东北大学

机械工程控制基础

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课程概述

        本课程负责人为罗忠教授,教学团队其他成员有:郝丽娜教授、房立金教授、胡明副教授、马树军副教授、程红太副教授、王菲讲师、鄂晓宇高工 。

        本课程讲述了控制理论的基本原理及其在机械工程自动控制系统中的应用。介绍了自动控制的基本概念,控制系统在时域和频域中数学模型的建立,分析了单输入单输出、线性、时不变系统的稳定性和稳态误差,阐述了线性控制系统的时域分析法、频域分析法、根轨迹法及实际校正方法等内容。        

        本课程研究自动控制理论的基本原理及其在机械工程中的应用问题。自动控制理论与技术在机械工程中的应用,使机械制造和机械产品本身的自动化和智能化水平不断提高。现代机械工程要求机械工程师们不但要具有机械结构现代设计方法和制造方法的知识,同时也要具有机械工程自动控制的知识。通过对本课程的学习,可以掌握自动控制理论的基本原理及其在现代机械工程中应用的技能。

       

授课目标
本课程试图通过逻辑性强、比较严密、富有启发性的讲解使学生牢固掌握机械控制系统建模、分析和综合的基本理论和方法,同时适当了解有关控制理论领域新进展的概念;通过实验操作和对实际工程系统的介绍使学生提高独立分析思考和自学的能力,为进行控制理论的研究或控制工程的实践打下良好的基础。
证书要求

1. 完成全部课程学习;

2. 完成课程模块测试;

3. 至少完成6次作业互评(共8次);

4. 完成期末考试;

5. 积极参与课程讨论;

由任课教师签发课程结业证书,其中60≤成绩<85者获得合格证书,成绩≥85者将获得优秀证书。

成绩评定方法:单元测验30%,单元作业30%,考试35%,课程讨论5%。


预备知识

课程主要针对普通高等院校机械工程及自动化、机械电子工程、机械设计制造及自动化等专业的本科学生。

学习本课程之前,您需要了解与掌握的课程有:高等数学、电工电子学、机械振动、测试技术。

授课大纲

第一章 绪论

1.1 《机械工程控制基础》课程的结构体系

1.2 控制理论的发展及其工程应用

1.3 机械工程自动控制系统的基本结构组成

1.4机械工程自动控制系统的工作原理

1.5 机械自动控制系统的分类

1.6机械工程自动控制系统的基本要求


第二章 自动控制系统的数学模型和传递函数

2.1控制系统中微分方程的含义

2.2控制系统微分方程的建立方法

2.3 拉普拉斯变换的定义与内涵

2.4 典型时间函数的拉普拉斯变换形式

2.5 拉普拉斯变换的基本性质

2.6 传递函数的定义与内涵

2.7 典型环节的传递函数

2.8 系统方框图的组成和含义

2.9 系统环节的基本连接方式

2.10 系统方框图的变换与简化


第三章 控制系统的时域分析法

3.1 控制系统的时间相应

3.2 典型输入信号

3.3 一阶系统的单位脉冲响应

3.4 一阶系统的单位阶跃响应

3.5 一阶系统的单位斜坡响应

3.6 二阶系统的单位脉冲响应

3.7 二阶系统的单位阶跃响应

3.8 二阶系统的单位斜坡响应

3.9 二阶系统的时间响应的性能指标

3.10 二阶系统计算举例

3.11 工作台自动控制系统的时域分析


第四章 控制系统的频域分析法

4.1 频率特性的概念和表示方法

4.2 频率特性的特点和作用

4.3 控制系统的频域性能指标

4.4 频率特性的求法

4.5 典型环节的奈奎斯特图

4.6 系统奈奎斯特图的

4.7 典型环节的伯德图

4.8 系统伯德图的画法

4.9 最小相位系统与非最小相位系统


第五章 线性控制系统的稳定性

5.1 控制系统稳定性的基本概念

5.2 单输入单输出控制系统稳定的条件

5.3 赫尔维茨稳定性判据

5.4 劳斯稳定性判据

5.5 幅角原理

5.6根据奈奎斯特图判断系统稳定性

5.7根据伯德图判断系统稳定性

5.8 系统的相对稳定性


第六章 控制系统的根轨迹分析

6.1 根轨迹与系统特性

6.2 根轨迹的幅值条件和相角条件

6.3 绘制根轨迹的基本规则

6.4 根轨迹绘制举例


第七章 控制系统的误差分析和计算

7.1 控制系统复域和时域误差的基本概念及误差传递函数

7.2 控制系统的类型

7.3 控制系统的静态误差系统

7.4 用伯德图确定误差系数

7.5 扰动引起误差的计算方法

7.6 减小稳态误差的途径

7.7 动态误差系数


第八章 控制系统性能校正

8.1 控制系统性能校正的含义

8.2 控制系统的性能指标

8.3 闭环控制系统零极点与性能的关系

8.4 反馈校正

8.5 顺馈校正

8.6 Bode定理及应用

8.7相位超前校正

8.8相位滞后校正

8.9相位滞后-超前校正

8.10 PID控制器

8.11 有源和无源校正环节的对比

8.12 按希望特性校正的含义

8.13 典型I型系统的设计方法

8.14典型II型系统的设计方法

8.15按希望特性设计控制器的图解法

8.16按希望特性设计控制器的直接法

参考资料

①柳洪义,罗忠,宋伟刚,郝丽娜,王菲编著. 《机械工程控制基础(第二版)》,科学出版社,2011 

②罗忠,王菲,柳洪义编.《机械工程控制基础学习辅导与习题解答》,科学出版社,2011 

③王菲,罗忠,鄂晓宇,柳洪义主编.《机械工程控制基础实验教程》,科学出版社,2014

授课老师
罗忠

罗忠

教授

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