《控制工程基础》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲
课程名称：控制工程基础
适用班级： 2016级机电一体化（专科函授1 业余2）、机械制造与自动化（专科函授2 业余3）汽车运用技术（业余3）
辅导教材：《控制工程基础》（第3版）孔祥东等编著机械工业出版社
一、本课程的地位、任务和作用
《控制工程基础》作为机械工程类专业尤其是机械设计制造及其自动化专业的一门重要理论基础之一，既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的方法论，在培养学生综合设计能力、工程实践能力和启迪与发展学生思维与智力方面均占有重要地位，为培养机械工程人才，特别是机电（液）一体化人才方面，发挥着重要作用。
本课程的任务是通过课堂教学，使学生获得机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法，培养学生紧密结合机械工程实际，特别是机械制造工程实际，使自动控制的理论知识与实践知识相统一，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。
二、本课程的相关课程
先修课程：《电工技术》、《高等数学》、《机械原理》、《机械设计》等。
三、本课程的基本内容及要求
第一章绪论
1、了解自动控制理论研究的对象、作用；
2、掌握自动控制系统结构、工作原理及系统结构方框图；
3、掌握输入量、输出量、反馈、偏差等基本概念；
4、了解控制系统的组成、分类及基本要求。
重点是自动控制系统工作原理、系统结构方框图及输入量、输出量、反馈、偏差等基本概念。
第二章控制系统的数学模型
1、掌握机械、电气系统微分方程的建立方法；
2、了解非线性方程的线性化；
3、熟悉拉普拉斯变换及反变换、线性定常微分方程的解法；
4、熟悉传递函数；
5、掌握系统传递函数方框图的化简。
重点是微分方程、传递函数、拉普拉斯变换及反变换、解微分方程、化简传
递函数方框图；难点是建立微分方程及化简传递函数方框图。
第三章控制系统的时间响应分析
1、掌握一阶系统的时间响应；
2、掌握二阶系统的时间响应与性能指标；
3、了解高阶系统零、极点对时间响应的影响；
4、掌握控制系统稳定性分析与劳斯判据；
5、掌握控制系统稳态误差分析、计算。
重点是时间响应、稳定性、稳态误差的分析、计算；难点是稳态误差的分析、计算。
第四章控制系统频率特性分析
1、掌握频率特性的定义，幅频、相频、实频、虚频的计算；
2、熟悉Bode图，了解Nyquist图；
3、掌握频率特性用于系统稳定性判别及稳定裕度；
4、了解最小相位系统与闭环频率特性。
重点是频率特性的含义、Bode图、利用系统开环Bode图判别闭环稳定性及稳定裕度；难点是Bode图的画法。
第五章控制系统的综合与校正
了解PID校正、串联校正，反馈校正，复合校正。
四、习题数量及要求
以思考题为主，针对课程内容适时进行讨论。
五、教学方式与考核方式
教学方式：面授辅导、平时作业
考核方式：考勤、作业和考试
六、几点说明
推荐教材和主要参考书：
推荐教材：
1．王益群，孔祥东.控制工程基础.北京：机械工业出版社，2011
主要参考书：
1．鄢景华.自动控制原理.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000
2．杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础.武汉：华中科技大学出版社，2001 3．杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础习题集.武汉：华中科技大学出版社，2001
《控制工程基础》复习范围
1.（1）什么是反馈控制原理？
（2）闭环控制系统的基本组成几个部分的职能。
、
（3）什么是开环系统？什么是闭环系统？试比较二者的优缺点？
（4）评价控制系统的三本基本性能要求是什么？这些要求之间是否存在着相互影响？
2.（1）什么是数学模型？动力学系统的数学模型主要包括哪些种类？获取系
统数学模型有哪些方法？
（2）建立数学模型的主要步骤有哪些？、
（3）什么是传递函数？
（4）什么是相似系统？
（5）系统阶次的概念？
（6）基本环节的时域和复域的数学表达式是什么？
（7）简化框图的方法是什么？
3.（1）时间响应、瞬态响应和稳态响应的基本概念？
（2）时间响应的瞬态响应反映系统哪些方面的性能？稳态响应反映哪些方面的性能？
（3）稳定性的定义是什么？线性定常系统稳定的充分必要条件是什么？劳斯-赫尔维茨判据是如何应用？
（4）误差及稳态误差是如何定义的？怎么计算给定稳态误差？
（5）定义系统类型及静态误差系数有什么好处？
4.（1）频率特性的物理意义，频率特性与频率响应有何区别？
（2）频率特性有哪些描述形式？如何定义？绘制Bode图的基本步骤是什么？bode图描述频率特性具有什么优势？
（3）最小相位系统与非最小相位系统的区别？
（4）判断系统稳定性的几何判据是什么？
5.（1）控制系统综合与校正的实质是什么？在系统校正中，常用的性能指标
有哪些？
（2）PID调节器传递函数的一般形式是什么？PID调节器各部分的作用？。
《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。
《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》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲课程类别：专业教育课程课程名称：控制工程基础开课单位：机械工程学院课程编号：B03020302总学时：40 学分： 2.5适用专业：机械电子工程先修课程：高等数学、线性代数、大学物理、电工技术、电子技术基础一、课程在教学计划中地位和作用控制工程基础是机械电子工程专业的一门专业基础课程，也是后续专业课程的基础。
该课程主要是运用控制论的基本原理及基本思想方法，分析研究机械和机电工程中有关信息的传递、反馈及控制，研究机械和机电系统的动态特性，培养学生以动态的观点去看待机械系统。
要求学生掌握系统时频域建模及性能分析的相关知识，掌握系统稳定判定的方法，熟悉系统校正的方法。
培养学生具有初步设计、分析和校正系统的能力，培养学生应用控制工程基础理论知识并使用MATLAB软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。
为学生从事相关专业技术工作和科学研究工作提供必要的理论知识支撑。
二、课程目标1.通过本课程的学习，培养学生能利用控制系统的基本原理表述与解决工程问题，建立学生能在创建系统数学模型的基础上，对系统的性能进行分析、研究的能力；（支撑毕业要求1、2、4）2.能利用系统频率特性的基本知识，对系统进行辨识，培养学生掌握解决工程问题的程序与方法；（支撑毕业要求1、2）3.能够利用系统稳定的条件判断系统系统是否稳定，并能对不稳定的系统进行校正，培养学生能用理论知识进行工程问题规划与设计，适时体现创新意识；（支撑毕业要求1、2、3）4.能够有效利用MATLAB软件对控制工程实际问题进行模拟、分析与预测。
（支撑毕业要求5）三、课程内容及基本要求第一章绪论（2学时）1．熟悉控制系统得基本工作原理；2．了解控制系统的分类，熟练掌握控制系统的反馈工作原理及反馈控制系统基本构成；3．了解控制理论的研究对象及方法；4．理解控制系统的最基本要求。
第二章拉普拉氏变换（2学时）1．了解拉氏变换与拉氏反变换的定义；2．掌握典型时间函数的拉氏变换和拉氏变换定理；3．熟练掌握拉氏反变换的数学方法。
《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。
《控制工程基础》教学大纲
《控制工程基础》教学大纲（理论课程及实验课程适用）一、课程信息课程名称（中文）：控制工程基础课程名称（英文）：Fundamental of Control Engineering课程类别：专业主干课课程性质：必修计划学时：40计划学分：2.5先修课程：高等数学、复变函数、理论力学、电工电子学、机械制造技术基础等选用教材：《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子等编著，武汉：华中科技大学出版社，2011年；非自编；教育部规划教材开课院部：机电工程学院适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程课程负责人：徐建民课程网站：二、课程简介（中英文）控制工程基础是机械大类本科专业的一门重要的专业主干课程，也是一种方法论。
其课程内容主要针对闭环控制系统的分析与校正，提供了扎实的理论基础和丰富的实践应用。
通过本课程的学习，重在培养学生系统思维问题的能力，使他们掌握机械工程控制论的基本知识和控制系统的性能分析与校正方法，并能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和方法来分析、研究和解决具体问题，同时为学习后续其它相关课程奠定良好的理论基础。
Fundamental of control engineering is an important basic course for mechanical engineering，and is also a kind of methodology. The course, including a strong foundation of theoretical knowledge and abundant practical application, is focused principally on the analysis and correction of close-loop control systems, The objective of the course is mainly to develop the ability of systematic thought, enable the students to master the basic knowledge and the performance analysis＆correction method of mechanical engineering control theory, and enable them to resolve some specific problems by applying the basic concepts and methods when encountering the engineering problems. Meanwhile, the course provides a favorable theory base for learning other subsequent related courses.三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1 工程知识能结合工程实际问题，利用经典控制理论的基本概念和方法，包括时域法、频率特性法等来解决复杂工程中的自动控制问题。
控制工程基础第四版教学大纲
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%。
控制工程基础课程教学大纲
《控制工程基础》课程教学大纲课程编号：0803301025课程名称：控制工程基础英文名称：Fundamentals of Control Engineering课程类型：专业任选课总学时：40讲课学时：40 实验学时：0学时：40学分：2.5适用对象：四年制材料成型及控制工程专业先修课程：高等数学，机械设计基础，电工电子技术一、课程性质、目的和任务控制工程基础课程是四年制材料成型及控制工程专业的一门主要技术基础课程。
其目的是使学生了解自动控制系统的基本结构和工作原理，掌握分析系统性能的基本方法，学习设计和校正系统的基本方法，培养学生分析问题与解决问题的能力，为进一步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。
二、教学基本要求本课程以闭环控制系统为研究对象，以系统分析方法为重点。
学完本课程应达到以下基本要求：1．了解闭环控制系统的基本结构，系统工作原理及运行特性。
2．熟练掌握系统数学建模的基本方法，能正确运用Laplace变换方法，对微分方程求解，推导传递函数。
掌握绘制系统方框图的方法，通过框图化简与等效变换以及梅逊公式，求取系统传递函数。
3．正确理解时域分析法的基本原理，掌握系统稳定性判别的依据，能够熟练应用劳斯判据方法，判定系统稳定性。
掌握系统误差计算方法，能够熟练应用定义法和系数法计算系统误差。
4．正确理解频域分析法的基本原理，能够熟练绘制系统频率特性图，了解奈氏判据的原理，掌握使用波德图判定系统稳定性的方法，掌握使用波德图分析系统性能的方法。
5．正确理解系统设计与校正的基本原理，掌握系统校正的基本方法，能够熟练利用波德图对系统性能进行校正。
三、教学内容及要求1．绪论部分①了解本课程的性质和任务②认识自动控制系统的基本结构和工作原理以及性能分析要求。
2．数学工具部分①正确理解数学建模的基本概念；掌握建立系统动态微分方程的基本方法；②了解拉氏变换的基本原理，掌握拉氏变换的基本规则和变换方法；③正确理解传递函数的基本概念；掌握建立系统传递函数的方法；④掌握绘制系统方框图的方法，通过框图化简与等效变换以及梅逊公式，求取系统传递函数。
控制工程基础教学大纲
控制工程基础教学大纲一、课程简介控制工程基础是控制科学与技术领域的一门基础课程，也是控制工程专业的基础课程之一。
本课程介绍了控制理论的基本概念、方法和技术，为学生深入掌握控制工程专业知识，奠定了坚实的基础。
课程内容包括控制理论的基本概念与原理、传递函数与时域分析、稳态误差分析、根轨迹与稳定性分析、频率响应与稳定性分析、控制系统的设计和实现等方面。
在学习过程中，学生将通过理论知识和实际案例的结合，系统学习控制工程的基础知识和实践技能。
二、教学目标1.了解控制工程理论的基本概念、方法和技术，掌握相关的数学知识和基础技能；2.理解控制系统的基本结构和工作原理，掌握传递函数、稳态误差、时域响应等概念及其分析方法；3.掌握根轨迹、频域响应与稳定性分析的基本概念和分析方法；4.理解控制系统的设计思想和方法，了解常见的控制器和控制策略；5.通过掌握理论知识和实践技能，可以应用控制工程的基础知识对实际问题进行分析、设计和实现。
三、教学内容1. 控制系统的基本概念1.控制理论概述；2.控制系统的基本结构和功能；3.闭环控制和开环控制；4.控制系统的性能指标和评价方法。
2. 传递函数与时域分析1.传递函数的概念和性质；2.时域分析方法及其应用；3.一、二阶系统的时域响应分析。
3. 稳态误差分析1.稳态误差和静态误差常数；2.稳态误差分析方法；3.闭环控制系统的稳态误差分析。
4. 根轨迹与稳定性分析1.根轨迹的概念和性质；2.根轨迹的绘制方法；3.根轨迹的应用；4.稳定性的概念和判据。
5. 频率响应与稳定性分析1.频率响应的概念和性质；2.频率响应分析方法；3.稳态和稳定性的频率响应分析；4.Bode图的绘制方法和应用。
6. 控制系统的设计和实现1.单闭环控制和双闭环控制的设计和应用；2.PID控制器和常见的现代控制器；3.控制系统性能分析和优化；4.控制系统的实现和应用。
四、教学方法本课程采用理论讲授、案例分析和实例演示相结合的教学方法。