《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：176101086学分：3学分总学时/课内实践（实验）学时：48/4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：测控技术与仪器专业先修课程：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：（1）《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5版；（2）《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5版。一、课程教学目标本课程是面向测控技术与仪器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；培养学生具备测控技术与仪器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；培养将学习控制工程基础与强我中华相结合的爱国情怀。【支撑测控技术与仪器专业本科人才培养方案毕业要求1.4/H)
《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：176101086 学 分：3 学分 总学时/课内实践（实验）学时：48/4 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：测控技术与仪器专业 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： （1）《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 5 版； （2）《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 5 版。 一、课程教学目标 本课程是面向测控技术与仪器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；培养学生具备测控技术与仪器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；培养将 学习控制工程基础与强我中华相结合的爱国情怀。【支撑测控技术与仪器专业本 科人才培养方案毕业要求 1.4/H】
目标2.了解系统校正的常用方法，能够根据测控系统的时域指标和频域指标要求设计系统的校正环节；培养以系统的观点看待问题、透过现象看本质的世界观。【支撑测控技术与仪器专业本科人才培养方案毕业要求1.6/H】目标3.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。【支撑测控技术与仪器专业本科人才培养方案毕业要求2.3/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：
目标 2. 了解系统校正的常用方法，能够根据测控系统的时域指标和频域指标要求 设计系统的校正环节；培养以系统的观点看待问题、透过现象看本质的世界观。 【支撑测控技术与仪器专业本科人才培养方案毕业要求 1.6/H】 目标 3. 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。【支撑测控技术与仪器专业本科人才培养方案毕业要求 2.3/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、3。（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2、3。（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
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、3。 （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 2、3。 （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，掌握一般Nyquist图和Bode图的作图方法，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：一般Nyquist图和Bode图的作图方法，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2、3。（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2。三、课内实践教学内容及要求序教学类型教学内容教学要求号
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，掌握一般 Nyquist 图和 Bode 图的作图方法，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：一般 Nyquist 图和 Bode 图的作图方法，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 2、3。 （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 2。 三、课内实践教学内容及要求 序 号 教学类型 教学内容 教学要求
掌握二阶系统瞬态响应1.二阶系统瞬态响应和稳定曲线及性能指标，理解系性;实验统稳定性的基本概念，了2.二阶闭环系统的频率特性解二阶闭环系统的频率曲线分析。特性曲线。四、学时分配学时分配章节讨论合计实验讲课上机课习题课其它课课33第一章绪论1212第二章系统的数学模型1612第三章系统的时间响应分析12第四章系统的频率响应分析12第五章系统的性能指标与校5正合计44 484五、课程思政教学设计授课章序号教学目标课程思政融入点节培养学生正确的政自动控制理论起源于欧美，了解我国与先进治导向，塑造远大国家的差距。以历史照片、历史流程展示发理想。展史，通过对比正视中外发展差距。在知识第一章培养将学习控制工层面，对于自动控制理论发展历史有全面的-绪论程基础与强我中华了解；在思想方面，增强发展我国高科技的相结合的爱国情紧迫感，树立缩小与发达国家差距的思想意怀。识。培养学生正确的政钱学森是工程控制论创始人之一，他是中国第一章2治导向，塑造远大领导人以朝鲜战争空战中被俘的多名美军绪论理想。飞行员交换回中国的。要求学生课后观看电
1 实验 1．二阶系统瞬态响应和稳定 性； 2．二阶闭环系统的频率特性 曲线分析。 掌握二阶系统瞬态响应 曲线及性能指标，理解系 统稳定性的基本概念，了 解二阶闭环系统的频率 特性曲线。 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 12 12 第三章 系统的时间响应分析 12 4 16 第四章 系统的频率响应分析 12 12 第五章 系统的性能指标与校 正 5 5 合计 44 4 48 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。 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
授课章序号教学目标课程思政融入点节培养将学习控制工影《钱学森》，钱老是我们的前辈，更是我程基础与强我中华们的偶像！在知识层面，了解机械工程控制相结合的爱国情论的研究对象与任务；在思想方面，增强对怀。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。培养以系统的观点第二章2.对系统的研究要建立数学模型，强调基础看待问题、透过现系统的科学的重要性。通过具体实例讲解数学模型3象看本质的世界数学模的建立步骤。在知识层面，了解系统数学模型观。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。培养学生正确的政对控制系统的基本要求是稳定性、快速性、治导向，树立社会准确性。稳定性是首要条件。中国社会是个第三章主义核心价值观。大系统，工程控制如此，社会控制亦如此。系统的培养将学习控制工4再次强调系统要求三要素，讲解稳定性的基时间响程基础与强我中华本概念。在知识层面，了解系统稳定性的初应分析相结合的爱国情步概念：在思想方面，要有集体主义观念，怀。国家稳定，人民才能安居乐业。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。“横看成岭侧成峰培养以系统的观点远近高低各不同。同一事物从不同角度看第四章看待问题、透过现会是不同的样子，学会多角度看待问题，多系统的象看本质的世界种方法解决问题。通过具体实例讲解频率特5频率响观。性的分析方法。在知识层面，频率特性的图应分析形化分析方法；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
序号 教学目标 授课章 节 课程思政融入点 培养将学习控制工 程基础与强我中华 相 结 合 的 爱 国 情 怀。 影《钱学森》，钱老是我们的前辈，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 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
授课章序号教学目标课程思政融入点节会。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。个第五章培养学生正确的政人、集体、国家也是这样，固步自封不可行，系统的治导向，树立社会改革和创新才能取得更大的发展。分析系统性能指6主义核心价值观，的性能指标，讲解不同的校正方法。在知识标与校塑造远大理想。层面，了解评价系统的不同性能指标和对系正统进行校正的方法：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试，其中期末考核方式为笔试，过程考核方式为课内实验考核、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（%）70期末考核成绩5出勤课程总评成绩5课堂讨论过程考核成绩平时作业155课内实验总计100%执笔人签字：吴爱华系主任签字：王恒教学院长签字：姚建南制定日期：2024年05月31日
序号 教学目标 授课章 节 课程思政融入点 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试，其中期末考核方式为笔试，过程考核方式为课内实 验考核、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 70 过程考核成 绩 出勤 5 课堂讨论 5 平时作业 15 课内实验 5 总计 100% 执笔人签字：吴爱华 系主任签字：王恒 教学院长签字：姚建南 制定日期：2024 年 05 月 31 日