《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

一、本課程性質(zhì)、地位和任務(wù)

性質(zhì)：《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》是機(jī)電一體化專業(yè)本科段計(jì)劃規(guī)定必考的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。其目的在于使考生能以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)而不是靜態(tài)的觀點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械工程系統(tǒng)。

地位和任務(wù)：其從信息的傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋角度來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；為采用控制的觀點(diǎn)和思想方法解決生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題以及為了使系統(tǒng)按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)；也為后續(xù)課程以及從事機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)的基本要求：

1、深刻理解并熟練掌握采用集中參數(shù)法建立機(jī)、電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；拉普拉斯變換在工程中的應(yīng)用；傳遞函數(shù)與方塊圖的求得、簡(jiǎn)化和演算等。

2、深刻理解聞熟練掌握典型系統(tǒng)（特別是一階系統(tǒng)）的時(shí)域和頻域特性。

3、掌握判別線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念和常用判據(jù)的基本方法，并能判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4、了解系統(tǒng)識(shí)別的基本原理及相應(yīng)的方法。

5、掌握線性系統(tǒng)性能指標(biāo)以及相應(yīng)的系統(tǒng)綜合校正的方法。

三、本課程與其他課程的關(guān)系

學(xué)習(xí)本課程之前考生應(yīng)具有一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)和電工學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)應(yīng)具有一定的機(jī)械工程基礎(chǔ)知識(shí)，以便使考生順利掌握機(jī)械工程教學(xué)模型的建立以信相應(yīng)的運(yùn)算。

四、教學(xué)實(shí)數(shù)分配表

適

用

專

業(yè)

章節(jié)

序號(hào)

章節(jié)名稱

課堂

講授

其它

（練習(xí)）

小計(jì)

機(jī)電一體化專業(yè)

一

緒論

二

拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法

三

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

四

系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析

五

系統(tǒng)的頻率特性

六

系統(tǒng)的穩(wěn)定性

七

機(jī)械工程控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)

合計(jì)

五、大綱內(nèi)容

第1章

緒論

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)了解機(jī)械控制工程的基本概念，它的研究對(duì)象及任務(wù)。了解系統(tǒng)的信息傳遞、反饋和反饋控制的概念及控制系統(tǒng)的分類。本章中介紹的一些技術(shù)上的名詞術(shù)語(yǔ)、定義等以后章節(jié)會(huì)經(jīng)常用到需要熟記。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、機(jī)械工程控制的基本含義

2、機(jī)械工程系統(tǒng)中信息傳遞、反饋以信反饋控制的概念

3、本課程特點(diǎn)及內(nèi)容簡(jiǎn)介

三、教學(xué)重點(diǎn)：

1、機(jī)械工程控制的基本含義。

2、信息的傳遞、反饋及反饋控制的概念。

第2章

拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)明確拉普拉斯（簡(jiǎn)稱拉氏）變換是分析研究線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的有力工具，通過(guò)拉氏變換將時(shí)域的微分方程變換為復(fù)數(shù)域的代數(shù)方程，掌握拉氏變換的定義，并用定義求常用函數(shù)的拉氏變換，會(huì)查拉氏變換表，掌握拉氏變換的重要性質(zhì)及其應(yīng)用，掌握用部分分式法求拉氏變換的方法以及了解用拉氏變換求解線性微分方程的方法。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)

2、拉氏變換及拉氏反變換的定義

3、典型時(shí)間函數(shù)的拉氏變換

4、拉氏變換的性質(zhì)

5、拉氏反變換的數(shù)學(xué)方法

6、用拉氏變換解常微分方程

三、教學(xué)重點(diǎn)：

拉氏變換的定義，用拉氏變換的定義求常用函數(shù)的拉氏變換，拉氏變換的性質(zhì)及其應(yīng)用部分分式法求拉氏反變換的方法，用拉氏變換法解常微分方程。

第3章

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)明確為了分析、研究機(jī)械工程系統(tǒng)（特別是機(jī)、電綜合系統(tǒng)）的動(dòng)態(tài)特性，或者對(duì)它們進(jìn)行控制，最重要的一步首先是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，明確數(shù)學(xué)模型的含義，掌握采用解析方法建立一些簡(jiǎn)單機(jī)、電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，傳遞函數(shù)定義、特點(diǎn)及推導(dǎo)方法，方塊圖及其簡(jiǎn)化法則。了解信號(hào)流圖及梅遜公式的應(yīng)用，以及數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)、方塊圖和信號(hào)流程圖之間的關(guān)系。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、概述

2、系統(tǒng)微分方程的建立

3、傳遞函數(shù)

4、方塊圖及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成5、機(jī)、電系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

6、系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述

三、教學(xué)重點(diǎn)：

建立簡(jiǎn)單機(jī)電系統(tǒng)的微分方程，運(yùn)用綜合基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)正確地取分離體并分析受力，注意力和方向，列寫系統(tǒng)微分方程。建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)概念，系統(tǒng)構(gòu)成及其傳遞函數(shù)，方塊圖簡(jiǎn)化及其繪制。

第4章

系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)明確一個(gè)系統(tǒng)，在建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（包括微分方程和傳遞函數(shù)）之后就可以采用不同的方法來(lái)分析和研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，時(shí)域分析是重要的方法之一，明確系統(tǒng)在外加作用激勵(lì)下，根據(jù)所描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，求出系統(tǒng)的輸出量隨時(shí)間變化的規(guī)律，并由此確定系統(tǒng)的性能，明確系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及其組成，脈沖響應(yīng)函數(shù)的概念，掌握一階、二階系統(tǒng)的典型時(shí)間響應(yīng)和高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)以及主導(dǎo)極點(diǎn)的概念，系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算以及與系統(tǒng)型次的關(guān)系。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、時(shí)間響應(yīng)

2、一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)

3、二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)

4、高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析

5、瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)

6、系統(tǒng)誤差分析

三、教學(xué)重點(diǎn)：

本章時(shí)間響應(yīng)的基本概念，一階系統(tǒng)的時(shí)間呼應(yīng)，二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)及性能指標(biāo)，誤差分析，誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的定義，位置誤差，速度誤差的計(jì)算，干擾作用下的系統(tǒng)誤差計(jì)算。

第5章系統(tǒng)的頻率特性

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)明確頻率特性的基本概念，頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系，系統(tǒng)的動(dòng)剛度與動(dòng)柔度的概念，掌握頻率特性的兩種表示方法以及頻率特性與時(shí)間響應(yīng)之間的關(guān)系，各基本環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖和伯德釁的畫法，閉環(huán)頻率特性及相應(yīng)的性能指標(biāo)，為頻域分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及綜合校正打下基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、頻率特性

2、頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖（伯德圖）

3、頻率特性的極坐標(biāo)圖（乃奎斯特圖）

4、最小相位系統(tǒng)的概念

5、閉環(huán)頻率特性與頻域性能指標(biāo)

6、系統(tǒng)辨識(shí)

三、教學(xué)重點(diǎn)：

頻率特性的基本概念及其兩種表示方法、畫法及特點(diǎn)，閉環(huán)頻率特性的性能指標(biāo)及其計(jì)算方法。

第6章系統(tǒng)的穩(wěn)定性

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)明確穩(wěn)定性的概念，掌握判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本準(zhǔn)則，掌握勞斯一胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)和乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)以及系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的概念。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、穩(wěn)定性

2、勞斯一胡爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)

3、乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)

4、系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性

三、教學(xué)重點(diǎn)：

系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念，勞斯一胡爾維茨判穩(wěn)的方法，乃奎斯特判穩(wěn)的方法，相位裕量和幅值程度的概念及計(jì)算方法和表示。

第7張機(jī)械一程控制系統(tǒng)的技術(shù)與設(shè)計(jì)

一、教學(xué)目的：

通過(guò)本章學(xué)習(xí)明確在預(yù)先規(guī)定了系統(tǒng)的性能指標(biāo)情況下，如何選擇適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)和參數(shù)使系統(tǒng)滿足這些要求，因此應(yīng)掌握系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)、頻域性能指標(biāo)以及它們之間的相互關(guān)系，各種校正方法的實(shí)現(xiàn)。

二、教學(xué)內(nèi)容：

1、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及校正方式

2、控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正

3、反饋和順饋校正

4、PID校正器的設(shè)計(jì)

三、本章重點(diǎn)：

各種性能指標(biāo)的含義及算法，校正的概念，各種校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特點(diǎn)。

六、教材與主要參考書(shū)

1.教材

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，陳康寧主編，西安交通大學(xué)出版社，1999年。

2.主要參考書(shū)

[1]機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，王馨、陳康寧主編，西安交通大學(xué)出版社，1992年。

[2]機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，楊叔子，楊克沖主編，華中理工大學(xué)出版社，1984年。

[3]機(jī)械工程控制，陽(yáng)含和主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1986年。