《机械工程控制》教学大纲
机械工程控制课程设计
机械工程控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械工程控制的基本理论，包括控制系统的数学模型、传递函数、稳定性分析等；2. 使学生了解控制系统的常见类型，如位置控制、速度控制、温度控制等，并掌握其工作原理；3. 引导学生掌握控制系统设计的基本方法，包括模拟控制、数字控制及现代控制技术。
技能目标：1. 培养学生运用控制理论分析实际问题的能力，能对简单控制系统进行数学建模；2. 培养学生设计控制系统并进行仿真实验的能力，提高实际操作技能；3. 培养学生运用控制系统工具软件，如MATLAB/Simulink等，进行控制系统设计与分析。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机械工程控制领域的兴趣，培养其探索精神；2. 培养学生具有团队合作意识，能在小组合作中发挥个人作用，共同完成任务；3. 引导学生认识到机械工程控制技术在国家经济建设和国防事业中的重要作用，树立社会责任感和使命感。
本课程针对高年级本科生，具有一定的专业基础知识和实践能力。
课程性质为专业选修课，旨在提高学生理论联系实际的能力，注重实践操作和创新能力培养。
通过本课程的学习，使学生能够在实际工程问题中运用控制理论，为我国机械工程领域培养具有创新精神和实践能力的优秀人才。
二、教学内容1. 控制系统概述：介绍控制系统的基本概念、发展历程、分类及应用领域，使学生建立控制系统整体认识。
教材章节：第1章 控制系统导论2. 控制系统的数学模型：讲解控制系统的微分方程、差分方程、传递函数等数学描述方法。
教材章节：第2章 控制系统的数学模型3. 控制系统的稳定性分析：介绍稳定性概念，分析线性系统的稳定性判据，如劳斯-赫尔维茨准则等。
教材章节：第3章 控制系统的稳定性分析4. 控制系统设计：讲解PID控制、状态反馈控制、最优控制等设计方法，培养学生控制系统设计能力。
教材章节：第4章 控制系统设计5. 控制系统仿真：介绍MATLAB/Simulink软件在控制系统仿真中的应用，使学生掌握仿真实验方法。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：机械工程控制基础概述教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和原理。
2. 掌握机械工程控制系统的分类和特点。
3. 理解机械工程控制系统的应用和发展趋势。
教学内容：1. 机械工程控制系统的定义和作用。
2. 机械工程控制系统的分类：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 机械工程控制系统的特点：实时性、稳定性和准确性。
4. 机械工程控制系统的应用领域：机械制造、、自动化生产线等。
5. 机械工程控制系统的未来发展趋势：智能化、网络化和绿色化。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制基础的概念和原理。
2. 案例分析法：分析典型的机械工程控制系统的应用实例。
3. 讨论法：引导学生思考机械工程控制系统的未来发展。
教学资源：1. 教材：机械工程控制基础。
2. 多媒体课件：图片、视频和动画等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制基础概念的理解。
2. 小组讨论：评估学生对机械工程控制系统应用和发展趋势的理解。
第二章：机械工程控制系统的建模与分析教学目标：1. 学习机械工程控制系统的建模方法。
2. 掌握机械工程控制系统的时域分析和频域分析。
3. 理解机械工程控制系统的稳定性判据。
教学内容：1. 机械工程控制系统的建模方法：机理建模和实验建模。
2. 机械工程控制系统的时域分析：稳态误差、瞬态响应和稳定性。
3. 机械工程控制系统的频域分析：频率响应和波特图。
4. 机械工程控制系统的稳定性判据：奈奎斯特判据、伯德图判据等。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的建模方法和分析方法。
2. 数值分析法：利用数学软件进行机械工程控制系统的建模和分析。
3. 案例研究法：分析具体的机械工程控制系统的建模和分析实例。
教学资源：1. 教材：机械工程控制系统的建模与分析。
2. 数学软件：MATLAB等。
教学评估：1. 课堂问答：检查学生对机械工程控制系统建模和分析方法的理解。
2. 数值作业：评估学生对机械工程控制系统建模和分析的实践能力。
机械工程控制基础01绪论
闭环系统
优点：抗干扰能力强，稳态精度高，动态精度好。 缺点：构造复杂，设计与制造较困难，成本较高。
机械工程控制基础01绪论
开环控制系统 如：步进电机驱动的数控机床 、普通洗衣机 、微波炉
步进电机驱动的数控机床原理图 步进电机驱动的数控机床开环控制系统方框图
机械工程控制基础01绪论
闭环控制系统 如：伺服电机驱动的数控机床、离心调速系统、恒温箱(冰箱、 空调)
反馈控制方式的优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的 变化而引起的变动。
给定值
E
比较
－
运算执行 测量
干扰 被控量 被控对象
反馈回来的信号与给定值相减，即根据偏差进行控制，称为 负反馈；反之称为正反馈。在正反馈系统中，正反馈信号只 会让偏差信号、输入信号变得越来越大，会导致系统失稳、 发散，即“恶性循环”。
机械工程控制基础01绪论
例：发动机离心调速系统
被控对象： 发动机 被控量： 转速ω
控制信息传递与反馈：
转速ω
离心机构 偏差
(检测或感知）
杠杆
油门
液压比例控制器
机械工程控制基础01绪论
表示系统结构与工作原理的物理框图：
比较
控制器
运算放大
执行
控制部分
检测 离心调速系统控制方框图
被控对象 被控部分
机械工程控制基础01绪论
出量变化规律的信号；
✓ 输出信号：（输出量、被控制量、被调节量、响应）输出是 输入的结果，它的变化规律通过控制应与输入信 号之间保持有确定的关系；
✓ 反馈信号：输出信号经反馈元件变换后全部或部分返回到输
入端的信号称反馈信号；
✓ 偏差信号：输入信号与（主）反馈信号之差； ✓ 误差信号：输出量实际值与希望值之差； ✓ 扰动信号：偶然的无法加以人为控制的信号；
机械工程控制基础
•本课程与其它课程的关系：
信号与系统 电路理论
复变函数 拉氏变换 模拟电子技术
线性代数
大学物理
机械控制工程基础
微积分
各类 专业课
线性系统
现代控 制理论
3
课程的性质和特点 机械控制工程基础是一门技术学科，从方法论
的角度来研究系统的建立、分析与设计《机械控制 工程基础》是本学科的技术基础课。 学习内容
伺服电机
工作台
检测装置 移动量
比较器 控制指令
（输出）
（输入）
放大器
若系统的输入已知（例如电动机转速），要求确定系统且 其输出符合工作台均匀移动的要求，即为最优设计问题。
31
绪论—研究对象与任务
例 3 电子称的原理如下 图。显示即为输出，重物 的重量为输入，要求确定 系统（即电子称）以识别 输入或输入中的有关信息， 此即滤波与预测问题。
解：在电热水器系统中，水箱内的水
温需要控制，即水箱为控制对象。水 的实际温度是被控制量，或系统的输 出量，设为To，输入量为用户希望的温 度，设为Ti；由于放出热水并注入冷水 或水箱散热等原因而使水箱内水温下 降为系统的干扰。
当To= Ti时，测温元件将实际温度转化成电信号，与温控开关预先设 定的信号进行比较得到的偏差信号为0，此时加热器不工作，水箱中 的水保持希望的温度。当注入冷水使To下降时，偏差不为0，电控开 关接通电源使电加热器工作对水加热，直到To= Ti为止。
元素 要素 元素之间的联系
外界对系统的作用：输入、干扰 系统与外界的交互作用
系统对外界响应：输出
外界的作用
系统的响应
信息的传递
与交互
16
系统普遍存在信息的传递、交互与反馈是控制论的中心思想 控制论：技术学科、技术哲学、科学方法论 控制论强调：
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案
机械工程控制基础教案教案主题：机械工程控制基础授课对象：机械工程专业大一本科生教学目标：1.了解机械工程控制的基本概念和原理；2.掌握机械工程中常用的控制设备和技术；3.能够应用所学知识解决机械工程中的控制问题。
教学重点：1.机械工程控制的基本概念和原理；2.机械工程中常用的控制设备和技术。
教学难点：1.机械工程中的控制问题的实际应用；2.控制设备和技术的选择和配置。
教学准备：1.讲台及黑板、白板；2.计算机及投影仪；3.课本及其他参考教材。
教学过程：一、引入（5分钟）1.介绍机械工程控制的基本概念和作用；2.通过图示展示机械工程中的控制问题。
二、机械工程控制的基本原理（15分钟）1.介绍机械工程中常用的控制原理，如反馈控制、前馈控制等；2.讲解控制系统的基本组成部分，包括传感器、执行器、控制器等。
三、机械工程中常用的控制设备（20分钟）1.介绍常见的机械工程控制设备，如PLC、伺服驱动器等；2.讲解每种控制设备的特点和应用场景。
四、机械工程中常用的控制技术（20分钟）1.介绍常见的机械工程控制技术，如PID控制、模糊控制等；2.讲解每种控制技术的原理和适用范围。
五、机械工程控制的实际应用（15分钟）1.分析机械工程中的实际控制问题，并提供相应的解决方案；2.通过实例演示控制设备和技术在机械工程中的应用。
六、小结与讨论（10分钟）1.总结本节课的内容；2.对学生提出的问题进行解答，并与学生进行相关讨论。
七、作业布置（5分钟）1.布置与机械工程控制相关的小作业，要求学生用所学知识解决实际问题；2.提供课外阅读材料，以拓宽学生对机械工程控制的认识。
教学反思：本节课通过理论讲解和实例演示相结合的方式，使学生能够全面了解机械工程中的控制问题及其解决办法。
在教学过程中，需要加强与学生的互动，鼓励学生主动提问和参与讨论，以提高他们的学习积极性和理解能力。
并且，教师需要提前准备好相关的教学资料和实例，以确保教学的顺利进行。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一篇：机械工程控制基础教案第一章绪论[教学内容]1．控制理论学科的发展概况2．控制理论的研究对象3．控制系统的工作原理及基本要求4．学习目的和学习方法[教学安排]安排的教学时数：4学时[知识点及基本要求]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。
[重点和难点]反馈与反馈控制；控制系统的概念；[教学法设计]应用多媒体课件，开展案例教学。
第二章控制系统的数学模型[教学内容]1．控制系统动态微分方程的建立以及非线性方程的线性化；2．传递函数的概念及传递函数方块图的简化方法；3．典型环节的传递函数；[教学安排]本章安排的教学时数：6学时2.1.1 线性系统与非线性系统；2.1.2 线性系统微分方程的列写；2.1.3系统非线性微分方程的线性化。
安排2学时。
2.2.1 传递函数的定义；2.2.2传递函数的常见形式；2.3.1控制系统的基本联接方式；2.3.2扰动作用下的闭环控制系统。
安排2学时2.3.3 传递函数方块图的绘制；2.3.4传递函数方块图的变换；2.3.5传递函数方块图的简化。
安排2学时。
2.4 典型环节的传递函数。
安排2学时。
[知识点及其基本要求]2.1 控制系统的微分方程线性系统与非线性系统，以质量-弹簧系统等为例引出线性系统与非线性系统的概念，让学生对概念有明确的理解；线性系统微分方程的列写，是本次课的重点，通过力学、电学等方面的实例让学生掌握动态系统建模的方法；系统非线性微分方程的线性化，让学生理解非线性动态微分方程线性化的处理方法。
2.2 传递函数传递函数的定义，是本次课的重点讲解内容，通过实例让学生理解为什么要引入传递函数表述动态系统；传递函数的常见形式，让学生了解它的多种表达方式；控制系统的基本联接方式，主要掌握串联、并联和反馈控制等基本联接方式；扰动作用下的闭环控制系统。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案第一章：绪论教学目标：1. 了解机械工程控制的基本概念和意义。
2. 掌握机械工程控制的基本要求和分类。
3. 理解机械工程控制系统的组成和功能。
教学内容：1. 机械工程控制的概念和意义。
2. 机械工程控制的基本要求和分类。
3. 机械工程控制系统的组成和功能。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制的基本概念和意义，阐述机械工程控制的基本要求和分类。
2. 案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解机械工程控制系统的组成和功能。
教学准备：1. 教案、PPT课件。
2. 相关案例资料。
教学过程：1. 引入新课：简要介绍机械工程控制的基本概念和意义。
2. 讲解机械工程控制的基本要求和分类。
3. 分析机械工程控制系统的组成和功能。
4. 案例分析：选取典型案例，让学生更好地理解机械工程控制系统的组成和功能。
5. 课堂小结：总结本节课的重点内容。
6. 布置作业：布置相关作业，巩固所学知识。
教学反思：第二章：机械工程控制系统的数学模型教学目标：1. 掌握机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 理解拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
3. 掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学内容：1. 机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
3. 机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程控制系统的数学模型建立方法，阐述拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
2. 练习法：让学生通过练习，掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
教学准备：1. 教案、PPT课件。
2. 相关练习资料。
教学过程：1. 引入新课：简要介绍机械工程控制系统的数学模型建立方法。
2. 讲解机械工程控制系统的数学模型建立方法。
3. 讲解拉氏变换和Z变换在机械工程控制系统中的应用。
4. 练习：让学生通过练习，掌握机械工程控制系统的传递函数和状态空间表达式。
机械工程控制基础教案
机械工程控制基础教案一、教学目标1. 了解机械工程控制的基本概念、原理和应用。
2. 掌握线性系统的描述方法、特性分析和控制器设计。
3. 熟悉常用的机械工程控制技术和算法。
4. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
二、教学内容1. 机械工程控制概述控制系统的定义、分类和特点控制系统的基本组成和符号表示2. 线性系统的数学描述微分方程和差分方程拉普拉斯变换和Z变换传递函数和状态空间表示3. 线性系统的特性分析稳定性、线性、时不变性系统的时域、频域分析系统的稳态误差和暂态响应4. 线性系统的控制器设计比例-积分-微分(PID)控制状态反馈控制和观测器设计鲁棒控制和最优控制5. 机械工程控制应用案例控制器设计数控机床控制系统电机控制系统三、教学方法1. 讲授：讲解基本概念、原理和算法。
2. 案例分析：分析实际机械工程控制应用案例。
3. 实验操作：进行控制系统仿真和实际控制器调试。
4. 小组讨论：分组讨论问题和解决方案。
四、教学资源1. 教材：机械工程控制基础教材。
2. 软件：MATLAB/Simulink控制系统仿真软件。
3. 实验设备：控制系统实验平台。
五、教学评估1. 平时成绩：课堂表现、作业和实验报告。
2. 考试成绩：期末考试和实验考核。
六、线性系统的稳定性分析1. 稳定性的定义和判定准则系统稳定的数学定义奈奎斯特准则和波特图系统的相位裕度和增益裕度2. 稳定性分析方法根轨迹法频率响应法脉冲响应法3. 不稳定系统的改进增加反馈环节调整系统参数使用稳定控制器七、线性系统的控制策略1. 比例-积分-微分(PID)控制PID控制器的设计原理PID参数的整定方法PID控制器的应用案例2. 状态反馈控制状态空间表示状态观测器的设计状态反馈控制的应用3. 鲁棒控制鲁棒控制的定义和目标鲁棒控制算法的设计鲁棒控制在机械工程中的应用八、机械工程控制实例分析1. 控制系统的运动学模型的动力学模型控制系统的实现2. 数控机床控制系统数控机床的控制原理数控机床的控制算法数控机床控制系统的优化3. 电机控制系统电机的动态模型电机的控制策略电机控制系统的性能评估九、控制系统的设计与仿真1. 控制系统设计流程明确控制目标选择合适的控制策略设计控制器和观测器系统仿真和实验验证2. MATLAB/Simulink仿真MATLAB/Simulink的基本操作控制系统仿真的原理仿真结果的分析和评估3. 实验操作控制系统实验平台的使用控制器参数的调整和优化实验数据的采集和处理十、总结与展望1. 机械工程控制的重要性控制在机械工程中的应用领域控制技术的发展趋势2. 课程学习收获基本概念和原理的理解控制策略和算法的学习动手实践和问题解决能力的培养3. 未来研究方向智能控制和机器学习自主系统和群控技术绿色控制和可持续发展重点和难点解析一、线性系统的数学描述二、线性系统的特性分析三、线性系统的控制器设计四、机械工程控制应用案例五、线性系统的稳定性分析六、线性系统的控制策略七、机械工程控制实例分析八、控制系统的设计与仿真九、总结与展望全文总结和概括：本教案围绕机械工程控制的基础知识和应用展开，重点解析了线性系统的数学描述、特性分析、控制器设计，以及机械工程控制的应用案例。
专业认证大纲参考机械控制工程基础
机械控制工程基础教学大纲课程名称：机械控制工程基础英文名称：Mechanical control Engineering课程编号：05课程性质：必修学分/学时：40;其中,讲授 34学时,实验 6学时,上机 0学时,实训 0学时;课程负责人：唐宏宾先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学一、课程目标机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用;本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识,也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础;通过本课程的学习,达到以下教学目标：1.工程知识掌握必要的机械控制工程理论知识;能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题;2.问题分析能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题;能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法;在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题;3.设计/开发解决方案能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识;4.研究能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案;5.使用现代工具能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测;二、课程内容及学时分配如表1所示;三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施;本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线,主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识,重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力;表1 机械控制工程基础课程内容及学时分配本课程采用国家“十二五”规划教材,结合学生个性特点,因材施教;本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料,调动学习积极性,提高教学效率;本课程课堂教学流程如图1所示;图1 机械控制工程基础课堂教学流程本课程安排5次课外作业：1.控制系统的数学模型2.控制系统的时域分析3.控制系统的频率特性分析4.控制系统的稳定性分析5.控制系统的误差分析四、考核内容及考核方式1.考核内容1机械控制工程理论基本概念的理解和掌握;如反馈、快速性、稳定性、准确性、传递函数、频率特性、校正设计等;2控制系统数学模型微分方程、传递函数、频率特性的建立方法;3求取复杂控制系统方块图传递函数的方法;4控制系统的时域分析方法及时域性能指标的求取;5控制系统的频域分析方法及开环奈氏图、波德图的画法;6应用劳斯判据、奈氏判据、波德判据判断控制系统的稳定性;7控制系统稳误差的计算;8常用的校正设计方法;2.考核方式期末考试+平时成绩+实验成绩;其中：期末考试占总成绩80%,采用闭卷考试；平时成绩占总成绩10%,根据出勤、作业、质疑、课堂讨论等情况评定；实验成绩占总成绩10%,根据实验态度、实验方案、实验技能、实验报告等进行评定;五、教材与主要参考书1.推荐教材1 王显正．控制理论基础第二版 M．北京：科学出版社,20082 韩柳．机械控制工程基础实验教程M．北京：国防工业出版社,20102.主要参考书1 杨叔子．机械工程控制基础M．华中科技大学出版社,20072 王益群. 控制工程基础M．北京：机械工业出版社,20083 王仲民．机械工程控制基础M．北京：国防工业出版社,2010六、附课程教学目标—毕业要求关系表如表2所示;表2 机械控制工程基础课程教学目标—毕业要求关系表注：表中“H高、M中、L弱”表示课程与各项毕业要求的关联度;。
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《机械控制工程基础》课程教学大纲
课程编码： 学 分： 总 学 时：44
适用层次：本科 适用专业：数控技术
编写执笔：张杰 编写时间：2010 年 8月 18 日 审 核 人：
一、编写依据和本课程性质、目的和任务
本课程是数控技术专业的一门技术基础课，是该类各专业的一门主干课程之
一，本课程以数学、物理及有关学科为其理论基础，以机械工程中的系统动力学
问题为研究对像，运用信息的传递、处理与反馈进行的思维方法和观点，分析解
决机械工程中的动态特性与控制等问题。
本课程几乎涉及到数控技术类学生在学习本课程前所学的全部数学知识，特
别是复变函数、积分变换，要用到有关动力学知识，特别是机械振动理论与交流
电路理论，因此在学习本课程，应有良好的数学、力学、电学的基础，还要有一
定的机械工程方面的专业知识和其它学科的知识。
设置本课程的目的是：使自学应考者在理解各种控制电机工作原理的基础
上，掌握各种分析控制系统特性的相关理论方法，熟悉PID控制理论，从而胜
任工程中出现的各种物理量的跟踪控制工作。
二、课程教学的基本要求
学习本课程的要求是：使学生全面理解从时域和频率分析控制系统特性的原
理，熟悉PID控制的相关理论方法，能够学会分析较简单的实际控制问题，为
从事自动控制方面的工作奠定良好的理论基础。
三、课程教学的主要内容和学时分配
第1章 控制工程的基本概念（2学时）
基本内容：
1.控制系统的基本概念
2.控制系统的基本类型
3.对控制系统的基本要求
4.控制工程发展概况和主要任务
基本要求：
本部分的教学目的是使学生对机械工程控制论有一个全面概括的了解。认识
机械工程控制论的研究对像和任务，探讨系统的反馈及系统的组成；系统分类及
对控制系统的基本要求等概念。通过本部分学习，学生应掌握控制理论的基本体
系和研究内容；自动控制系统组成和原理。
重点和难点：
第2章 动态系统的数学模型（8学时）
基本内容：
1.控制系统的基本概念
2.控制系统的基本类型
3.对控制系统的基本要求
4.控制系统的误差分析
基本要求：
本部分的教学目的是使学生掌握数学模型在控制理论中的作用和建立方法。
通过本部分学习，学生要能对一般简单的系统建立数学模型并掌握建立数学模型
基本方法和技巧。
重点和难点：
基本内容：
4 控制系统的误差分析
基本要求：
本部分的教学目的是使学生掌握时间响应概念及求法；掌握衡量时间响应性
能的性能指标及求法；了解性能指标对系统的影响。通过本部分学习，学生要掌
握求系统时间响应的一般方法；理解时间响应瞬态性能指标和稳态性能指标的物
理意义和计算方法。
第3章 控制系统的时域分析（6学时）
1 控制系统的时间响应
2 线性控制系统的稳定性分析
3 控制系统的动态特性分析
重点：了解机械工程控制基础的研究对象和基本任务；掌握自动控
制系统组成和原理；重点掌握反馈的概念与作用。
难点：自动控制系统组成和原理。
重点：典型环节传递函数的建立；方块图化简中的分支点和比较点
的移动等效原则。
难点：传递函数的建立
重点和难点：
基本内容：
1 频率响应和频率特性
2 频率特性的图示法——奈魁斯特图和伯德图
3 典型环节的频率特性
4 控制系统的开环频率特性
5 闭环的频率特性
6 频域稳定性判据与稳定性分析
7 频域指标与时域指标的关系
8 开环频率特性与时域响应关系
基本要求：
频率特性分析是系统时间响应的一种特例，在经典控制理论中占有重要的地
位和作用，特别是将频率特性分析用于系统的稳定性分析和系统的校正会带来极
大的方便。通过学习学生要掌握频率特性的求法和含义；频率特性和稳态输出的
关系；频率特性的图形表示法。
重点和难点：
第5章 控制系统的校正（6学时）
基本内容：
1 控制系统校正的概念
2 串联校正常用装置
3 频域法串联校正
4 局部反馈校正与复合校正
5 PID控制规律
基本要求：
第4章 控制系统的频域分析（8学时）
重点：一阶、二阶系统时间响应的计算，系统误差的定义及计算。
难点：一阶、二阶系统时间响应的计算
重点：掌握频率特性的定义及求法；弄清频率特性与系统稳态输出
的关系；掌握系统频率特性的极坐标图、对数极坐标图的作图方法；
时域稳定性判别方法Routh判据；频域稳定性判别方法Nquist判据
和Bode判据；系统相对稳定性的概念和指标。
难点：时域和频域稳定性判别方法
了解决定系统稳态误差的主要因素。熟悉典型信号输入时不同类型系统稳
态误差的计算方法。了解系统校正的主要类型及其主要作用。
重点和难点：
第6章 离散控制系统初步（2学时）
基本内容：
1 离散控制系统概述
2 连续信号的采样和恢复
3 Z变换
4 采样控制系统的数学模型
基本要求：
了解离散控制系统的概念；了解连续信号的采样；掌握Z变换在离散系统
中的应用。
重点和难点：
学时分配
教学环节课时安排
讲课 习题课 讨论课 实验课 上机 其他 合计
32 4 8 44
四、各教学环节的要求。有实践教学环节的应列出实践教学的目的、要求、安排。
本课程教学环节除课堂讲授外还有小结课及习题分析课、实验课。
实验课计划8学时。通过本课程的实验训练，达到如下的要求：
1．通过验证性实验，加深对授课主要理论内容的理解，提高实践动手能力。
2．掌握基于MATLAB/SIMULINK 进行控制系统设计、分析与仿真的方法。
3．掌握一般系统的的Nyquist 图和Bode图的特点和绘制，正确书写实验报
告和分析报告。
重点：综合介绍系统指标体系的内容和特点；系统开环放大系数的
调整方法技意义，系统相位超前校正和相位滞后校正的原理和方
法。
难点：系统相位超前校正和相位滞后校正的原理和方法。
重点：连续信号的采样；掌握Z变换在离散系统中的应用。
难点：Z变换在离散系统中的应用。
本课程实验具体内容及要求，详见实验教学大纲
五、本课程与其它课程的联系
本课程一般是在学生学习了高等数学、复变函数、积分变换、电工学之后开
设的。要用到有关动力学知识，特别是机械振动理论与交流电路理论，因此在学
习本课程，应有良好的数学、力学、电学的基础，还要有一定的机械工程方面的
专业知识和其它学科的知识。
六、使用教材与参考书目
教材：
[1] 容一鸣.《控制工程基础》.北京：北京理工大学出版社.2010.2
参考书：
[1] 杨叔子.《机械工程控制基础》（第四版）.华中理工大学出版社
[2] 朱骥北.《控制工程基础》.机械工业出版社
[3] 王益群，钟毓宁.《控制工程基础》.武汉理工大学出版社
七、考核方式及成绩构成
笔试考试。总成绩为100分。平时成绩占20%，期末考试成绩占80%。实
验独立考核。
八、说明