还剩3页未读,继续阅读
文本内容:
《控制工程基础》教学大纲课程英文名Fundamentals ofControl Engineering课程代码06M0089学分2总学时40理论学时32实验/实践学时8《大学物理》《高等数学》《电工与电课程类别学科基础课课程性质选修先修课程子技术》适用专业安全工程开课学院质量与安全工程学院注课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课;课程性质是指必修/限选/任选
一、课程地位与课程目标
(一)课程地位随着生产的发展和科学技术的进步,自动控制技术已广泛地应用于工农业生产、交通运输和国防、宇航等领域,并成为当今备受重视的高技术之一掌握和了解自动控制的基本理论和方法,对各专业的科学技术人员都是十分必要的控制工程基础是研究各类控制系统共性的一门技术基础科学,具有科学方法论的鲜明特点,研究的问题带有普遍性,对工程实践具有重要的指导意义,该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法,提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础使学生掌握有关自动控制的基本概念、基本理论和基本方法,能够自觉运用反馈原理解决工程实际中的相关问题学会用系统的方法分析问题和解决问题,逐步提高创新意识和能力
(二)课程目标
1.了解安全生产技术与控制工程的密切关系,了解安全生产技术的发展,扩大学生的视野,了解本专业中控制工程与和安全生产技术的关系
2.掌握一般安全生产装置的物理建模方法;掌握主要的超前、滞后校正、PID校正方法;掌握一般安全生产过程中自动控制系统分析过程中的频率分析方法;掌握系统稳定的三种判据,使学生具有一定的工程实践学习经历进行实际控制系统分析的能力
3.掌握主要的超前、滞后校正、PID校正方法,旨在使学生掌握安全生产过程中自动控制系统的校正方法并使系统获得良好的性能,学生具有系统的工程实践学习经历
4.结合新兴控制方法,了解安全生产过程中的控制新策略、新方法,培养学生自主创新、勇于探索的科学精神
二、课程目标达成的途径与方法
(1)课程以课堂教学为主,通过介绍控制工程的基本概念、相关理论方法,使学生了掌握控制工程理论与实际应用
(2)课程教学中融入实际工程案例讲解,提高学生的学习兴趣,使学生能够更加容易理解抽象的频率特性等知识点,熟悉控制工程的理论知识体系,了解控制新策略、新方法,激发学生自主创新、勇于探索的科学精神在课堂教学中,充分引入互动环节,提高教学效果
(3)教学中设置实验课程,通过典型环节的时域响应分析、典型环节的频域响应分析、控制系统根轨迹图的计算机绘制等实验,以加强学生对实际问题的分析判断能力,为解决复杂工程问题打下基础
三、课程主要内容与基本要求第一章绪论了解机械自动控制系统的工作原理、自动控制系统的分类、机械控制工程的研究对象与方法、控制理论的发展等与课程目标的对应关系通过了解控制工程的基础知识,了解安全生产技术与控制工程的密切关系,了解安全生产技术的发展,结合控制技术中的新技术,新方法,促进学生对安全工程领域的控制策略的思考,扩大学生的视野,了解本专业中控制工程与和安全生产技术的关系(课程目标1)第二章控制系统的数学模型熟悉控制系统的微分方程的建立过程,掌握拉氏变换及反变换的计算方法,能够利用拉氏变换求解微分方程;掌握传递函数的定义及基本环节的传递函数;掌握框图及其简化的常用方法,掌握信号流图及梅逊公式,能够利用梅逊公式求解复杂控制系统的传递函数与课程目标的对应关系通过学习控制系统数学模型及传递函数的基础知识,掌握一般安全生产过程中控制系统的建模及求解方法,使学生能够独立分析复杂工程问题中的控制系统,并利用拉氏变换、梅逊公式等方法进行控制系统的分析(课程目标2)第三章控制系统的时域分析了解时间响应的概念,系统输入的种类,瞬态响应和稳态响应的定义;掌握一阶系统的单位阶跃响应,单位脉冲响应,响应之间的关系,熟练掌握一阶系统时间响应的性能指标;掌握二阶系统的单位阶跃响应,单位脉冲响应,响应之间的关系,熟练掌握二阶系统时间响应的性能指标的分析求解;掌握控制系统稳定性的定义,并能够利用劳斯判据进行系统稳定性判断与课程目标的对应关系通过学习一阶系统和二阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应等知识,了解安全生产过程中自动控制系统的动态响应性能分析,熟悉掌握动态响应的相关性能指标,并能够判断复杂工程控制系统中的稳定性(课程目标2)第四章控制系统的根轨迹分析法掌握根轨迹方法的来源,掌握根轨迹的基本概念;掌握绘制常规根轨迹的8个法则,能够利用根轨迹的绘制法则,绘制出控制系统的概略根轨迹与课程目标的对应关系通过学习根轨迹的概念及其绘制方法,旨在使学生能够通过根轨迹法对控制系统的稳定性、瞬态特性、稳态特性等性能指标进行判断(课程目标2)第五章控制系统的频域分析理解频率特性的基本概念,频率特性的求解方法、物理意义和数学本质掌握比例环节、惯性环节、微分环节、积分环节、振荡环节以及延时环节等典型环节的幅频特性和相频特性的求法了解系统的对数频率特性求解,了解BODE图的绘制了解最小系统的概念和闭环频率特性的求法与课程目标的对应关系通过频率特性分析的基础知识,了解一般安全生产过程中自动控制系统分析过程中的频率分析方法,包括Bode图的绘制(课程目标2)第六章系统和综合与校正理解校正的实质、校正的方式;掌握相位超前校正、滞后校正、滞后一超前校正、PID校正技术;了解反馈与顺馈校正与课程目标的对应关系通过控制系统校正的基础知识,掌握主要的超前、滞后校正、PID校正方法,旨在使学生掌握安全生产过程中自动控制系统的校正方法并使系统获得良好的性能,学生具有系统的工程实践学习经历(课程目标3)
四、课程学时安排对应课程目章节号教学内容学时数学生任务标
1.概述
2.自动控制系统的基本概念第1章4课后复习第1章内容,课程目标
13.控制工程基础的主要任务与研究内容
1.控制系统的微分方程及线性化方程课后复习第2章内容,
2.拉氏变换及反变换第2章12预习第3章内容课程目标
23.传递函数及基本环节的传递函数补充习题3道
4.框图及其简化5•信号流图及梅逊公式
1.时间响应及系统性能指标
2.一阶系统的时间响应课后复习第3章内容,第3章
3.二阶系统的时间响应10预习第4章节内容补课程目标
24.稳定性及其代数稳定数据充习题8道
5.误差分析与计算课后复习第4章内容,
1.根轨迹的基本概念第4章6预习第5章内容课程目标
22.常规根轨迹补充习题2道
1.频率特性的基本概念
2.频率特性图形表示法课后复习第5章内容,第5章
3.闭环频率特性4课程目标2预习第6章内容
4.域指标与频域指标的关系
5.几何稳定判据
1.概述
2.串联校正装置的形式及其特性第6章
3.用频率特性法确定串联校正装置4课后复习第6章内容课程目标
34.反馈校正
5.复合校正
五、实践环节及基本要求序实验实验实验项目名称学时基本要求学生任务号性质类别典型环节的时域掌握比例环节,微分环节,一课后完成实验报12验证必做响应分析阶系统的静态特性告利用实验装置设计典型环节组成的控制系统,对系统施加不同频率和幅值的正弦波信号,用示波器观察输入信典型环节的频域号和输出信号的幅值情况和课后完成实验报22验证必做响应分析相位情况,认真测量各信号告的特征量,从而理解各典型环节的频率相应特点,以及它们对系统响应快速性和稳定性的影响控制系统的瞬态一阶,二阶系统的动态响应课后完成实验报3响应及稳定性分2验证选做性能告析在Matlab中Simulink环境下,建立控制系统的方框图,进行仿真,调整PID参控制系统设计及课后完成实验报42数,观察系统瞬态响应和稳态验证选做PID控制与调节告响应的变化,并记录几组PID参数作为实际系统控制参数学习Matlab程序对以传递函数为数学模型的系统动态性能的仿真,设计不同的系控制系统的计算课后完成实验报52统传递函数,观察其输出仿验证选做机辅助分析告真的波特图,从幅频特性和相频特性上得出系统动态性能参数,从而理解系统响应的快速性和稳定性全过程控制系统根轨迹图利用MATLAB绘制BODE图和课后完成实验报62设计选做的计算机绘制根轨迹图告注
1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等;
2.实验类别指必做、选做等
六、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准依据占总成绩比例以点名、课堂作业形式,检验学共5次点名,过程考核15%生学习态度及知识掌握情况5次作业针对课堂理论教学,设置4次课内共4次实验,每次实验后实践考核15%实验,对教学内容进行实践提交实验报告并按百分闭卷考试,考核各知识点的基本期末考核70%概念及实际应用题型为选择、试卷参考答案和评分标准考核类别考查成绩登记方式百分制
七、推荐教材与主要参考书-推荐教材控制工程基础.孔祥东.机械工业出版社,2011年5月,第3版二主要参考书1控制工程基础,徐立,浙江大学出版社,
2007.6,第1版2机械控制工程基础,黄安贻,武汉工业大学出版社,2004年5月,第1版3控制工程基础,董景新,清华大学出版社,2015年1月,第1版。