PAGEPAGE8《控制工程基礎》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱控制工程基礎課程編號310050026課程性質必修課課程類別核心課程開課單位測控教研室授課學期第三學期學分/學時2/32課內學時32理論授課32上機學時0課內實踐0實驗學時0課外學時32適用專業機械設計制造及其自動化是否雙語否先修課程高等數學、復變函數與積分變換、大學物理、理論力學、電路原理后續課程畢業設計二、課程簡介《控制工程基礎》是機械設計制造及其自動化專業的一門比較抽象的、具有很強實踐性的技術基礎課。本課程以數學、物理及有關學科為理論基礎，以機械工程中有關系統為對象，運用信息的傳遞、處理與反饋進行控制，將數理基礎課與專業課緊密結合在一起。培養學生掌握控制工程的基本概念、基本理論和基本方法,使學生具備建立系統的數學模型、對系統進行時間響應分析、頻率特性分析以及穩定性分析的能力。全面考核學生對知識的掌握、運用、分析問題和解決問題的能力，為后續課程學習、未來從事工程技術工作、科學研究、新產品設計開發打下堅實的基礎。培養學生嚴謹科學的思維方式和求真務實的工作作風，成為與社會主義現代化建設要求相適應的德、智、體、美、勞全面發展的應用型高級專門人才。三、課程目標及對畢業要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.培養學生能夠對系統進行時間響應分析和頻率特性分析，能夠利用穩定判據判斷系統是否穩定，培養學生對復雜工程問題進行分析和提煉，設計解決方案的能力。課程目標2.培養學生能夠利用控制理論中的基本方法，將數理基礎知識與工程實際相結合,能夠建立系統的數學模型并進行變換、求解的能力。課程目標3.培養學生從整個系統中信息之傳遞、轉換和反饋等角度來分析系統的“動態行為”，對工程實際中存在的問題能夠以控制論的觀點和思想方法進行科學研究,發現問題的本質和有效的解決方法。培養學生嚴謹科學的思維方式和求真務實的工作作風，成為一名合格的應用型高級專門人才。（二）課程目標對畢業要求指標點的支撐課程目標支撐畢業要求指標點畢業要求課程目標1指標點1-2：掌握解決機械設計制造及其自動化領域問題所需的工程基礎知識，具備應用基本理論分析工程問題的能力；指標點4-1:能夠基于科學原理并采用科學方法，針對機械設計制造及其自動化領域復雜工程問題，探討分析解決方案；工程知識4-研究課程目標2指標點2-1：能夠運用數學、自然科學和儀器儀表工程學科的基本原理對機械設計制造及其自動化工程問題進行識別與描述；2-問題分析課程目標3指標點4-1：能夠基于科學原理并采用科學方法，針對機械設計制造及其自動化領域復雜工程問題，探討分析解決方案；4-研究四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元緒論（學時數：2學時）1.課程主要內容了解反饋控制的基本原理以及控制系統的基本概念;理解并掌握常見的控制方式;理解并掌握控制系統的術語、組成及分類;理解并掌握對控制系統的基本要求；了解控制理論的發展歷史、現狀和趨勢。2.重點和難點重點：常見的控制方式;控制系統的術語、組成及分類；對控制系統的基本要求。難點：開環系統與閉環系統的區分、正反饋與負反饋的區分。教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，對控制工程的重要性以及控制系統的基本概念有較深刻的理解。支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第二單元數學基礎知識（學時數：2學時）1.課程主要內容了解拉氏變換與拉氏反變換的定義；掌握常見函數的拉氏變換和拉氏變換定理；掌握拉氏反變換的部分分式法。重點和難點重點：常見函數拉氏變換；拉氏變換定理；拉氏反變換的部分分式法。難點：拉氏變換定理及拉氏反變換的計算。3.教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。4.學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，能夠達到靈活運用拉普拉斯變換去分析問題、解決問題。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標2。第三單元系統的數學模型（學時數：6學時）課程主要內容了解微分方程列寫方法；理解傳遞函數的基本概念及特點;掌握典型環節傳遞函數；熟練掌握傳遞函數方框圖的等效變換。2.重點和難點重點：建立系統微分方程、求傳遞函數以及傳遞函數方框圖的等效變換。難點：列寫微分方程、計算傳遞函數、傳遞函數方框圖的等效變換。3.教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。4.學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，能夠達到對較簡單的機械系統和電網絡系統建立數學模型。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標2。第四單元時間響應分析（學時數：8學時）1.課程主要內容理解時間響應的概念及其組成；深度理解一階、二階系統的時間響應分析；熟練掌握一階、二階系統時間響應性能指標的計算方法;理解并掌握系統穩態誤差的分析與計算。2.重點和難點重點：二階系統時間響應性能指標的計算；系統穩態誤差的計算。難點：系統時域性能指標和穩態誤差的計算。3.教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。4.學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，能夠對一階、二階系統進行時間響應分析并計算各項性能指標，能夠對系統的穩態誤差進行分析。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第五單元頻率特性分析（學時數：6學時）1.課程主要內容理解頻率響應和頻率特性的概念；熟練掌握利用頻率特性計算系統的穩態響應；熟練掌握頻率特性的圖示方法Nyquist圖和Bode圖；了解最小相位系統和非最小相位系統的概念；了解頻域性能指標。2.重點和難點重點：系統在諧波輸入下的穩態響應計算；頻率特性的圖示法。難點：繪制頻率特性的Nyquist圖和Bode圖。3.教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。4.學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，能夠對系統進行頻率特性分析，并用圖示法表示出來。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。第六單元系統的穩定性（學時數：8學時）1.課程主要內容理解系統穩定性的概念，掌握系統穩定的充要條件;熟練掌握勞斯穩定判據、Nyquist穩定判據和Bode穩定判據；掌握系統的相位裕度和幅值裕度的計算。2.重點和難點重點：Nyquist穩定判據和Bode穩定判據;系統相對穩定性裕度的計算。難點：系統的幅值裕度和相位裕度的計算。3.教學方法(1)以課堂教學為主，輔以問題式、啟發式、案例式等多種交互式教學方式。(2)利用隨堂測驗和課后作業的方式鞏固所學知識。4.學生學習預期成果要求學生在學完本單元課程后，能夠利用穩定判據判斷出系統是否穩定，并計算出穩定性裕度。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、3。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元緒論講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標1、321：1第二單元數學基礎知識講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標221：1第三單元系統的數學模型講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標261：1第四單元時間響應分析講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標1、381：1第五單元頻率特性分析講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標1、361：1第六單元系統的穩定性講授法、交互式教學、隨堂測驗課程目標1、381：1合計321：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環節目標分值考核/評價細則平時成績30%作業（百分制）70本門課程布置7次作業，主要考核學生對課程的復習、理解和掌握程度，作業按百分制打分，計算全部作業的平均成績。目標分值=0.7*作業平均成績測驗（百分制）20隨堂測驗，主要考核學生課堂的聽課效果和課后復習消化知識的情況。目標分值=0.2*測驗平均成績課堂表現（百分制）10考核內容及評價細則:依據課堂表現、課堂紀律、平時出勤打分。目標分值=0.1*課堂表現成績期末考試70%知識40考核內容：緒論(5%)、系統的數學模型（20%）、時間響應分析（25%）、頻率特性分析（25%）、系統的穩定性（25%）。考試題型：填空、選擇、判斷、計算題評價細則：嚴格按照試卷評分標準，按步驟打分。能力30綜合應用20創新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1-1控制系統的術語、組成及分類；1-2對控制系統的基本要求作業、測驗、期末考試課程目標1、3第二單元數學基礎知識2-1常見函數拉氏變換；2-2拉氏變換定理;2-3拉氏反變換的部分分式法作業、測驗、期末考試課程目標2第三單元系統的數學模型3-1建立系統微分方程、求傳遞函數以及。3-2傳遞函數方框圖的等效變換作業，測驗、期末考試課程目標2第四單元時間響應分析4-1時間響應的概念及其組成；4-2一、二階系統時間響應性能指標的計算；4-3系統穩態誤差的計算作業、測驗，期末考試課程目標1、3第五單元頻率特性分析5-1系統在諧波輸入下的穩態響應計算；5-2頻率特性的圖示法。作業、測驗、期末考試課程目標1、3第六單元系統的穩定性6-1穩定的充要條件;6-2勞斯穩定判據、Nyquist穩定判據和Bode穩定判據；6-3相位裕度和幅值裕度的計算。作業、測驗、期末考試課程目標1、3六、使用教材、相關推薦書目及課程資源（一）使用教材楊叔子主編：《機械控制工程基礎》，華中理工大學出版社,2023年版;（二）相關推薦書目1.朱驥北主編：《機械控制工程基礎》，機械工業出版