1
ω
[-20]
由题意可知
G(s)
ks2
T 2s2 2Ts 1
ks2
252 s2 50s 1
L(ω)
ζ=1 [40]
20 lg k 2 0.01 0
lg k 4 0 lg k 4 k 104 10000
低频段近似为积分环节
由题意可知
G(s)
T1s
ks
1T2s
1
L(ω)
0.01
T1 100,T2 10 -10dB
[20]
20 lg k 0.01 20 lg k 20 lg 0.01 10
lg k 2 0.5
lg k 1.5
k 101.5 31.6
GI ( j)
KI ( j1 1)
j jT1 1 jT2 1
（相当于比例、积分和惯性环节迭加）
低频段：ω很小，ωτ1、ωT1、ωt2<<1
GI ( j)
1
j
则ω=1时
A() KI
转角频率为：ω1=1/T1,ω2=1/T2,ω3=1/τ1。（设ω1<ω2<ω3） 分别画出各环节的渐近线，迭加后得：
控制工程基础教程课程设计
控制工程基础教程课程设计1. 课程设计背景控制工程基础是控制科学与工程的基石，是现代控制工程领域的核心基础课程。
本课程的目标是让学生了解控制工程的基本概念和理论，并能够运用所学的方法和技能解决控制工程实际问题。
为了帮助学生更好地掌握课程内容，本次课程设计旨在综合运用所学知识，完成对一个简单控制系统的设计和实现。
2. 课程设计内容2.1 实验目标通过本次课程设计，学生应该能够：•理解控制系统设计的基本流程和方法•掌握控制系统模型的建立•掌握PID控制器的基础原理和设计方法•了解开环控制和闭环控制的区别和应用•掌握MATLAB/Simulink的使用方法2.2 实验内容本次课程设计的实验内容为：设计一个基于PID控制器的温度调节系统。
具体要求如下：•基于传感器采集温度数据•搭建系统的数学模型•设计并实现PID控制算法•使用Simulink进行系统仿真•对系统进行性能测试和优化2.3 实验步骤1.温度测量系统安装并连接温度传感器，并编写MATLAB程序对其进行数据采集和处理。
2.系统模型建立根据温度采集数据和系统实际情况，建立系统模型，包括传递函数、状态空间方程等。
3.PID控制算法设计根据系统模型，设计并实现PID控制算法，并进行参数调节和优化。
可采用手动调节或自动调节方法。
4.系统仿真使用Simulink进行系统仿真，观察系统的响应特性，包括静态特性、动态特性和稳态误差等，并对系统进行性能测试和优化。
2.4 实验要求•单人或团队完成，团队不超过三人。
•需提交实验报告和程序代码。
•实验报告需包括系统模型、控制算法设计与实现、Simulink仿真结果、性能测试与分析等内容。
3. 实验结果与分析实验结果显示，在设计好的PID控制器作用下，温度调节系统的调节精度提高明显，系统的控制效果得到了显著的改善。
仿真结果表明，在使用PID控制器时，系统的静态和动态特性都得到了较好的控制，系统的稳态误差也得到了有效的缓解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
控制工程基础第四版课程设计
1. 课程简介
《控制工程基础》是控制科学与工程的基础课程，它介绍了控制工程的基本概念、理论方法和应用技术。
本课程设计旨在通过实践，加深学生对课程内容的理解，提升学生的实践能力和创新能力。
本次课程设计包括两个部分，第一部分是仿真实验，第二部分是控制系统设计。
2. 仿真实验
2.1 实验内容
本次仿真实验是对PID控制器性能的评价。
在MATLAB/Simulink环境下，使用PID控制器对一阶惯性环节进行控制，并对控制器的性能进行评价。
2.2 实验步骤
2.2.1 建立仿真模型
在MATLAB/Simulink环境下，建立一阶惯性环节的仿真模型。
其中惯性环节的
传递函数为：
$$ G(s) = \\frac{1}{1 + Ts} $$
式中，T=1s。
2.2.2 添加PID控制器
在惯性环节后加入PID控制器，调节其参数以使系统达到稳定状态。
2.2.3 系统性能评价
利用MATLAB/Simulink中的性能评价工具箱，对系统的性能进行评价。
主要评价指标包括超调量、调节时间、稳态误差等。
2.3 实验材料
•MATLAB/Simulink软件
3. 控制系统设计
3.1 设计任务
设计一辆DC电动小车的速度控制系统。
小车需要在起点达到6m/s的速度，经过一段长为30m的路程后停下来。
控制器需要保证小车在起点、中点、终点处的速度误差小于5%。
3.2 设计步骤
3.2.1 系统建模
首先，需要对小车的动力学特性进行建模，得到小车的传递函数。
假设小车的加速度与转矩成正比，有：
$$ J\\frac{d\\omega}{dt}=K_T i-K_F \\omega $$
$$ L\\frac{di}{dt}+Ri=V-K_T\\omega $$
其中，L为电感，R为电阻，V为电压，K T、K F为电机转矩常数和摩擦系数。
通过求解上述动态方程，得到小车速度与电机输入电压的传递函数为：$$ G(s) = \\frac{V(s)}{U(s)} = \\frac{K_T}{Js^2+(K_F+RJ)s+K_TK_F} $$
3.2.2 控制器设计
根据设计任务，需要设计一个速度控制器，使得小车在起点、中点、终点处的速度误差小于5%。
常用的控制器包括PI控制器和PID控制器。
3.2.3 仿真验证
在MATLAB/Simulink环境下，建立小车的仿真模型，加入上述控制器，进行仿
真验证。
通过调节控制器的参数，得到满足要求的控制器。
3.3 设计结果
通过上述步骤，得到了一个满足要求的速度控制系统，并进行了仿真验证。
4. 总结
本次课程设计主要介绍了控制工程基础中的PID控制器性能评价和控制系统设计。
在实践中，通过仿真实验和控制系统设计，加深了学生对控制工程基础的理解，提升了学生的实践能力和创新能力。