《机械工程控制基础》概论教案

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1、《机械工程控制基础》概论教案学时分配总学时：32学时授课学时：28学时实验：4学时。基础课程先修课：大学物理、理论力学、工程数学、电工学、高等数学、机械原理。课程性质《机械工程控制基础》是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要的技术基础课，在整个教学计划中，以主干课程的角色，起着承上启下的作用，具有十分重要的地位。本课程是一门专业基础理论课程,详述了研究对象的建模方法、系统响应分析方法，系统介绍了单输入单输出线性定常系统的时域性能分析、频域性能分析、系统的稳定性分析方法，介绍系统性能校正方法，为《机电一体化系统设计》、《机电传动控制》、《计算机控制技术》等机械

2、电子工程专业的后续课程打下基础。课程的主要任务通过本课程的学习，使学生掌握经典控制理论的基本概念和基础知识,掌握机械工程中的研究对象的建模方法；掌握一阶、二阶系统的时域性能分析和频域性能分析方法；能熟练地根据Nyquist图、Bode图判断系统的稳定性；掌握系统性能校正方法；使学生能分析系统的性能,能改进或设计简单的控制系统。第一次课第1章绪论第1章绪论基本内容介绍控制论的研究对象与任务，控制系统的分类及控制论的发展史。使学生能以控制、系统的观点而不是静止、局部的观点去看待一个机械工程系统，培养学生从整体的而不是分散的角度,从整个系统中信息传递,转换和反馈等角度

3、来分析系统的“动态行为”。重点难点自我测验1控制工程论的研究对象和任务?2什么是反馈?3对控制系统的基本要求使什么?作业1.1机械控制基础的研究对象、课程的基本任务、控制系统的基本要求一、机械控制基础的研究对象：系统、输入、输出1、自动控制系统基本组成控制器能够对控对象起控制作用的设备总称。控制对象被控制的机器设备或生产过程。系统的输入作用于系统的激发信号，其中包括参考输入（激励信号）和扰动输入。要求：1.保持系统的输出只参考输入指定的数值2.保持系统的输出尽量不受扰动的影响。系统输出指控制系统所要控制的物理量，表征对象或过程的状态的特性。2、典型闭环控制系统的

4、框图的构成二、课程的基本任务研究系统、输入、输出之间的动态关系三、控制系统的基本要求：稳、快、准1.2控制理论的研究内容、发展、应用、学习方法。一、控制理论的研究内容控制理论研究五方面的内容系统分析问题当系统已定、输入(或激励)已知时,求出系统的输出（或响应）,并通过输出来研究系统本身的有关问题。最优控制问题当系统已定时,确定输入,且所确定的输入应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。最优设计问题当输入已知时,确定系统,且所确定的系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。滤波与预测问题当输出已知时,确定系统,以识别输入或输人中的有关信息。系统识别或系统辨识问题当输入与

5、输出均已知时,求出系统的结构与参数,即建立系统的数学模型。二、机电一体化含义机电一体化：在机械领域中引入微电子技术、通过计算机硬件、软件加以控制。机电一体化技术基础：机械学动力学、运动学、力学控制技术经典控制、现代控制电子学接口技术、软件技术、操作系统功率电子学大功率晶体管器件机电一体化发展历程：1、机械硬件2、机械+电子硬件3、机械+电子硬件+软件如：CN、CIMS、无人化工厂三、经典控制与现代控制研究对象单输入单输出定常系统多输入多输出时变系统（主要线性）数学工具Laplace,传递函数矩阵、向量空间研究方法频域时域基本内容频率法、根轨迹法、时域法、代数几何

6、（图解）、稳定判据、特征环节设计线性控制理论、系统辨识、最优滤波、最优控制主要问题稳定性最优性控制器RC(无源滤波网络）数字机着眼点系统输出/输入系统状态分析&综合1）给定输入，分析输出2）指定指标下，研究系统参数1）揭示控制（输入）和初始条件对系统的作用影响2）在一定条件下，最佳状态（最优控制）四、时间安排共32学时（28学时课堂讲授+4学时实验)五、参考书1、王积伟.控制工程基础.北京：机械工业出版社.2002.2、董景新.控制工程基础.北京：清华大学出版社.2002.3、杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础.武汉：华中科技大学出版社，2005（第五版）。第二次

7、课第2章机械工程控制论的数学基础第2章机械工程控制论的数学基础基本内容详细讲解了传递函数的定义、数学物理意义及求取方法；输入输出信号与传递函数的关系，闭环控制及其传递函数，方块图的构成及简化，各种典型的机、电系统的传递函数。重点难点重点掌握典型环节的传递函数的建立，难点是物理系统传递函数推导。自我测验1什么是线性系统?2线性系统最重要的特性是什么?作业2.1复数和复变函数一、复数和复变函数1复数2、复变函数3、复数的运算规则4、复变函数的零点和极点二、拉氏变换1、拉氏变换的定义对于函数x(t)，如果满足下列条件：（1）当t<0时，x(t)=0；（2）当t>0时，

8、x(t)在每个有限区间上