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机械工程控制基础课程教学大纲课程名称：机械工程控制基础CyberneticsFoundationforMechanicalEngineering学时：44+4授课对象：机械类各专业先修课程：复变函数、积分变换一、课程的性质、目的及任务本课程侧重原理，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使学生能以动态（即动力学）的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；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。二、课程的基本要求1.对于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，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。2.对于典型系统的时域和频域特性，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。3.掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。4.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。5.对系统辩识问题应建立基本概念。三、教学内容与学时分配授课学时为36学时，实验4学时；复习、习题、实验报告等课外学时为50学时以上。教学与实验内容学时机械工程控制的基本概念研究对象和任务学习本课程的目的和意义关于“系统”、“信息传递”和“反馈”及“反馈控制”1．绪论4的基本概念系统及其模型控制系统的分类反馈控制系统的基本组成对控制系统的基本要求本课程的特点系统数学模型的基本概念应用机械动力学、电工学等基础知识建立系统数学模型的基本方法典型例子传递函数的基本概念其数学物理意义求取方法2．系统的数学模型8输入输出信号与传递函数的关系系统方框图闭环控制系统及其传递函数方框图的等效简化工程中典型的机、电系统的传递函数时间响应的基本概念典型输入信号与一阶、二阶系统的时间响应二阶系统响应的性能指标高阶系统的3．时间响应与误差时间响应δ函数在时间响应中的作用8分析系统的误差分析：系统的类型及各型系统的位置、速度、加速度误差频率响应与频率特性的基本概念频率特性与系统传递函数的关系系统的动刚度与动柔度的概念频率特性的表示方法频率特性的极坐标图（Nyquist图）的一般概念典型4．系统的频率特性环节的Nyquist图绘制系统Nyquist图的一般步骤和方法8分析频率特性的对数坐标图（Bode图）的一般概念典型环节的Bode图绘制系统Bode图的一般步骤和方法根据频率特性的对数坐标图辨识系统数学模型的一般方法系统稳定性的基本概念判别线性系统稳定性的基本出发点Routh稳定性判据、Nyquist稳定性判据的基本原理和方5．系统的稳定性8法Bode判据系统的相对稳定性幅值裕度与相位裕度最小相位系统与非最小相位系统系统的性能指标校正的一般概念常用的校正方法与分类相位超前校正、相位滞后校正及相位滞后—超前校正6．系统的性能分析的基本特性及其频域设计方法8与校正PID调节器的基本特性与设计方法顺馈校正与反馈校正的基本特性上机实验：线性系统的计算机仿真线性系统频率特性的计算机辅助分析（Nyquist图、Bode图）7．实验4物理系统实验：单位脉冲响应频率响应系统传递函数的实验确定四、作业要求作业每四个学时布置一次作业，每次作业题量不少于4道题，教师对作业全批全改并作平时成绩记载。五、教材及参考书教材：杨叔子主编．《机械工程控制基础》（第五版）．武汉：华中科技大学出版社，2005参考书：李友善主编．《自动控制原理》．北京：国防工业出版社，1980阳含和编著．《机械控制工程》．北京：机械工业出版社，1986六、考核方式闭卷考试，时间150分钟