《控制工程基础》课程教学大纲课程名称：控制工程基础课程编码：196101008学分：2学分总学时/课内实践（实验）学时：32/0考核方式：考试课程性质：必修课程课程类型：专业教育课程开课单位：机械工程学院机械电子系适应对象：机械工程专业先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、电工技术、机械原理建议教材及参考书：1.教材：《机械工程控制基础》，杨叔子主编，华中科技大学出版社，2022年6月第八版2.参考书：《现代控制工程》，KatsuhikoOgata主编，卢伯英，于海勋等译，电子工业出版社，2016年5月第五版《控制工程基础》，董景新、赵长德主编，清华大学出版社，2015年4月第五版一、课程教学目标本课程是面向机械工程专业开设的专业教育必修课，旨在通过理论教学与实践操作训练，使学生掌握机械工程控制论的基础知识，理解闭环负反馈系统概念，了解在时间域及频率域对单输入单输出系统进行分析与设计的知识，独立解决复杂工程问题；培养学生具备机械工程行业道德和强烈的社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。本课程具体教学目标为：目标1.了解机械工程控制论的研究对象和任务；理解控制系统的基本要求；理解闭环负反馈控制系统的概念及工作原理；掌握传递函数的定义、性质和意义：掌握频率特性的定义、物理意义；了解系统校正的常用方法；培养将学习控制工
《控制工程基础》课程教学大纲 课程名称：控制工程基础 课程编码：196101008 学 分：2 学分 总学时/课内实践（实验）学时：32/0 考核方式：考试 课程性质：必修课程 课程类型：专业教育课程 开课单位：机械工程学院机械电子系 适应对象：机械工程专业 先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、电工技术、机械原理 建议教材及参考书： 1.教材：《机械工程控制基础》，杨叔子主编，华中科技大学出版社，2022 年 6 月第八版 2.参考书： 《现代控制工程》， Katsuhiko Ogata 主编，卢伯英，于海勋等译，电子工业 出版社，2016 年 5 月第五版 《控制工程基础》，董景新、赵长德主编，清华大学出版社，2015 年 4 月 第五版 一、课程教学目标 本课程是面向机械工程专业开设的专业教育必修课，旨在通过理论教学与实 践操作训练，使学生掌握机械工程控制论的基础知识，理解闭环负反馈系统概念， 了解在时间域及频率域对单输入单输出系统进行分析与设计的知识，独立解决复 杂工程问题；培养学生具备机械工程行业道德和强烈的社会责任感，能够在工程 实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。 本课程具体教学目标为： 目标 1.了解机械工程控制论的研究对象和任务；理解控制系统的基本要求； 理解闭环负反馈控制系统的概念及工作原理；掌握传递函数的定义、性质和意义； 掌握频率特性的定义、物理意义；了解系统校正的常用方法；培养将学习控制工
程基础与强我中华相结合的爱国情怀。【支撑机械工程专业本科人才培养方案毕业要求1.3/H)目标2.掌握分析和建立控制系统的数学模型的方法，通过建立的数学模型分析时域和频域响应特点，分析系统的稳定性、响应的快速性和准确性，为复杂工程问题的解决打下基础。培养以系统的观点看待问题、透过现象看本质的世界观。【支撑机械工程专业本科人才培养方案毕业要求2.2/H】二、课程教学内容及要求（一）第一章绪论1.教学内容：第一节机械工程控制论的研究对象与任务第二节系统及其模型第三节反馈第四节系统的分类及对控制系统的基本要求第五节机械制造的发展与控制理论的应用第六节控制理论发展的简单回顾第七节设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统2.教学要求：通过本章内容的学习，了解机械工程控制论的研究对象和任务，理解控制系统的基本要求，理解闭环负反馈控制系统的概念及工作原理。3.教学重点：控制系统的基本要求。4.教学难点：闭环负反馈控制系统的概念及工作原理。5.支撑的课程教学目标：目标1（二）第二章系统的数学模型1.教学内容：第一节系统的微分方程第二节系统的传递函数第三节系统的传递函数方框图及其简化第四节考虑扰动的反馈控制系统的传递函数第五节相似原理
程基础与强我中华相结合的爱国情怀。【支撑机械工程专业本科人才培养方案毕 业要求 1.3/H】 目标 2.掌握分析和建立控制系统的数学模型的方法，通过建立的数学模型分 析时域和频域响应特点，分析系统的稳定性、响应的快速性和准确性，为复杂工 程问题的解决打下基础。培养以系统的观点看待问题、透过现象看本质的世界观。 【支撑机械工程专业本科人才培养方案毕业要求 2.2/H】 二、课程教学内容及要求 （一）第一章 绪论 1. 教学内容： 第一节 机械工程控制论的研究对象与任务 第二节 系统及其模型 第三节 反馈 第四节 系统的分类及对控制系统的基本要求 第五节 机械制造的发展与控制理论的应用 第六节 控制理论发展的简单回顾 第七节 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 2.教学要求： 通过本章内容的学习，了解机械工程控制论的研究对象和任务，理解控制系 统的基本要求，理解闭环负反馈控制系统的概念及工作原理。 3.教学重点：控制系统的基本要求。 4.教学难点：闭环负反馈控制系统的概念及工作原理。 5.支撑的课程教学目标：目标 1 （二）第二章 系统的数学模型 1. 教学内容： 第一节 系统的微分方程 第二节 系统的传递函数 第三节 系统的传递函数方框图及其简化 第四节 考虑扰动的反馈控制系统的传递函数 第五节 相似原理
第六节设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统2.教学要求：通过本章内容的学习，掌握传递函数的定义、性质和意义，掌握分析和建立控制系统的数学模型的方法，了解传递函数方框图的组成及建立方法，理解相似原理的定义。3.教学重点：系统的微分方程及传递函数。4.教学难点：系统微分方程的建立及求解。5.支撑的课程教学目标：目标1、目标2（三）第三章系统的时间响应分析1.教学内容：第一节时间响应及其组成第二节典型输入信号第三节一阶系统第四节二阶系统第五节高阶系统第六节系统稳定性的初步概念第七节Routh稳定判据第八节系统误差分析与计算第九节设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统2.教学要求：通过本章内容的学习，掌握一阶系统和欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算，掌握在时域中一般控制系统的稳定性判断及稳态误差的计算方法，理解时间响应及其组成的基本概念，理解系统稳定性的基本概念，了解高阶系统主导极点的概念。3.教学重点：一阶系统和欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算，控制系统的稳定性判断及稳态误差的计算。4.教学难点：动态性能指标的计算，稳态误差的计算。5.支撑的课程教学目标：目标1、目标2（四）第四章系统的频率特性分析1.教学内容：
第六节 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 2. 教学要求： 通过本章内容的学习，掌握传递函数的定义、性质和意义，掌握分析和建立 控制系统的数学模型的方法，了解传递函数方框图的组成及建立方法，理解相似 原理的定义。 3. 教学重点：系统的微分方程及传递函数。 4. 教学难点：系统微分方程的建立及求解。 5. 支撑的课程教学目标：目标 1、目标 2 （三）第三章 系统的时间响应分析 1. 教学内容： 第一节 时间响应及其组成 第二节 典型输入信号 第三节 一阶系统 第四节 二阶系统 第五节 高阶系统 第六节 系统稳定性的初步概念 第七节 Routh 稳定判据 第八节 系统误差分析与计算 第九节 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 2. 教学要求： 通过本章内容的学习，掌握一阶系统和欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算， 掌握在时域中一般控制系统的稳定性判断及稳态误差的计算方法，理解时间响应 及其组成的基本概念，理解系统稳定性的基本概念，了解高阶系统主导极点的概 念。 3. 教学重点：一阶系统和欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算，控制系统 的稳定性判断及稳态误差的计算。 4. 教学难点：动态性能指标的计算，稳态误差的计算。 5. 支撑的课程教学目标：目标 1、目标 2 （四）第四章 系统的频率特性分析 1. 教学内容：
第一节频率特性概述第二节频率特性的图示方法第三节频率特性的特征量第四节最小相位系统与非最小相位系统第五节Nyquist稳定判据第六节Bode稳定判据第七节系统的相对稳定性第八节设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统2.教学要求：通过本章内容的学习，掌握通过Nyquist图和Bode图判断系统稳定性的方法，理解频率特性的定义、物理意义，理解频率特性特征量的基本概念，理解最小相位系统的概念。3.教学重点：通过Nyquist图和Bode图判断系统稳定性的方法。4.教学难点：系统的相对稳定性。5.支撑的课程教学目标：目标1、目标2（五）第五章系统的性能指标与校正1.教学内容：第一节系统的性能指标第二节系统的校正第三节串联校正第四节PID校正第五节设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统第六节关于系统校正的一点讨论2.教学要求：通过本章内容的学习，掌握串联校正对系统性能的影响，理解系统校正及PID的基本概念，了解系统时域与频域性能指标的对应关系3.教学重点：系统的性能指标，串联校正。4.教学难点：串联校正、PID校正。5.支撑的课程教学目标：目标1三、课内实践教学内容及要求
第一节 频率特性概述 第二节 频率特性的图示方法 第三节 频率特性的特征量 第四节 最小相位系统与非最小相位系统 第五节 Nyquist 稳定判据 第六节 Bode 稳定判据 第七节 系统的相对稳定性 第八节 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 2. 教学要求： 通过本章内容的学习，掌握通过 Nyquist 图和 Bode 图判断系统稳定性的方 法，理解频率特性的定义、物理意义，理解频率特性特征量的基本概念，理解最 小相位系统的概念。 3. 教学重点：通过 Nyquist 图和 Bode 图判断系统稳定性的方法。 4. 教学难点：系统的相对稳定性。 5. 支撑的课程教学目标：目标 1、目标 2 （五）第五章 系统的性能指标与校正 1. 教学内容： 第一节 系统的性能指标 第二节 系统的校正 第三节 串联校正 第四节 PID 校正 第五节 设计示例：数控直线运动工作台位置控制系统 第六节 关于系统校正的一点讨论 2. 教学要求： 通过本章内容的学习，掌握串联校正对系统性能的影响，理解系统校正及 PID 的基本概念，了解系统时域与频域性能指标的对应关系。 3. 教学重点：系统的性能指标，串联校正。 4. 教学难点：串联校正、PID 校正。 5. 支撑的课程教学目标：目标 1 三、课内实践教学内容及要求
无四、学时分配学时分配章节合计讨论其它讲课实验课上机课习题课课33第一章绪论9第二章系统的数学模型9第三章系统的时间响应分99析第四章系统的频率响应分88析第五章系统的性能指标与33校正3232 合计五、课程思政教学设计序号教学目标授课章节课程思政融入点自动控制理论起源于欧美，了解我国与先进国家的差距。以历史照培养学生正确的政治片、历史流程展示发展史，通过对导向，塑造远大理想。比正视中外发展差距。在知识层第一章绪论培养将学习控制工程面，对于自动控制理论发展历史有基础与强我中华相结全面的了解；在思想方面，增强发合的爱国情怀。展我国高科技的紧迫感，树立缩小与发达国家差距的思想意识。培养学生正确的政治钱学森是工程控制论创始人之一，导向，塑造远大理想。他是中国领导人以朝鲜战争空战培养将学习控制工程第一章绪论中被俘的多名美军飞行员交换回基础与强我中华相结中国的。要求学生课后观看电影合的爱国情怀。《钱学森》，钱老是我们的前辈
无 四、学时分配 章节 学时分配 合计 讲课 实验课 上机课 讨论 课 习题课 其它 第一章 绪论 3 3 第二章 系统的数学模型 9 9 第三章 系统的时间响应分 析 9 9 第四章 系统的频率响应分 析 8 8 第五章 系统的性能指标与 校正 3 3 合计 32 32 五、课程思政教学设计 序号 教学目标 授课章节 课程思政融入点 1 培养学生正确的政治 导向，塑造远大理想。 培养将学习控制工程 基础与强我中华相结 合的爱国情怀。 第一章 绪论 自动控制理论起源于欧美，了解我 国与先进国家的差距。以历史照 片、历史流程展示发展史，通过对 比正视中外发展差距。在知识层 面，对于自动控制理论发展历史有 全面的了解；在思想方面，增强发 展我国高科技的紧迫感，树立缩小 与发达国家差距的思想意识。 2 培养学生正确的政治 导向，塑造远大理想。 培养将学习控制工程 基础与强我中华相结 合的爱国情怀。 第一章 绪论 钱学森是工程控制论创始人之一， 他是中国领导人以朝鲜战争空战 中被俘的多名美军飞行员交换回 中国的。要求学生课后观看电影 《钱学森》，钱老是我们的前辈
序号教学目标授课章节课程思政融入点更是我们的偶像！在知识层面，了解机械工程控制论的研究对象与任务：在思想方面，增强对我国高科技发展的自信心，培养强我中华的爱国情怀。1.控制论的研究对象是系统，广义的系统。看待任何事物要有全局观，不能割裂开来。2.对系统的研究要建立数学模型，强调基础科学的重要性。通过培养以系统的观点看具体实例讲解数学模型的建立步第二章系统待问题、透过现象看3的数学模型骤。本质的世界观。在知识层面，了解系统数学模型的建立方法；在思想方面，认识到基础科学的重要性，增强以系统观点看待问题的意识，学会透过现象看本质。对控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性。稳定性是首要条培养学生正确的政治件。中国社会是个大系统，工程控导向，树立社会主义第三章系统制如此，社会控制亦如此。再次强核心价值观。培养将的时间响应调系统要求三要素，讲解稳定性的学习控制工程基础与分析基本概念。在知识层面，了解系统强我中华相结合的爱稳定性的初步概念；在思想方面，国情怀。要有集体主义观念，国家稳定，人民才能安居乐业。培养以系统的观点看可以在频域和时域对系统进行分第四章系统待问题、透过现象看析，同一个系统有不同的表达方5的频率响应本质的世界观。式。“横看成岭侧成峰，远近高低分析各不同。"同一事物从不同角度看
序号 教学目标 授课章节 课程思政融入点 更是我们的偶像！在知识层面，了 解机械工程控制论的研究对象与 任务；在思想方面，增强对我国高 科技发展的自信心，培养强我中华 的爱国情怀。 3 培养以系统的观点看 待问题、透过现象看 本质的世界观。 第二章 系统 的数学模型 1. 控制论的研究对象是系统，广 义的系统。看待任何事物要有全局 观，不能割裂开来。 2. 对系统的研究要建立数学模 型，强调基础科学的重要性。通过 具体实例讲解数学模型的建立步 骤。 在知识层面，了解系统数学模型的 建立方法；在思想方面，认识到基 础科学的重要性，增强以系统观点 看待问题的意识，学会透过现象看 本质。 4 培养学生正确的政治 导向，树立社会主义 核心价值观。培养将 学习控制工程基础与 强我中华相结合的爱 国情怀。 第三章 系统 的时间响应 分析 对控制系统的基本要求是稳定性、 快速性、准确性。稳定性是首要条 件。中国社会是个大系统，工程控 制如此，社会控制亦如此。再次强 调系统要求三要素，讲解稳定性的 基本概念。在知识层面，了解系统 稳定性的初步概念；在思想方面， 要有集体主义观念，国家稳定，人 民才能安居乐业。 5 培养以系统的观点看 待问题、透过现象看 本质的世界观。 第四章 系统 的频率响应 分析 可以在频域和时域对系统进行分 析，同一个系统有不同的表达方 式。“横看成岭侧成峰，远近高低 各不同。”同一事物从不同角度看
序号教学目标授课章节课程思政融入点会是不同的样子，学会多角度看待问题，多种方法解决问题。通过具体实例讲解频率特性的分析方法。在知识层面，频率特性的图形化分析方法；在思想方面，认识到看待同一个问题、同一个事物可以有不同的角度，解决问题也有多重方法，从而更好的适应社会。当系统的性能指标不满足要求时，需要在系统中增加另外的装置对系统进行校正。个人、集体、国家培养学生正确的政治也是这样，固步自封不可行，改革第五章系统和创新才能取得更大的发展。分析导向，树立社会主义的性能指标6核心价值观，塑造远系统的性能指标，讲解不同的校正与校正大理想。方法。在知识层面，了解评价系统的不同性能指标和对系统进行校正的方法；在思想方面，认识到改革和创新的重要性。六、考核方式及成绩评定（一）考核方式本课程考核方式为考查，其中期末考核方式为笔试，过程考核方式为课堂出勤、课堂讨论展示、作业完成情况及平时随堂测验情况。（二）成绩评定成绩组成成绩占比（%）50期末考核成绩课程总评成10出勤绩过程考核成10课堂讨论绩15平时作业
序号 教学目标 授课章节 课程思政融入点 会是不同的样子，学会多角度看待 问题，多种方法解决问题。通过具 体实例讲解频率特性的分析方法。 在知识层面，频率特性的图形化分 析方法；在思想方面，认识到看待 同一个问题、同一个事物可以有不 同的角度，解决问题也有多重方 法，从而更好的适应社会。 6 培养学生正确的政治 导向，树立社会主义 核心价值观，塑造远 大理想。 第五章 系统 的性能指标 与校正 当系统的性能指标不满足要求时， 需要在系统中增加另外的装置对 系统进行校正。个人、集体、国家 也是这样，固步自封不可行，改革 和创新才能取得更大的发展。分析 系统的性能指标，讲解不同的校正 方法。在知识层面，了解评价系统 的不同性能指标和对系统进行校 正的方法；在思想方面，认识到改 革和创新的重要性。 六、考核方式及成绩评定 （一）考核方式 本课程考核方式为考查，其中期末考核方式为笔试，过程考核方式为课堂出 勤、课堂讨论展示、作业完成情况及平时随堂测验情况。 （二）成绩评定 课程总评成 绩 成绩组成 成绩占比（%） 期末考核成绩 50 过程考核成 绩 出勤 10 课堂讨论 10 平时作业 15
平时随堂测验15总计100%教学院长签字：姚建南执笔人签字：徐海黎教研室主任签字：王恒制定日期：2024年5月31日
平时随堂测验 15 总计 100% 执笔人签字：徐海黎 教研室主任签字：王恒 教学院长签字：姚建南 制定日期：2024 年 5 月 31 日