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。
3．时域分析部分
①了解时域分析法的基本原理，了解系统时域响应的分析过程，正确理解系统稳定性，准确性和快速性的性能要求和性能指标。
②掌握系统稳定性判别的依据，能够熟练应用劳斯判椐方法，判定系统稳定性。
③正确理解系统误差定义，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．频域分析部分
①了解频域分析法的基本原理，掌握系统幅相频率特性图和对数频率特性图的绘制方法。
②正确理解奈氏稳定判据的基本原理，掌握系统稳定裕量的基本概念和计算方法。
③正确理解对数频率特性图中系统性能曲线的特点，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．系统设计与校正部分
①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规律。
②掌握实现比例、积分、微分校正的方式与手段。
③了解串联校正的校正方法。
④能够熟练利用波德图对系统性能进行校正。
四、实践环节
无
五、课外习题及课程讨论
为达到本课程的教学基本要求，每章有课外习题，每章有课堂综合大作业（可选）。
六、教学方法与手段
本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学。
七、各教学环节学时分配
章节（或内容） 讲课 习题课 讨论课 实验 其它 合计
绪论 2
数学建模 8
时域分析 10 1
频域分析 12
校正设计 6 1
合 计 38 2 40
八、考核方式
本课程为考试课程，期末考试采用闭卷笔试。学生的课程总评成绩由平时成绩（占20%）和期末考试成绩（占80%）两部分构成，平时成绩含出勤、作业、课堂测验、学习主动性等。
九、推荐教材和教学参考书
教 材：《机电控制工程基础》，左健民 主编，机械工业出版社，2002年。
参考书：《机电控制工程基础》，王积伟 主编，机械工业出版社，1999年。
十、说明
无
大纲制订人：海心
大纲审定人：袁建宁
制订日期：2010年05月
《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MATLAB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
机电控制工程基础课程教学大纲
第一部分 大纲说明
1. 课程性质与任务 课程性质：
本课程是中央广播电视大学机械设计制造及其自动化专业的一门必修专业基础课程。
课程任务：
通过本课程的教学和实践，使学生掌握自动控制的基本理论、自动控制系统校正及设计基本方法，全面培养学生分析系统、设计系统的能力，使学生在面对实际问题时，能够站在 系统的、全局的高度来思考。
2．本课程与相关课程的关系
先修课：微积分初步、C语言程序设计、电路分析基础等。 后续课：计算机控制技术、机电一体化系统设计基础、信号处理原理等。
3．课程的教学基本要求
（1）了解自动控制系统的基本概念，区分开环与闭环控制系统；
（2）能够熟练建立机电系统的微分方程、传递函数这两种形式的数学模型，掌握系统复杂动态结构图的化简；
（3）理解系统时域分析的基本概念，熟练求解一阶和二阶系统的响应，深刻理解系统稳定性的基本概念，掌握Routh稳定性判据的基本思想，熟练求解系统的稳态误差；
（4）深刻理解频率法的基本概念，熟练掌握典型环节频率特性的绘制方法，重点掌握系统暂态特性和开环频率特性的关系; （5）掌握典型系统根轨迹的绘制原则； （6）理解控制系统校正的一般概念，熟练掌握系统的串联校正、并联校正和前馈校正等补偿方法。
4．教学方法和数学形式建议
本课程是一门理论性和实践性都很强的课程，涉及面较宽，所以要强调利用多种教学手段，完成大纲要求。课程教学形式建议以课堂讲授为生，辅助实践环节的训练，并通过课后练习和自学加强对所学知识的理解。有条件时可进行网上教学。
课堂讲授
（1） 建议利用电子教案或课件，结合板书授课，这样既可增大信息量又使学生思路跟得上教师的讲课进度；
（2） 建议结合学生专业特点，多举一些应用实例，在讲授知识的同时，着重讲授提出问题、解决问题的方法。也可以引进课上讨论分析的手段，提高学生的参与度，但设计的问题要合适、明确、有趣；
机械控制工程理论基础课程教学大纲
jp
zl “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； jp
zl 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；
《控制工程基础》教学大纲 2
《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；
《控制工程基础》教学大纲 3
《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
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。
《工程控制基础》课程教学大纲
《工程控制基础》课程教学大纲
一、课程名称
中文名称：工程控制基础
英文名称：Foundation of Project Control
二、课程编码及性质
课程编码：0820943
课程性质：专业核心课，必修课
三、学时与学分
总学时：32
学 分：2.0
四、先修课程
复变函数、积分变换、电路理论、模拟电子技术
五、授课对象
机械类各专业
六、课程教学目的
本课程侧重原理，其内容密切结合工程实际，是一门专业基础课。它以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于：
1. 培养学生以动力学的观点（而不是以静态观点）去分析机械工程系统的能力；
2. 掌握从整体和系统的角度，分析的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为的方法；
3. 能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。这包括两个方面：①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。
4. 熟练掌握机电系统的数学模型、有关数学工具（如Laplace变换等）的应用、传递函数与方框图的求取、简化与演算等。对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系
毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点
毕业要求1：工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。 1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。
1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。
1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。
1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。
《机械控制工程基础》实验教学大纲
《机械控制工程基础》实验教学大纲
一、 课程教学与实验教学计划学时比
32/6
二、 适用专业
机械设计制造及其自动化
三、 实验的培养目标与要求
机械控制工程基础是一门实践性很强的课程，通过本实验加深学生们对该课的基本理论和基本方法的掌握。要求学生们通过实验教学验证基本结论，发现问题，解决问题。在做实验之前要仔细阅读实验教材，熟悉相关内容。
四、 实验项目、内容、性质及学时分配
实验教学项目学时分配一览表
序号 实验项目 内容提要 学时 实验性质 必/选
验证 设计 综合 演示 必 选
1 典型环节时域特性实验 一阶惯性环节、二阶环节的冲击响应和阶跃响应。 2 √ √ √
2 频率特性实验 典型环节的复相频特性曲线的获得，典型组合环节的复相频特性曲线的获得。由已知的频率特性曲线获得传递函数。 2 √ √ √
3 校正环节实验 熟悉加入积分环节，微分环节对控制系统性能的影响。熟悉PI、PD、PID调节器的性能即对系统性能的改进和各自的优缺点 2 √ √ √
五、 实验方式、手段
本套实验采用计算机对实物进行控制。被控物体为一上下两盘的机械体，中间通过一弹性轴相连。信号既可以通过外部的数字信号发生器获得，也可以由计算机内部产生；如果是外部模拟信号要经过A/D转换，转换成数字信号。通过数据采集卡对上下两盘相应的码盘进行数据采集，即可得两盘的位置信号。计算机根据给定的信号和设定的控制规律，给出控制信号，经D/A转换成电压信号，驱动电机转动，从而带动盘子转到期望位置，或者以期望速度转动。
六、 实验教学文件及参考书
《机械控制工程基础》实验指导书
七、 实验报告
实验报告要求写明实验目的、实验设备、实验内容、实验步骤等，最后要给出实验结论，并回答指导书中相应的思考题。
《机械控制工程基础》课程教学大纲
《机械控制工程基础》课程教学大纲
一、课程基本信息
1．课程编号 ： MACH400801
2．课程体系 / 类别 ：专业类 / 专业核心课
3．学时 /学分： 56 学时 / 3 学分
4．先修课程 ：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计
5．适用专业 ：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）
二、课程目标及学生应达到的能力
《机械控制工程基础》 是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程， 主要授课内容
是运用现代数学知识、 自动控制理论和信息技术来分析、 设计典型机电控制系统。 旨在培养
学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。
本课程的主要任务是通过课堂教学、 计算机仿真实训、 实验教学等教学方式， 使学生掌
握实现机械系统自动控制的基本理论； 学会典型机电系统的数学建模、 运行性能分析和系统
设计、 校正与补偿等基本知识和基本技能； 具有基本的机电控制系统分析设计能力， 以及对
复杂机械系统的控制问题进行分析、 求解和论证的能力， 并了解机械控制领域的新理论和新
技术，支撑毕业要求中的相应指标点。课程目标及能力要求具体如下：
课程目标 1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基
础概念； 掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法； 掌握机电系统的时域和频域分析设
计校正方法。（毕业要求中的第 1）
课程目标 2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系
统进行分析、 设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真， 能够构建实验控制系统进行分析研
究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。 （毕业要求中的第 2 、4）
课程目标 3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了
《控制工程基础》教学大纲 4
《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；