《机械控制工程基础》课程教学大纲

信号及其描述习题

《机械控制工程基础》课程教学大纲

一、课程基本信息

1．课程编号：MACH400801

2．课程体系/类别：专业类/专业核心课 3．学时/学分：56学时/ 3学分

4．先修课程：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计

5．适用专业：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）

二、课程目标及学生应达到的能力

《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。

本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能；具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术，支撑毕业要求中的相应指标点。课程目标及能力要求具体如下：

课程目标1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。（毕业要求中的第1）

课程目标2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。（毕业要求中的第2、4）

课程目标3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究的能力。（毕业要求中的第4）

页脚内容 信号及其描述习题 课程目标对毕业毕业要求 毕业要求指标点 要求的支撑关系 1.工程知识 1.4 掌握机械设计、制造及其自动化领域的专业知识，能将其与数理基础、工程基础和经济管理等知识相结合，综合应用于解决复杂机械工程问题。 2. 问题分析 2.2 能够通过文献查阅、分析或实验、实践，对复杂工程问题进行解释并提出相应的解决方案。能理解工程问题解决方案的多样性，并对不同方案进行比较、评价。 4.研究 4.2 能够对复杂工程问题中所涉及到的物理现象、材料特性以及系统性能进行理论分析或实验测试、验证； 课程目标3 课程目标2 课程目标1

三、课程教学内容与学时分配

序教学内容 号 第一章 绪论 1.1 引言 机电控制工程的研究对象、用途、基本内容、学科发展简史等

1 分析与设计的主要性能指标，计算机辅助设计，控制系统主要任务等 1.3 典型机电控制系统的介绍 运用微分方程对典型机电控制系统进行分析，并利用拉普拉斯变换对系统进行处理。 第二章 机电系统数学建模 2.1 从建立机电系统的运动微分方2 程入手，经Laplace变换，引出传递函数、方框图等概念。 2.2 典型的电路环节、平动机械传动1.掌握机电控制系统通过微分方程数学建模、传递函数建模的基本方法； 2.掌握典型机电系统的传递函数数学模型。 4 讲授 1、2 1.2 机电控制系统基本概念与术语 控制系统的定义及组成，控制系统1.掌握机械控制工程的基本概念以及学科发展史； 2.掌握典型机电控制系统的数学分析方法。 教学要求 学时 2 方式 讲授 目标 1 推荐教学对应的课程页脚内容 信号及其描述习题 环节、转动机械传动环节、典型机电对象的传递函数。 2.3 复杂机电系统传递函数的构建，系统方块图的绘制、简化等。 第三章 系统的时域响应分析 3.1 时间响应与时域特性概念 3.2一阶系统、二阶系统的时域响应3 及其性能指标 3.3高阶系统的时间响应与闭环主导极点 3.4 系统误差分析 第四章 系统的稳定性分析 4.1 系统稳定性的概念及准则 4 4.2 劳斯稳定性判据及应用 4.3 奈奎斯特稳定性判据及应用 4.4 系统的相对稳定性 第五章 基于根轨迹法的系统设计与校正 5.1 根轨迹的定义、性质、画法、应5 用法则等 5.2 基于根轨迹法的系统校正补偿方法，包括PI校正、PD校正、PID校正等 第六章 基于频率响应的系统设计与校正 5.1 系统频率响应的定义、性质，一阶系统、二阶系统的频率特性Bode图、Nyquist图画法与应用，典型机电6 系统的频域特性分析和系统辨识等 5.2 基于系统频率响应系统校正补偿，相位超前、相位滞后、相位超前滞后校正等 5.3 PID校正方法 1.掌握系统频率响应分析的基本思想； 2.掌握用bode图，Nyquist图进行典型机电系统频域分析和校正的方法 8 讲授 1、2 1.掌握根轨迹法设计与校正系统原理； 2.掌握用计算机求解根轨迹设计校正方法。 3.初步掌握PID校正方法 10 讲授 1、2 1．掌握系统稳定性的基本概念及基本判断方法； 2．掌握系统相对稳定性的校验方法。 4 1.掌握机械控制系统的时域分析方法； 2.掌握典型机电系统的性能指标表征和分析方法。 8 讲授 1、2 页脚内容