《机械控制理论基础》 课程教学大纲 课程基本信息 总学时为学时数☑理论课（含上机，实验学时） 课程类型 总学时为周数 口实习口课程设计口毕业设计 课程编码 7314801 总学时48学分3 课程名称 机械控制理论基础 课程英文名称 Fundamentals of Mechanical Control Theory 适用专业 智能建造 先修课程 高等数学 开课部门 土木工程学院 二、 课程性质与目标 本课程是智能建造专业的必修课，是一门理论性较强的专业技术基础课， 主要涉及土木工程中机械控制的基本理论与方法。通过机械控制理论基础课 程的学习，培养学生从动态和系统的角度建立机械系统数学模型的能力：培 养学生对机械控制进行动态分析的能力：培养学生对机械控制系统的设计能 力和综合能力：培养学生使用计算机仿真的能力。并为后续课（如智能施工、 智能控制和毕业设计等)提供基础知识。 课程目标1：掌握建立机电控制系统数学模型的基本方法。通过课堂讲授、 作业、课堂测验、上机实验等环节，使学生掌握机械工程系统中的信息传递、 反馈控制的概念，拉普拉斯变换的数学方法，具备建立机电控制系统数学模 型的能力。 课程目标2：掌握机电控制系统的时域分析方法和频域分析方法。通过课 堂讲授、作业、课堂测验、上机实验等环节，使学生掌握一阶系统的时间响 应、二阶系统的时间响应、高阶系统的时间响应、瞬态响应的性能指标：使 学生掌握频率特性的概念、频率特性的对数坐标图、极坐标图、对数幅-相图 和频域特性的性能指标。 课程目标3：掌握机电控制系统的稳定性分析方法、系统设计和校正方法 通过课堂讲授、上机作业、案例讨论等环节，使学生掌握机电控制系统稳定 性的概念、劳斯一赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定性判据、根轨迹法：使学生掌
1 《机械控制理论基础》 课程教学大纲 一、 课程基本信息 课程类型 总学时为学时数 □√理论课（含上机，实验学时） 总学时为周数 □实习 □课程设计 □毕业设计 课程编码 7314801 总学时 48 学分 3 课程名称 机械控制理论基础 课程英文名称 Fundamentals of Mechanical Control Theory 适用专业 智能建造 先修课程 高等数学 开课部门 土木工程学院 二、 课程性质与目标 本课程是智能建造专业的必修课，是一门理论性较强的专业技术基础课， 主要涉及土木工程中机械控制的基本理论与方法。通过机械控制理论基础课 程的学习，培养学生从动态和系统的角度建立机械系统数学模型的能力；培 养学生对机械控制进行动态分析的能力；培养学生对机械控制系统的设计能 力和综合能力；培养学生使用计算机仿真的能力。并为后续课（如智能施工、 智能控制和毕业设计等）提供基础知识。 课程目标 1：掌握建立机电控制系统数学模型的基本方法。通过课堂讲授、 作业、课堂测验、上机实验等环节，使学生掌握机械工程系统中的信息传递、 反馈控制的概念，拉普拉斯变换的数学方法，具备建立机电控制系统数学模 型的能力。 课程目标 2：掌握机电控制系统的时域分析方法和频域分析方法。通过课 堂讲授、作业、课堂测验、上机实验等环节，使学生掌握一阶系统的时间响 应、二阶系统的时间响应、高阶系统的时间响应、瞬态响应的性能指标；使 学生掌握频率特性的概念、频率特性的对数坐标图、极坐标图、对数幅-相图 和频域特性的性能指标。 课程目标 3：掌握机电控制系统的稳定性分析方法、系统设计和校正方法。 通过课堂讲授、上机作业、案例讨论等环节，使学生掌握机电控制系统稳定 性的概念、劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定性判据、根轨迹法；使学生掌
握控制系统的性能指标与校正方式、控制系统的串联校正、并联校正。 课程思政目标：培养学生家国情怀、大国工匠精神、安全贵任意识、勇 于创新的理念等。 三、课程教学基本内容与要求 1.绪论 本章教学内容主要为：机械控制工程的研究对象与任务：控制方法的分类： 控制系统性能指标的基本要求；控制系统数学模型的建立方法：控制系统的 分析问题：控制系统的设计问题。要求学生了解控制理论在工程建设中的作 用和地位、发展概祝，理翠控制的概今」 2.控制系统的数学模型及传递函数 本章教学内容主要为：控制系统数学模型的概念：建立控制系统微分方程 的方法：传递函数的定义，建立系统传递函数的方法：传递函数的典型环节： 控制系统的方块图及其变换：传递函数的实验建模方法。要求学生熟练掌握 控制系统的建模方法和传递函数的典型环节。 3.控制系统的时域分析 本章教学内容主要为：时间响应的概念：典型输入信号：一阶系统时间响 应的性能指标；二阶系统时间响应的性能指标：系统稳态误差的分析与计算： 传递函数辨识的时域方法。要求学生掌握时间响应的概念，理解一阶、二阶 系统时间响应的性能指标和稳态误差的分析计算 4.控制系统的频率特性分析 本章教学内容主要为：频率特性的基本概念、频率特性的求取方法和频率 特性的图示方法：典型环节的频率特性（比例环节、积分环节、微分环节、 惯性环节、振荡环节等)：系统的对数频率特性：频域性能指标与时域性能指 标间的关系：频率实验法估计系统的数学模型。要求学生掌握控制系统频率 特性的概念、伯德图、奈奎斯特图、尼尔克斯图、最小相位系统的概念和闭 环频率特性与性能指标。 5.控制系统的稳定性 本章教学内容主要为：控制系统稳定性的概念、条件和分析方法：劳斯 赫尔维茨稳定性判据：奈奎斯特稳定性判据：稳定性裕量；根轨迹法。要求 学生掌握劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定性判据。 6.控制系统的综合与校正 本章教学内容主要为：系统校正的实质：校正的方式：系统的串联校正： 系统的反馈校正；系统的PID校正。要求学生理解系统校正的实质，重点掌 握系统的串联校正、系统的反馈校正和系统的PID校正。 2
2 握控制系统的性能指标与校正方式、控制系统的串联校正、并联校正。 课程思政目标：培养学生家国情怀、大国工匠精神、安全责任意识、勇 于创新的理念等。 三、 课程教学基本内容与要求 1.绪论 本章教学内容主要为：机械控制工程的研究对象与任务；控制方法的分类； 控制系统性能指标的基本要求；控制系统数学模型的建立方法；控制系统的 分析问题；控制系统的设计问题。要求学生了解控制理论在工程建设中的作 用和地位、发展概况，理解控制的概念。 2.控制系统的数学模型及传递函数 本章教学内容主要为：控制系统数学模型的概念；建立控制系统微分方程 的方法；传递函数的定义，建立系统传递函数的方法；传递函数的典型环节； 控制系统的方块图及其变换；传递函数的实验建模方法。要求学生熟练掌握 控制系统的建模方法和传递函数的典型环节。 3.控制系统的时域分析 本章教学内容主要为：时间响应的概念；典型输入信号；一阶系统时间响 应的性能指标；二阶系统时间响应的性能指标；系统稳态误差的分析与计算； 传递函数辨识的时域方法。要求学生掌握时间响应的概念，理解一阶、二阶 系统时间响应的性能指标和稳态误差的分析计算。 4.控制系统的频率特性分析 本章教学内容主要为：频率特性的基本概念、频率特性的求取方法和频率 特性的图示方法；典型环节的频率特性（比例环节、积分环节、微分环节、 惯性环节、振荡环节等）；系统的对数频率特性；频域性能指标与时域性能指 标间的关系；频率实验法估计系统的数学模型。要求学生掌握控制系统频率 特性的概念、伯德图、奈奎斯特图、尼尔克斯图、最小相位系统的概念和闭 环频率特性与性能指标。 5.控制系统的稳定性 本章教学内容主要为：控制系统稳定性的概念、条件和分析方法；劳斯- 赫尔维茨稳定性判据；奈奎斯特稳定性判据；稳定性裕量；根轨迹法。要求 学生掌握劳斯-赫尔维茨判据、奈奎斯特稳定性判据。 6.控制系统的综合与校正 本章教学内容主要为：系统校正的实质；校正的方式；系统的串联校正； 系统的反馈校正；系统的 PID 校正。要求学生理解系统校正的实质，重点掌 握系统的串联校正、系统的反馈校正和系统的 PID 校正
四、课程学时分配 课内 课外 教学内容 讲授 实验 上机 学时 学时 小计 1.绪论 2 2.控制系统的数学模型及传递函数 8 3.控制系统的时域分析 10 10 4控制系统的频率特性分析 12 5.控制系统的稳定性 8 6.控制系统的综合与校正 合 计 48 48 五、教学设计与教学组织 本课程采用计算机多媒体投影教学，课件采用PowerPoint制作，讲授时 以PowerPoint课件与板书相结合：课程讲授中注重将专业知识与工程案例相 结合，强化专业知识在实际工程中的应用：课程讲授中具体分析和结合各章 节教学内容中所蕴含的思政元素，将思政教育与专业教育相融合。 六、教材与参考资料 1.教材 《机械控制工程基础》，李郝林，清华大学出版社，2014年7月，ISBN: 978-7-302-36481-8 2.参考资料 (1)《机械控制理论基础》，董霞、陈康宁、李天石，西安交通大学出 版社，2005年9月，ISBN:978-7-5605-2041-4 (2)《机械控制工程基础》（第2版），玄兆燕、朱宏俊、杨秀萍，电子 工业出版社，2016年8月，ISBN:978-7-121-28885-2 七、课程考核方式与成绩评定标准 本课程总评成绩以百分制计算，由平时成绩和期末考试成绩两部分组成。 平时成绩占30%，包括考勤（占10%）、作业（占20%）：期末考试成绩占70%， 考试内容以学生应掌握的基本概念和方法：在平时和期末考核内容中，在考 核专业知识的同时适当融入思政元素，有心无痕地践行立德树人的培养目标。 3
3 四、 课程学时分配 教学内容 讲授 实验 上机 课内 学时 小计 课外 学时 1.绪论 2 2 2.控制系统的数学模型及传递函数 8 8 3.控制系统的时域分析 10 10 4.控制系统的频率特性分析 12 12 5.控制系统的稳定性 8 8 6.控制系统的综合与校正 8 8 合 计 48 48 五、 教学设计与教学组织 本课程采用计算机多媒体投影教学，课件采用 PowerPoint 制作，讲授时 以 PowerPoint 课件与板书相结合；课程讲授中注重将专业知识与工程案例相 结合，强化专业知识在实际工程中的应用；课程讲授中具体分析和结合各章 节教学内容中所蕴含的思政元素，将思政教育与专业教育相融合。 六、 教材与参考资料 1.教材 《机械控制工程基础》，李郝林， 清华大学出版社， 2014 年 7 月，ISBN： 978-7-302-36481-8 2.参考资料 （1）《机械控制理论基础》，董霞、陈康宁、李天石， 西安交通大学出 版社，2005 年 9 月，ISBN：978-7-5605-2041-4 （2）《机械控制工程基础》（第 2 版），玄兆燕、朱宏俊、杨秀萍，电子 工业出版社，2016 年 8 月，ISBN：978-7-121-28885-2 七、 课程考核方式与成绩评定标准 本课程总评成绩以百分制计算，由平时成绩和期末考试成绩两部分组成。 平时成绩占 30%，包括考勤（占 10%）、作业（占 20%）；期末考试成绩占 70%， 考试内容以学生应掌握的基本概念和方法；在平时和期末考核内容中，在考 核专业知识的同时适当融入思政元素，有心无痕地践行立德树人的培养目标
大纲执笔人：张军徽 大纲审核人：高建岭 开课系主任：程海丽 开课学院教学副院长：宋小软 制（修）订日期：2022年2月
4 大纲执笔人：张军徽 大纲审核人：高建岭 开课系主任：程海丽 开课学院教学副院长：宋小软 制（修）订日期：2022 年 2 月
