念郑州大字 过程装备与控制工程专业 《控制工程基础》 课程教学大纲 大纲制订人：王定标、范忠雷 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
郑州大学 过程装备与控制工程专业 《控制工程基础》 课程教学大纲 大纲制订人：王定标、范忠雷 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
《控制工程基础》课程教学大纲 课程编号：013224 课程名称（中/英文）：控制工程基础/Control Engineering 课程类型：专业核心课 总学时：32 讲课学时：32 学 分：2 话用对象：过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业 先修课程：高等数学、微机原理、电工学等 后续课程：过程装备控制技术及应用、过程设备设计、流体机械等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《控制工程基础》是过程装备与控制工程专业以及热能与动力工程专业等开设的一门必 修的技术基础课。本课程比较全面地向学生介绍自动控制的基本理论及其工程分析和设计方 法，使学生清晰地建立起线性反馈控制系统的基本原理和基本概念，初步学会利用经典控制 理论的方法。 本课程的教学目标为： (1)运用数学知识、物理等自然科学知识，建立数学模型，求解传递函数，并能够画 出该系统的方框图。 (2)对过程工业控制模型的建立、参数确定、控制环节的稳定性、快速性、准确性进 行分析，找到改进控制环节性能的方向。 本课程的教学目标与单业要求的对应关系为： 课程教学目标 12 毕业要求 2-1能够应用数学、自然科学和工程料学的基本原理，识别和判断过程工业装 备复杂工程问题的关键环节和参数 二、教学的基本要求 通过本课程的学习，应使学生了解自动控制的一般原理，使学生掌握自动控制系统控制 的基本原理及基本构成方法、掌握控制系统的基本分析方法以及了解控制系统的工程计算及 主要的设计方法，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为进 步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。 三、课堂教学内容及要求
《控制工程基础》课程教学大纲 课程编号: 013224 课程名称（中／英文）：控制工程基础/ Control Engineering 课程类型: 专业核心课 总 学 时： 32 讲课学时：32 学 分：2 适用对象: 过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业 先修课程：高等数学、微机原理、电工学等 后续课程：过程装备控制技术及应用、过程设备设计、流体机械等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《控制工程基础》是过程装备与控制工程专业以及热能与动力工程专业等开设的一门必 修的技术基础课。本课程比较全面地向学生介绍自动控制的基本理论及其工程分析和设计方 法，使学生清晰地建立起线性反馈控制系统的基本原理和基本概念，初步学会利用经典控制 理论的方法。 本课程的教学目标为： （1）运用数学知识、物理等自然科学知识，建立数学模型，求解传递函数，并能够画 出该系统的方框图。 （2）对过程工业控制模型的建立、参数确定、控制环节的稳定性、快速性、准确性进 行分析，找到改进控制环节性能的方向。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 1 2 2-1 能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别和判断过程工业装 备复杂工程问题的关键环节和参数 √ √ 二、教学的基本要求 通过本课程的学习，应使学生了解自动控制的一般原理，使学生掌握自动控制系统控制 的基本原理及基本构成方法、掌握控制系统的基本分析方法以及了解控制系统的工程计算及 主要的设计方法，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为进一 步学习专业课以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。 三、课堂教学内容及要求
第一童自动控制的一般概念 讲授自动控制系统的一般性概念，介绍反馈控制系统的基本组成、分类，对控制系统的 基本要求以及自动控制理论的内容、发展及现状 要求： 掌握自动控制理论的应用领域、发展过程和系统分类。自动控制系统及其工作原理与组 成、方框图、开环控制与闭环控制、系统输入量与输出量的相关基本概念。 第二章控制系统的数学模型 主要介绍控制系统的主要数学模型：微分方程、传递函数和频率特性之间的关系：讲解 一般系统数学模型的建立及方块图、信号流图的化简方法。 要求： 着重了解控制系统数学模型的基本知识，熟练堂据建立线性定常系统微分方程的建立 控制系统方框图的构成和等效变换方法， 第三章控制系统的时城分析 根据对控制系统的基本要求，介绍控制系统的稳定性分析、稳态响应分析、动态特性分 析的内容和基本方法。 要求： 重点掌握典型输入信号的定义与特征、控制系统暂态和稳态性能指标的定义及计算方法 阶及二阶系统暂态响应的分析方法、控制系统稳定性的基本概念及稳定判据的应用、控制 系统的稳态误差概念和误差系数的求取等内容。对高阶系统暂态响应及近似分析法、系统脉 冲响应函数等内容也应作深入了解。 第四章控制系统的频域分析 介绍频率特性的定义，讲授系统对数频率坐标图绘制及极坐标图、对数幅相图的转化， 讲解频域中系统稳定性、稳态特性和动态特性的分析方法。 更 掌握频率特性的基本概念，频率特性与传递函数的关系：掌握频率特性的表达方法：熟 练掌握Nyquist图的一般绘制方法：熟练运用Nyquist判据判断系统的稳定性：熟练运用 Bod图分析系统性能：掌握闭环频率特性的概念：掌握频域中的性能指标：掌握稳定裕度 的概念。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号教学内容 学时教学方式对应教学目标 第1章：自动控制的一般概念 2讲授作业 (1) 2 第2章：控制系统的数学模型 12讲授作业 (2 第3章：控制系统的时域分析 8讲授作业 (2) 第4章：控制系统的频域分析8讲授讨论 (2)
第一章 自动控制的一般概念 讲授自动控制系统的一般性概念，介绍反馈控制系统的基本组成、分类，对控制系统的 基本要求以及自动控制理论的内容、发展及现状。 要求： 掌握自动控制理论的应用领域、发展过程和系统分类。自动控制系统及其工作原理与组 成、方框图、开环控制与闭环控制、系统输入量与输出量的相关基本概念。 第二章 控制系统的数学模型 主要介绍控制系统的主要数学模型：微分方程、传递函数和频率特性之间的关系；讲解 一般系统数学模型的建立及方块图、信号流图的化简方法。 要求： 着重了解控制系统数学模型的基本知识，熟练掌握建立线性定常系统微分方程的建立、 传递函数的概念和应用知识、控制系统方框图的构成和等效变换方法、典型闭环控制系统的 传递函数、信号流图的基本概念和梅逊公式的应用,了解信号流图的等效变换等知识。 第三章 控制系统的时域分析 根据对控制系统的基本要求，介绍控制系统的稳定性分析、稳态响应分析、动态特性分 析的内容和基本方法。 要求： 重点掌握典型输入信号的定义与特征、控制系统暂态和稳态性能指标的定义及计算方法、 一阶及二阶系统暂态响应的分析方法、控制系统稳定性的基本概念及稳定判据的应用、控制 系统的稳态误差概念和误差系数的求取等内容。对高阶系统暂态响应及近似分析法、系统脉 冲响应函数等内容也应作深入了解。 第四章 控制系统的频域分析 介绍频率特性的定义，讲授系统对数频率坐标图绘制及极坐标图、对数幅相图的转化， 讲解频域中系统稳定性、稳态特性和动态特性的分析方法。 要求： 掌握频率特性的基本概念，频率特性与传递函数的关系；掌握频率特性的表达方法；熟 练掌握 Nyquist 图的一般绘制方法；熟练运用 Nyquist 判据判断系统的稳定性；熟练运用 Bode 图分析系统性能；掌握闭环频率特性的概念；掌握频域中的性能指标；掌握稳定裕度 的概念。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 1 第 1 章：自动控制的一般概念 2 讲授作业 (1) 2 第 2 章：控制系统的数学模型 12 讲授作业 (2) 3 第 3 章：控制系统的时域分析 8 讲授作业 (2) 4 第 4 章：控制系统的频域分析 8 讲授讨论 （2）
五、课程教学思想、教学方法、教学手段 教学思想：本课程理论性强，课程教学以数理为基础，从工程问圈出发，以物理、化学、 电学等基本定律对实际工程问题进行简化，建立模型。根据工程问愿的实际需要，阐明如何 进行合理简化、建立数学模型，掌握分析控制系统的方法及在工程上的简化应用。 教学方法：问题引导一一教学中应从人工控制引出自动控制的概念：重点讲述 一控制 系统基本概念、基本理论：讲述控制系统的稳定性、快速性、精确性，以及分析三者之间的 矛盾，如何解决三者之间的矛盾：使学生掌握学科基础知识和问题分析能力：强调方法一 根据本课程研究方法统一的特点，强调方法论的教学。 教学手段：由于课时少，内容多，为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测 题)不应少于60题。利用多媒体进行教学， 六、考核及成绩评定方式 闭卷笔试，考试内容见考试大纲、试卷、标准答案，支撑毕业要求指标点21。 七、教材和参考书目 教材：《控制工程基础》，童景新编著，清华大学出版社，2004 参考书：《MATLAB语言与自动控制系统设计》，魏克新编著，机械工业出版社，1997 《控制系统数字仿真与CD》,张晓华编著，机械工业大学出版社，1999 《反馈控制系统设计与分析一一MATLAB语言应用》，薛定字编著，清华大学出版社， 2000 《控制工程基础》，王积伟编著，高等教有出版社，2003。 《自动控制原理》，胡寿松，科学出版社，2003 大纲制订人：王定标、范忠雷 大纲审定人：新遵龙 制订日期：2016/6/17 修订日期：202071
五、课程教学思想、教学方法、教学手段 教学思想：本课程理论性强，课程教学以数理为基础，从工程问题出发，以物理、化学、 电学等基本定律对实际工程问题进行简化，建立模型。根据工程问题的实际需要，阐明如何 进行合理简化、建立数学模型，掌握分析控制系统的方法及在工程上的简化应用。 教学方法：问题引导——教学中应从人工控制引出自动控制的概念；重点讲述——控制 系统基本概念、基本理论；讲述控制系统的稳定性、快速性、精确性，以及分析三者之间的 矛盾，如何解决三者之间的矛盾；使学生掌握学科基础知识和问题分析能力；强调方法—— 根据本课程研究方法统一的特点，强调方法论的教学。 教学手段：由于课时少，内容多，为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测 题）不应少于 60 题。利用多媒体进行教学。 六、考核及成绩评定方式 闭卷笔试，考试内容见考试大纲、试卷、标准答案，支撑毕业要求指标点 2-1。 七、教材和参考书目 教 材：《控制工程基础》，童景新编著，清华大学出版社，2004。 参考书：《MATLAB 语言与自动控制系统设计》，魏克新编著，机械工业出版社，1997 《控制系统数字仿真与 CAD》，张晓华编著，机械工业大学出版社，1999 《反馈控制系统设计与分析—— MATLAB 语言应用》，薛定宇编著，清华大学出版社， 2000 《控制工程基础》，王积伟编著，高等教育出版社，2003。 《自动控制原理》，胡寿松，科学出版社，2003 大纲制订人：王定标、范忠雷 大纲审定人：靳遵龙 制订日期：2016/6/17 修订日期：2020/7/1
