控制工程基础第四版教学大纲
过程控制工程第四版教学设计
过程控制工程第四版教学设计课程简介本课程为过程控制工程相关专业的本科生课程，主要教授过程控制的基本理论、方法和应用技术。
课程内容涵盖传感器、信号处理、过程建模、控制策略等方面，在实验室中进行多种控制实验，以培养学生的实践能力和创新能力。
授课目标1.掌握过程控制中常用的量测量、信号处理和过程建模技术。
2.熟悉传统PID控制和现代控制技术。
3.能够分析、设计和调试简单的过程控制系统。
4.培养学生的实践能力和团队合作能力。
课程内容第一章：过程控制简介1.1 过程控制的定义和作用 1.2 过程控制系统的组成和功能 1.3 过程控制技术的分类和应用第二章：传感器与信号处理2.1 传感器的原理和分类 2.2 传感器的选型和调试 2.3 信号处理的基本原理和方法第三章：过程建模3.1 过程建模的概念和分类 3.2 线性和非线性过程建模方法 3.3 过程识别和参数估计第四章：传统PID控制4.1 PID控制的概念和基本原理 4.2 PID控制器的设计和调试 4.3 自适应PID 控制和增量式PID控制第五章：现代控制技术5.1 非线性控制和自适应控制 5.2 最优控制和预测控制 5.3 模糊控制和神经网络控制第六章：过程控制系统实验6.1 传感器和信号处理实验 6.2 过程建模实验 6.3 PID控制实验 6.4 现代控制技术实验教学方式1.课堂教学：通过多媒体展示、理论讲解和案例分析等方式进行。
2.实验教学：通过实验室教学，让学生亲身体验过程控制系统的设计和调试。
3.课程论文：让学生选择一个过程控制应用进行调研和论文撰写，以提高学生的研究和应用能力。
课程评价1.平时表现：包括出勤率、作业、实验报告、课堂参与等。
2.期末考试：主要考察学生的理论知识掌握程度。
3.课程论文：对学生的研究和应用能力进行评价。
参考教材1.《过程控制工程导论》第四版，刘洪海，机械工业出版社。
2.《过程控制工程技术手册》第三版，罗凯、钟淑敏，中国电力出版社。
《控制工程基础》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲（课程编号：A340008，学分3，学时:48，实验：6）一、课程的性质与目的“控制工程基础”课程以机电工程领域的线性控制系统为主要对象，介绍应用数学工具或试验结果对线性反馈控制系统进行建模、性能分析和设计的原理和方法。
通过学习，使学生能掌握反馈闭环控制的基本概念、基本思想、基本原理，初步掌握建立机电控制系统数学模型的方法，能应用数学手段进行线性控制系统的性能分析，初步掌握控制系统设计校正方法，并初步了解离散控制系统和非线性控制系统的基本，初步了解MA TLAB软件在控制系统分析设计中的应用，为后续课程的学习以及从事工程技术工作或继续深造打下基础。
本课程是机械制造与自动化专业的技术基础课。
二、课程内容与教学要求1 课程内容第一章控制系统导论一般了解1-1 自动控制的基本原理1-2 自动控制系统示例1-3 自动控制系统的分类1-4 自动控制系统的基本要求第二章控制系统的数学模型重点掌握2-1 傅里叶变换与拉普拉斯变换2-2 控制系统的时域数学模型2-3 控制系统的复数域数学模型2-4 控制系统的结构图与信号流图第三章线性系统的时域分析法重点掌握3-1 系统的时域性能指标3-2 一阶系统的时域分析3-3 二阶系统的时域分析3-4 高阶系统的时域分析3-5 线性系统的稳定性分析3-6 线性系统的稳态误差计算第四章线性系统的根轨迹法重点掌握4-1 根轨迹法的基本概念4-2 常规根轨迹的绘制法则4-3 广义根轨迹4-4 系统性能的分析第五章线性系统的频域分析法重点掌握5-1 频率特性5-2 典型环节与开环系统频率特性5-3 频域稳定判据5-4 频域稳定裕度5-5 闭环系统的频域性能指标第六章线性系统的校正方法一般了解6-1 系统的设计与校正问题6-2 常用校正装置及其特性6-3 串联校正6-4 反馈校正三、上机实验要求实验要求见有关实验指导书。
实验一闭环电压控制系统，2学时实验二频率特性的测试与系统参数的确定，2学时实验三串联校正研究，2学时四、能力培养的要求1、经过经典控制理论的学习，提高机电装备的应用维护水平，以及改进、设计或研究能力。
《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。
教案--控制工程基础(第4,章)
第10讲·第4章控制系统的频域分析自动控制系统的时域分析是最基本的分析法，它能准确地分析控制系统的动态性能和稳态性能。
但是，求解高阶系统的响应很困难。
当研究系统参数变化的影响时，计算量大，难以找出规律。
所以在工程实践中，应用频率分析的方法来研究控制系统；频率特性分析法是一种图解法，不必之久求解系统的微分方程，用频率特性的方法将系统的特性展示在复平面上，能较方便地分析某参数或环节对系统性能的影响，为系统的校正提供理论依据。
控制系统的时域分法和频域分析法，作为经典控制理论的重要组成部分吗、，既相互渗透，又相互补充，在控制理论中占重要地位。
尤其是频率特性具有较强的直观性和明确的物理意义，可用实验方法测定系统的频率响应，因此，频率特性分析的方法在控制工程中广泛应用。
§4-1 频率特性的基本概念4.1.1频率特性的定义1）频率特性的概念：频率特性又称为频率响应，它是系统（或环节）对不同频率的正弦信号的稳态响应特性。
如图4—1所示，系统在不同频率的正弦输入信号r(t)的作用下，系统的稳态输出信号c(t)与输入信号的频率相同，幅值和相位与输入信号不同。
由图4一l所示可见，著保持输入信号的幅值Ar不变，逐次改变输入信号的频率ω，则可测得系统的稳态输出（过渡过程结束后）信号的幅值Ac和对应的相位差υ。
式中Ac——输出正弦量的振幅Ar——输人正弦量的振幅υc——输出正弦量的初相位υr——输入正弦量的初相位2）频率特性的数学本质：对于线性系统，其传递函数一般可以写为：式中：s i——系统的特征根a i（i=1，2，┄，n）、b、b（b的共轭复数）——待定系数，对式4-4进行拉式反变化，得系统输出量对于稳定系统，特征根s i应具有负实部，则c(t)的第一部分将随时间t→∞而逐向于零。
c(t)的第二部分为稳态分量，用c ss(t)表示其中b、b由待定系数法求得再将系数b、b代入式4-6，有：由欧拉公式，可得c ss(t)=A c sin[ωt+υ(ω)] 4-7式4-7表明，线性系统在正弦信号作用下，其输出量的稳态分量的频率与输入信号相同，其幅值A c=A(ω)A r，相位差为υ(ω)。
《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，Fundamentals of Control Engineering课程性质：专业基础课学分：2.5总学时：48 其中，理论学时：40 实验学时：8适用专业：机械设计制造及其自动化专业。
先修课程：工程数学，工程力学，电工电子等。
一、教学目的与要求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。
在机械类各专业的教学计划中，是一门理论性较强的技术基础课。
它是进行控制系统动态特性分析的基础，目前自动控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输、国防和宇航等各个领域。
本课程的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握系统动态特性数学模型的建立和研究方法，并学会应用这些研究方法对已知系统的稳定性、快速性和准确性问题进行分析，以及进行控制系统的设计，并为学习后续课程、从事工程技术工作、进行科学研究、开拓新的领域，打下坚实的基础。
本课程主要以线性控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。
学完本课程应达到以下基本要求：1．理解自动控制的基本含义，自动控制的基本要求，自动控制系统与过程中的信息传递、反馈及反馈控制。
2．理解数学模型、线性系统和非线性系统、相似性原理的概念；掌握线性元件和系统的数学模型的建立方法、线性系统的叠加原理和非线性运动方程线性化的方法。
3．掌握一阶、二阶及高阶系统的时间响应分析和性能指标计算；理解控制系统的误差与稳态误差的概念，系统稳态误差的计算；掌握控制系统稳定性的概念、稳定的充要条件及时域稳定判据。
4．掌握判断控制系统稳定性的奈魁斯特稳定判据、对数稳定判据和相对稳定裕量的概念及计算。
5．理解控制系统校正的概念和校正方法。
6．掌握控制系统的串联校正方法和校正装置的设计；掌握控制系统的并联校正的作用及校正方法。
二、教学内容与学时分配三、各章节主要知识点与教学要求1．控制系统的基本概念（1）控制系统的工作原理及其组成；（2）控制系统的基本类型；（3）对控制系统的基本要求；（4）控制工程的发展概况。
机械控制工程基础教学大纲
机械控制工程基础教学大纲机械控制工程基础教学大纲机械控制工程是现代工程领域中的重要学科之一，它涉及到机械系统的设计、控制和优化。
为了帮助学生全面掌握机械控制工程的基础知识和技能，制定一份科学合理的教学大纲至关重要。
本文将探讨机械控制工程基础教学大纲的内容和结构。
一、课程目标机械控制工程基础课程的目标是培养学生对机械系统的控制原理和方法有基本的了解和掌握，能够应用所学知识解决实际问题。
通过该课程的学习，学生应具备以下能力：1. 理解机械系统的基本结构和工作原理；2. 掌握机械控制系统的建模和仿真方法；3. 熟悉常见的控制器设计方法；4. 能够应用所学知识进行机械系统的控制和优化。
二、课程内容1. 机械系统基础知识介绍机械系统的组成部分和基本工作原理，包括机械元件、传动系统、传感器等。
2. 信号与系统讲解信号的基本概念和特性，介绍系统的数学建模和分析方法，为后续的控制系统设计打下基础。
3. 控制系统基础主要介绍控制系统的基本概念和分类，包括开环控制和闭环控制，以及控制系统的性能指标和稳定性分析方法。
4. 传感器与执行器详细介绍常见的传感器和执行器的原理和应用，包括光电传感器、压力传感器、电机等。
5. 控制器设计介绍常见的控制器设计方法，包括比例积分控制器、PID控制器等，以及控制器参数调整和优化方法。
6. 系统建模与仿真讲解机械系统的建模方法，包括基于物理原理的建模和基于数据的建模，以及仿真工具的使用。
7. 控制系统实验进行基于实际机械系统的控制系统实验，培养学生的动手能力和实际应用能力。
三、教学方法1. 理论授课通过课堂讲解和案例分析，向学生传授机械控制工程的基础理论知识。
2. 实践操作安排实验课程，让学生亲自操作实际的机械系统，加深对所学知识的理解和应用能力。
3. 课程设计布置课程设计任务，要求学生独立完成机械控制系统的设计和优化，培养学生的综合能力。
四、评估方式1. 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等。
《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的概念、内容和研究方法理解控制工程在工程实践中的应用和重要性1.2 控制系统的基本概念定义系统、输入、输出和反馈区分开环系统和闭环系统1.3 控制工程的目标掌握稳定性、线性、非线性和时变性等控制系统的特性学习控制系统的设计方法和步骤第二章：数学基础2.1 线性代数基础掌握向量、矩阵和行列式的基本运算学习线性方程组和特征值、特征向量的求解方法2.2 微积分基础复习极限、连续性和微分、积分的基本概念和方法应用微积分解决实际问题2.3 复数基础了解复数的概念、代数表示法和几何表示法学习复数的运算规则和复数函数的性质第三章：控制系统分析3.1 传递函数定义传递函数的概念和性质学习传递函数的绘制和解析方法3.2 频率响应分析理解频率响应的概念和特点应用频率响应分析方法评估系统的性能3.3 根轨迹分析掌握根轨迹的概念和绘制方法分析根轨迹对系统稳定性的影响第四章：控制系统设计4.1 控制器设计方法学习PID控制器的设计原理和方法了解模糊控制器和神经网络控制器的设计方法4.2 控制器参数调整掌握控制器参数调整的目标和方法应用Ziegler-Nichols方法和频域方法进行参数调整4.3 系统校正和优化理解系统校正的概念和目的学习常用校正方法和优化技术第五章：现代控制理论5.1 状态空间描述了解状态空间的概念和表示方法学习状态空间方程的求解和状态反馈控制5.2 状态估计和最优控制掌握状态估计的概念和方法学习最优控制的目标和求解方法5.3 鲁棒控制和自适应控制理解鲁棒控制的概念和特点了解自适应控制的设计方法和应用场景第六章：线性系统的稳定性分析6.1 稳定性的定义和性质理解系统稳定性的概念和重要性学习稳定性分析的基本方法6.2 劳斯-赫尔维茨准则掌握劳斯-赫尔维茨准则的原理和应用应用劳斯-赫尔维茨准则判断系统的稳定性6.3 李雅普诺夫方法了解李雅普诺夫方法的原理和分类学习李雅普诺夫第一和第二方法判断系统的稳定性第七章：线性系统的控制器设计7.1 控制器设计概述理解控制器设计的目标和重要性学习控制器设计的基本方法7.2 PID控制器设计掌握PID控制器的设计原理和方法应用PID控制器进行系统控制7.3 状态反馈控制器设计了解状态反馈控制器的设计原理和方法学习状态反馈控制器的设计和应用第八章：非线性控制系统分析8.1 非线性系统概述理解非线性系统的概念和特点学习非线性系统分析的基本方法8.2 非线性系统的描述方法学习非线性系统的数学模型和描述方法应用非线性系统分析方法研究系统的性质8.3 非线性控制系统的应用了解非线性控制系统在工程实践中的应用学习非线性控制系统的设计和优化方法第九章：鲁棒控制理论9.1 鲁棒控制概述理解鲁棒控制的概念和重要性学习鲁棒控制的基本方法9.2 鲁棒控制设计方法掌握鲁棒控制设计的原则和方法应用鲁棒控制设计方法设计控制器9.3 鲁棒控制在控制系统中的应用了解鲁棒控制在实际控制系统中的应用学习鲁棒控制在控制系统中的设计和优化方法第十章：控制系统仿真与实验10.1 控制系统仿真概述理解控制系统仿真的概念和重要性学习控制系统仿真的基本方法10.2 MATLAB控制系统仿真掌握MATLAB控制系统仿真工具的使用应用MATLAB进行控制系统仿真和分析10.3 控制系统实验了解控制系统实验的目的和重要性学习控制系统实验的方法和技巧重点和难点解析重点环节1：控制系统的基本概念和特性控制系统的基本概念，包括系统、输入、输出和反馈区分开环系统和闭环系统掌握稳定性、线性、非线性和时变性等控制系统的特性重点环节2：传递函数和频率响应分析传递函数的概念和性质，传递函数的绘制和解析方法频率响应的概念和特点，频率响应分析方法分析根轨迹对系统稳定性的影响重点环节3：控制器设计方法和参数调整控制器设计方法，包括PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器的设计原理和方法控制器参数调整的目标和方法，应用Ziegler-Nichols方法和频域方法进行参数调整重点环节4：状态空间描述和最优控制状态空间的概念和表示方法，状态空间方程的求解和状态反馈控制状态估计和最优控制的目标和求解方法重点环节5：非线性控制系统分析和鲁棒控制理论非线性系统的概念和特点，非线性系统分析的基本方法鲁棒控制的概念和重要性，鲁棒控制的基本方法重点环节6：控制系统仿真与实验控制系统仿真的概念和重要性，控制系统仿真的基本方法MATLAB控制系统仿真工具的使用，应用MATLAB进行控制系统仿真和分析控制系统实验的目的和重要性，控制系统实验的方法和技巧全文总结和概括：本教案涵盖了控制工程基础的十个章节，主要包括控制系统的基本概念和特性、传递函数和频率响应分析、控制器设计方法和参数调整、状态空间描述和最优控制、非线性控制系统分析和鲁棒控制理论以及控制系统仿真与实验。
- 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教学大纲
课程概述
《控制工程基础》是一门针对自动控制领域的入门课程，主要介绍控制工程的基本原理、基本方法以及应用技术。
本课程旨在让学生初步掌握系统控制理论的基本知识和方法，以便于在工程实践中解决相关问题。
授课内容
第一章控制系统概述
1.控制系统的定义和基本概念
2.控制系统的分类
3.控制系统的组成部分和基本结构
第二章数学模型建立
1.线性时不变系统的数学建模
2.传递函数和状态空间模型
3.系统的时间响应和稳态响应分析
第三章系统稳定性分析
1.时域分析法
2.频域分析法
3.系统稳定性的判定方法
第四章控制系统的设计
1.控制系统的设计要求
2.确定控制结构的选择
3.设计控制器的方法
第五章系统性能分析
1.系统的性能指标
2.系统响应速度和稳态精度分析
3.系统性能的提高
第六章高级控制方法
1.PID 控制
2.广义预测控制（GPC）方法
3.模糊控制
4.自适应控制
第七章运动控制系统设计
1.伺服机构的基本原理
2.伺服机构的数学模型
3.伺服机构的控制方法
实验内容
实验一系统参数辨识
1.传统系统的建模方法
2.基于系统响应的辨识方法
3.多项式辨识方法
实验二控制系统稳定性分析
1.时域分析法
2.频域分析法
3.稳定性判定方法
实验三 PID 控制器的设计与应用
1.PID 控制器的设计方法
2.PID 控制器的参数整定方法
3.PID 控制器在控制系统中的应用
实验四自适应控制
1.反馈误差控制方法
2.模型参考自适应控制方法
3.自适应控制系统的建模与设计
实验五运动控制系统的设计
1.伺服机构的控制方法
2.伺服机构系统的建模和参数辨识
3.运动控制系统的设计实现
教材及参考书目
教材
1.许明杰、洪来兴. 控制工程基础（第4版）. 北京：高等教
育出版社，2017年.
参考书目
1.K. OGATA. Modern Control Engineering (5th edition)，USA: Prentice Hall, 2009.
2.F. FRANKLIN,D. POWELL, EMMANUEL K. Agyakwa. Digital Control of Dynamic Systems. Prentice Hall Professional Technical Reference，4 edition, 2009.
3.P. KATTIEN, H. UNDE, M. DE DONCKER. Digital Control for Power Converters. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.
评分方法
1.平时成绩：30%
2.期末考试：70%。