《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