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《机械控制工程基础》课程教学大纲课程编码AL040580课程性质专业核心课程适用专业机械设计制造及其自动化学时学分32学时2学分所需先修课高等数学编写单位机电工程学院
一、课程说明.课程简介机械控制工程基础是机械设计制造及其自动化专业的一门专业核心课程本课程主要学习自动控制系统的基本原理、数学工具复变函数和拉氏变换、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析法、自动控制系统的频域分析法该课程的先修课是“高等数学”、“电工与电子技术”等本课程的开设目的主要是为学习“数控机床故障诊断与维修,,、,,机床电器控制与PLC、”微型计算机控制技术”、“机器人技术基础”等后续课程打下基础.教学目标要求本课程以自动控制系统为研究对象,以数学工具复变函数和拉氏变换、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析法为重点学完本课程应达到以下基本要求1)了解现有各种自动控制系统的基本工作原理和工作情况2)掌握研究和分析自动控制系统的数学工具复变函数和拉氏变换3)了解自动控制系统的建模,掌握自动控制系统数学模型的种类4)掌握自动控制系统的时域分析法5)了解自动控制系统的频域分析法6)会用负反馈的思想去分析所遇到的实际自动控制系统,并对所观察到的现象和问题进行分析和处理7)形成系统的观点,能够从系统整体角度对所遇到的问题进行研究和分析避免出现顾此失彼的现象8)和其他相关课程一起最终形成一名机电专业技术人员所必须具备的专业素质和思想素质
3.教学重点难点本课程的教学重点数学工具拉氏变换、自动控制系统的数学模型、时域分析法本课程的教学难点数学工具拉氏变换、自动控制系统的数学模型
4.学时分配表
5.主要教法、学法本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式开展教学,重点对学生的分析问题能力和实验研究能力等进行培养研发并采用多媒体教学方式
6.考核方式及标准1)考核目的考核学生对自动控制理论(或控制工程基础)的基本知识、基本理论、基本分析计算方法等的理解和掌握程度,促进学生提高分析和解决问题的能力2)考核形式:开卷笔试3)主要考核内容现有各种自动控制系统的基本工作原理和工作情况;研究和分析自动控制系统的数学基础复变函数和拉氏变换;自动控制系统的建模,自动控制系统的常用数学模型;自动控制系统的时域分析法;自动控制系统的频域分析法4)考核题型填空,判断正误,计算,分析5)成绩评定开卷笔试成绩占总成绩的70虬其他(包括考勤、作业、实验、讨论等)成绩占总成绩的30%o
二、各部分教学纲要第一部分自动控制系统概述(2学时)教学目标了解自动控制理论的历史;掌握开环控制系统和闭环控制系统的基本概念;掌握自动控制系统的组成;了解自动控制系统的分类;理解对自动控制系统的基本要求本部分重点开环控制系统和闭环控制系统;对自动控制系统的基本要求本部分难点对负反馈控制思想的理解“教学内容1自动控制理论的历史2开环控制系统和闭环控制系统3自动控制系统的组成4自动控制系统的分类5对自动控制系统的要求第二部分自动控制系统的数学模型(18学时)教学目标掌握关于复数和复变函数的基本知识;掌握拉氏变换的定义,从工程实际角度理解常用典型函数的实际意义,掌握常用典型函数的拉氏变换,掌握利用部分分式法进行拉氏反变换,掌握用拉氏变换求解微分方程;了解自动控制系统数学模型的基本概念,掌握常用的自动控制系统数学模型微分方程、传递函数和动态结构图;掌握自动控制系统各种数学模型之间的转换本部分重点拉氏变换的定义;常用典型函数的工程意义;利用部分分式法进行拉氏反变换;利用拉氏变换求解微分方程;传递函数的概念;动态结构图的化简本部分难点常用典型函数的工程意义剂用拉氏变换求解微分方程动态结构图的化简教学内容1复数和复变函数复数的定义复数的表示方法复数的基本运算共规复数复变函数2拉氏变换拉氏变换的定义典型函数的拉氏变换拉氏变换的基本性质拉氏反变换利用拉氏变换求解微分方程3自动控制系统微分方程的编写线性元件微分方程的编写线性系统微分方程的编写4传递函数传递函数的概念典型环节及其传递函数5动态结构图及其等效变换动态结构图的基本概念动态结构图的建立动态结构图的化简第三部分时域分析法(8学时)教学目标了解典型的输入信号,掌握自动控制系统的阶跃响应性能指标;掌握一阶、二阶系统的阶跃响应;理解系统稳定的概念,掌握系统稳定的充要条件和劳斯稳定判据;理解系统稳态误差的概念,掌握系统稳态误差的计算方法本部分重点自动控制系统的阶跃响应性能指标;一阶、二阶系统的阶跃响应;系统稳定的概念,劳斯稳定判据;系统稳态误差的计算本部分难点自动控制系统的阶跃响应性能指标;系统稳定的概念教学内容1典型输入信号和系统阶跃响应性能指标2一阶系统一阶系统的阶跃响应一阶系统的阶跃响应性能指标3二阶系统二阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应性能指标4系统稳定性分析系统稳定的定义线性系统稳定的充要条件劳斯判据5系统稳态误差稳态误差的概念控制系统的型别给定输入信号作用下系统的稳态误差第四部分频域分析法(2学时)教学目标掌握频率特性的定义及其数学本质;掌握部分典型环节的频率特性;了解频域分析法的基本思想本部分重点频率特性的定义;幅相频率特性曲线的绘制;对数幅频特性曲线的绘制本部分难点频率特性的定义;幅相频率特性曲线的绘制;对数幅频特性曲线的绘制教学内容1频率特性概述频率特性的定义频率特性的数学本质2频率特性的图示方法幅相频率特性曲线对数幅频特性曲线、对数相频特性曲线3典型环节的频率特性
三、实验(2学时)实验内容1直流电机转速控制实验2温度控制实验(选做)3典型环节(或系统)的频率特性测量(选做)
四、教材及教学资源使用教材张岳,白霞,孔晓红.自动控制原理.北京清华大学出版社
2010.参考书⑴董景新,赵长德郭美凤,陈志勇刘云峰,李冬梅展制工程基础(第四版).北京:清华大学出版社
2015.
[2]孔祥东,王益群.控制工程基础(第三版).北京机械工业出版社
2017.次序教学内容理论课学时数实验课学时数备注第一部分自动控制系统概述2第二部分自动控制系统的数学模型18第三部分时域分析法82第四部分频域分析法2小计302总计32。