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文本内容:
《机械工程控制基础》课程教学大纲课程中文名称机械工程控制基础课程英文名称The ControllingFoundation ofMechanical Engineering课程编号ZJ16602课程类型专业基础课程学时总学时
54、理论课学时
44、实验课学时10学分3适用对象机械电子工程,机电技术教育先修课程机械原理,机械制造技术,传感器与测量技术,高等数学,电工电子课程简介《机械工程控制基础》是机械电子工程专业的一门专业基础课程,具有很强的理论性和较强的实践性,不仅是一门重要的学科,更是一门卓越的方法论,要善于和哲学结合起来分析问题主要向学生介绍机械工程控制的基础知识既要了解一般规律,又要充分注意结合实际,联系专业;要善于从个性总结共性,要善于从共性了解个性,拓展提出问题解决问题的思路;通过本课程的学习,可以培养学生严谨的科学学风,提高学生分析问题、解决问题的能力一教学目标及任务机械工程控制理论是研究控制论在机械工程中应用的科学,即研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题,包括系统本身的动态关系通过本课程的学习,要求学生1了解控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识2掌握控制系统的时域和频域特性分析方法的基本概念3理解判别线性系统稳定性的基本概念,掌握线性系统稳定性的判据4了解系统的综合方法二课程性质、目的与任务作为专业基础课程,一方面为前期的理论课程提供工程应用,另一方面,为后续的控制方向打好基础,从工程应用出发,了解本学科的现状和发展动态,掌握机械工程控制的基本理论和方法其目的在于使考生能以动态的观点而不是静态的观点去看待一个机械工程系统地位和任务其从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态行为;为采用控制的观点和思想方法解决生产过程中存在的问题以及为了使系统按预定的规律运动,达到预定的技术指标,实现最佳控制打下基础;也为后续课程以及从事机电一体化系统设计打下理论基础
二、学时分配要求以表格方式说明各章节的学时分配-r.早内容学时1控制论的基本概念32拉普拉斯变换53系统的数学模型84系统的时间响应分析85系统的频率响应分析86系统的稳定性87系统性能校正4合计44
三、教学内容及教学要求第一章机械工程控制论的基本概念(3学时)教学重点控制系统研究内容和任务教学难点广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制教学要求通过本章学习了解机械控制工程的基本概念,它的研究对象及任务了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类本章中介绍的一些技术上的名词术语、定义等以后章节会经常用到需要熟记第一节机械工程控制论研究的对象和任务工程控制论的研究对象和任务,该课程研究对象实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题,其主要任务分析和研究系统、输入和输出三者之间的关系第二节系统及其模型系统、机械系统以及系统的静态和动态数学模型概念第三节反馈机械系统中的反馈和内部反馈概念,阐明控制论的中心思想就是反馈控制第四节系统的分类及对控制系统的基本要求系统的分类,控制系统的基本组成和闭环控制系统的特点第五节机械制造的发展与控制理论的应用控制论形成发展的历史过程,简单介绍控制论在机械工程各个领域的应用和发展情况第六节本课程的特点与学习方法本章习题要点机械系统的动力学微分方程建立和反馈分析第二章机械振动及信号(5学时)教学重点拉氏变换和拉氏逆变换的含义和定理教学难点拉式变换性质和拉氏逆变换的求解方法教学要求学会利用拉氏变换求解微分方程第一节拉氏变换定义第二节拉氏变换的主要定理第三节拉氏逆变换第四节用拉氏变换求解微分方程本章习题要点典型输入信号的拉氏变换,用拉氏变换求解微分方程第三章系统的数学模型(8学时)教学重点系统微分方程的列写;传递函数的概念、特点及求法;典型环节的传递函数;传递函数方框图的绘制和简化教学难点传递函数方框图的绘制和简化教学要求掌握采用解析方法建立一些简单机、电系统的数学模型,传递函数定义、特点及推导方法,方块图及其简化法则了解信号流图及梅逊公式的应用,以及数学模型传递函数、方块图和信号流程图之间的关系第一节系统的微分方程第二节系统的传递函数第三节系统的传递函数方框图及其简化第四节反馈控制系统的传递函数第五节相似原理本章习题要点系统数学模型的建立第四章系统的时间响应分析(8学时)教学重点一阶系统的定义、二阶系统的定义、基本参数,单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应;二阶系统性能指标分析教学难点二阶系统的性能指标分析,稳态误差的求解教学要求在明确系统在外加作用激励下,根据所描述系统的数学模型,求出系统的输出量随时间变化的规律,并由此确定系统的性能,明确系统的时间响应及其组成,脉冲响应函数的概念,掌握一阶、二阶系统的典型时间响应和高阶系统的时间响应以及主导极点的概念,系统的误差与稳态误差的计算以及与系统型次的关系第一节时间响应及其组成非齐次微分方程时间响应的构成,稳态响应与瞬态响应的概念第二节典型输入信号常见的典型输入信号以及选取典型信号的原则第三节一阶系统介绍一阶系统的脉冲、阶跃和速度信号输入的响应及特点第四节二阶系统二阶系统的脉冲、阶跃和速度信号输入的响应及特点第五节高阶系统高阶系统及其主导极点的概念第六节系统误差分析与计算系统误差与偏差概念,误差系数和稳态误差的求解方法本章习题要点一阶系统、二阶系统的时间响应分析,稳态误差的分析第五章系统的频率响应分析(8学时)教学重点机电频率响应分析和频率特性图教学难点:Nyquist图和Bode图的绘制教学要求通过本章学习明确频率特性的基本概念,频率特性与传递函数的关系,系统的动刚度与动柔度的概念,掌握频率特性的两种表示方法以及频率特性与时间响应之间的关系,各基本环节及系统的极坐标图和对数坐标图的画法,闭环频率特性及相应的性能指标,为频域分析系统的稳定性以及综合校正打下基础第一节频率特性概述频率特性的概念、频率特性与传递函数的关系、频率特性的求解方法和频率特性的特点、应用第二节频率特性的图示法频率特性极坐标图、典型环节极坐标图和一般系统的极坐标图的绘制方法和基本性状;频率特性的对数坐标图及其绘制方法;闭环和开环频率特性图形的差异和特点第三节频率特性的特征量本章习题要点频率特性组成、频率特性分析第六章系统的稳定性(8学时)教学重点Routh判据和Nyquist稳定判据教学难点幅角原理,Nyquist判据到Bode判据的转换教学要求了解掌握系统稳定性的定义,稳定的基本条件;掌握Routh、Nyquist和Bode判据,能够利用这些判据判定系统的稳定性;掌握稳定性储备系数及其求法第一节系统稳定性的初步概念系统不稳定现象的发生、稳定的定义和条件第二节Routh稳定判据系统稳定的充分必要条件、Routh稳定判据及其使用、Routh判据的特殊情况第三节Nyquist(尼奎斯特)稳定判据幅角原理、Nyquist判据及其应用第四节Bode(伯德)稳定判据Nyquist图和Bode图的关系、Bode判据及其应用第五节系统的相对稳定性幅值裕度和相位裕度及其求法本章习题要点利用Routh判据和Nyquist判据、Bode判据判别系统的稳定性第七章系统性能校正(4学时)教学重点各种性能指标的含义及算法,校正的概念,各种校正环节的传递函数及其特点教学难点反馈校正、顺馈校正教学要求了解系统校正的概念;熟练掌握各种校正的特点;了解相位超前校正装置、相位滞后校正装置和相位超前滞后校正装置的模型;掌握PID调节的基本规律及各种调节器的特点;掌握反馈校正、顺馈校正的意义、基本形式、特点和作用第一节系统的性能指标与系统校正方法概述(
0.5学时)系统时域、频域性能指标和综合性能指标;常见的校正方法及分类第二节系统的超前、滞后、和滞后超前校正(2学时)超前、滞后、和滞后超前校正的特点简介第三节PID控制规律的实现(1学时)PID校正的概念以及P、PI、PD、PID校正的特点,实现方法、近似PID校正的原理本章习题要点系统的反馈校正、顺馈校正
四、考核方式及要求
1.考核方式根据学习态度(出勤率、课堂表现)、平时作业、实验报告、期末考试,进行定量综合考核
2.考核目标主要考核学生对基本概念、基本原理和方法的理解和掌握程度,涵盖所有讲授的内容,可不包括实验内容试题一般不涉及繁琐的计算,但必须包括知识和原理的运用
3.成绩评定方法考核记分为百分制总成绩二平时成绩(20%)+实验(10%)+期末考试(70%)五教材及教学主要参考书教材L杨叔子、杨克冲等.机械工程控制基础(第6版).武汉华中理工大学出版社,
2010.教学参考书
1.董景新、赵长德、郭美凤.控制工程基础,北京清华大学出版社,
2009.
2.陈康宁主编.机械工程控制基础.西安西安交通大学出版社,
1999.
3.钱学森、宋健.工程控制论(上册)(第3版).北京科学出版社,
2011.
4.王积伟、吴振顺.控制工程基础(第2版).北京高等教育出版社,
2010.。