控制工程基础课程教学大纲
《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。
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。
《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》第二章
第二章 系统的数学模型
2.2 系统的微分方程
例2-6 下图所示为一电网络系统，其输入为电压u(t)， 输出为电容器的电量q(t)，列写该系统微分方程。
L
R
解：根据克希荷夫电压定律，得
u
i
C
u(t)Ldd(ti)tR(ti)C 1i(t)dt
∵
i(t) dq(t) dt
消去中间变量i(t)，并整理得，
轴平移了时间T。 例 求f(t)＝ 1 － 1 1(t-T)的拉氏变换
TT
4. 微分定理
若L[f(t)]＝F(s)，则有L[ df ( t ) ]＝s F(s) - f(0)
初始状态为0时，L[
d
n
d
f
n
( t
t
)
dt
]＝
s
n
F(s)
第二章 系统的数学模型 2.3 拉氏变换与拉氏反变换
5. 积分定理
解： 1)明确系统的输入与输出，
f( t) k
输入—f(t) ， 输出—x(t)
m
2)进行受力分析，列写微分方程，
cx ( t) f(t) kx(t) 利用 Fma，得
图2-1
பைடு நூலகம்
m f( t ) k ( t ) x c x ( t ) m x ( t )
c· x(t)
3)整理微分方程，得
m x ( t ) c x ( t ) k ( t ) x f ( t )
本章教学大纲
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. 熟悉拉氏变换及反变换、线性定常微分方程的解法； 4. 掌握传递函数基本概念及典型环节传递函数； 5. 掌握系统传递函数方框图的化简。 教学重点：微分方程建立、传递函数概念与求法、典
《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七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以控制理论作为基础，本课程以讲述机械工程中的控制方法为重点；2）在全面了解与掌握控制原理和控制方法论的基础上，着重讲解建立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；3）课程详细介绍典型系统的时域和频域特性，判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据；4）学习掌握线性系统的性能指标、系统的综合与校正的常用方法，帮助学生对系统辩识问题应建立基本概念；5）重点学习的章节内容包括：第2章“系统的数学模型”（6学时）、第3章“时间响应与误差分析”（6学时）、第4章“系统的频率特性分析”（6学时）、第5章“系统的稳定性”（6学时）、第6章“系统的性能分析与校正”（4学时）。
27481 控制工程基础(江苏自考大纲)
高纲1182江苏省高等教育自学考试大纲27481控制工程基础南京理工大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和特点控制工程基础课程是江苏省高等教育自学考试电子工程专业本科段的必修的专业基础课，该课程是电子工程专业课程体系中的骨干课程之一。
控制工程基础知识在各个领域都有着广泛的应用，如航空航天系统、现代交通运输系统、管理决策系统、生产控制系统、机械控制系统、国防武器系统等等，是人们开发、利用信息传递以支持组织自动化生产，开发自动控制设备，是一门能极大地促进了现代社会组织的变革、推进了社会现代化进程、提高了组织自身素质与竞争能力的科学。
随着自动控制技术不断发展，自动控制技术这支利剑必须切实瞄准各行各业的业务需求这个目标，做到有的放矢，才能真正发挥作用。
控制工程基础这门课程的任务就是利用自动控制的理论及思想，结合具体实际情况，帮助学生掌握分析控制系统的性能及设计控制器的基本方法，从而提高学生理论水平，锻炼他们进行系统开发的能力，为将来从事实际工作奠定坚实的基础。
控制工程基础是一门系统性很强的应用型课程，是以讲解控制系统分析、设计及提高系统性能为主要内容，引导学生利用应用数学、力学、电子工程学等知识，不断深入理解控制工程相关知识、灵活运用知识的一门科学。
课程具有较强的理论性，学生通过具体的机械及电子控制系统的专门学习，在树立清晰的系统意识的基础上，掌握控制系统性能分析与系统设计的各种方法。
通过本课程的学习，学生不仅可以增强自学能力和独立研究能力，而且提高自身的开发能力，成为具备较强的研究能力、创新能力和驾驭现代化控制技术能力的复合型人才。
（二）本课程的基本要求通过本课程的学习，应达到如下要求：1．以机械运动作为主要控制对象，重点掌握数学模型及分析的基本思想和方法。
熟练掌握典型系统（特别是一阶系统、二阶系统）的时域和频域特性；2．重点掌握线性系统的性能指标的定义及意义，以及相应的求取思想和基本方法；3．重点掌握自动控制系统的稳定性的概念和常用的判定方法，能熟练应用基本的判定方法判别系统的稳定性；4．熟练掌握在典型输入信号作用下，系统的响应；4．熟练掌握控制系统建模的基本方法及模型简化的基本手段；5．掌握控制系统传递函数的概念，深刻理解传递函数性质及物理意义；6．掌握控制系统的设计思想和基本的方法；7．对基本的校正装置的作用有所了解。
控制工程基础
《控制工程基础》
在雷达领域的应用
第1章 绪论
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机械与汽车工程学院
《控制工程基础》
在家电领域的应用
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机械与汽车工程学院
《控制工程基础》
道路交通的应用——车牌自动识别
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机械与汽车工程学院
《控制工程基础》
恒温恒湿试验箱又名环境试验箱，实验各种材料的耐热、耐寒、 耐干、耐湿性能。适合电子、电器、食品、车辆、金属、化学、 建材等实验
在太空领域的应用——如“嫦娥”奔月计划
详细介绍请点击观看中国探月计划全程模拟（视频）
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《控制工程基础》
§1.2 自动控制系统的基本概念
本节的重点：
恒温箱的控制过程
反馈控制的原理 自动控制系统的分类
自动控制系统的要求
本节的难点： 反馈控制的基本原理
（稳定性）研究，发表了《论调节器》，最早的论文
导出了调节器的微分方程，并在平衡点附近进行线性化处理，指出稳定性取决于特征方程的根是否具有负的实部。
1877年，劳斯(E．Routh)和1895年赫尔维茨(A．Hurwith) 分别独立地提出了关于判断控制系统稳定性的代数判据。
1932年奈奎斯特(H．Nyquist)在研究负反馈放大器时创立 了有名的稳定性判据，并提出了稳定裕量的概念。
第1章 绪论
目