“智能制造与控制工程基础”是机械电子工程、建筑环境与能源应用、车辆工程等专业本科生专业基础课之一。课程研究自动控制技术的基础理论,是以原理为主的理论性课程。主要从数学模型出发,讲述自动控制的基本原理和控制系统分析与设计的基本方法。
通过本课程的学习,使学生能够正确理解和运用课程的基本概念和理论,掌握一套较完整的分析、设计自动控制系统的方法。为专业课的学习打好基础,而且为以后从事实际工作和科研奠定一定的理论基础。
“智能制造与控制工程基础”课程主要介绍经典控制理论的基本概念和基本原理,自动控制系统的分析方法和设计方法。简单介绍控制系统的传递函数和结构图概念。重点介绍时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正方法。课程目标分为知识目标和能力目标两个方面,分述如下:
1.知识目标
课程目标1.1 掌握控制系统的基本要求(稳定性、快速性、准确性)及其指标参数;
课程目标1.2 掌握控制系统的传递函数和结构图概念;
课程目标1.3 掌握时域分析法的原理及方法;掌握根轨迹分析法的原理及方法;掌握频域分析法的原理及方法
课程目标1.4 掌握线性系统的代数稳定性判据
课程目标1.5 掌握线性系统的稳态误差及降低稳态误差的方法
课程目标1.6 掌握控制系统的常用校正装置及其校正方法。
2.能力目标
课程目标2.1 能够针对实际控制系统建立数学模型,并画出系统结构图;
课程目标2.2 能够熟练运用时域分析、根轨迹分析和频域分析系统的稳定性、快速性和准确性;
课程目标2.3 能够运用频率法对控制系统进行校正;
课程目标2.4能够根据控制系统的基本要求(稳定性、快速性、准确性)分析解决基本工程问题;
课程目标2.5逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力。
本课程的总成绩构成分为四部分:单元测验占20%,单元作业占30%,讨论占10%,期末考试占40%。
获得证书的要求是:60≤总成绩<85则获得合格证书,总成绩≥85者则获得优秀证书。
第一周 绪论(1)
1.自动控制系统发展简史
2.自动控制系统的初步概念
3.自动控制系统的分类
4.自动控制系统的基本要求
第二周 绪论(2)、线性控制系统的运动方程及模型(1)
5.工业4.0-从智慧工厂到智能生产
6.中国制造2025
7.智能制造新时代
8.物理系统的数学模型(1)
9.物理系统的数学模型(2)
10.典型环节的数学模型
第三周 线性控制系统的运动方程及模型(2)
11.系统的动态结构图(1)
12.系统的动态结构图(2)
第四周 线性控制系统的运动方程及模型(3)、线性系统的时域和频域分析方法(1)
13.信号流程图与梅逊公式(1)
14.信号流程图与梅逊公式(2)
15.控制系统的时间响应性能指标
16.一阶系统的暂态响应
第五周 线性系统的时域和频域分析方法(2)
17.二阶系统的暂态响应(1)
18.二阶系统的暂态响应(2)
第六周 线性系统的时域和频域分析方法(3)
19.高阶系统的暂态响应
20.根轨迹的基本知识
21.根轨迹绘制的基本规则(1)
22.根轨迹绘制的基本规则(2)
第七周 线性系统的时域和频域分析方法(4)
23.根轨迹绘制的基本规则(3)
24.利用根轨迹分析系统性能(1)
第八周 线性系统的时域和频域分析方法(5)
25.利用根轨迹分析系统性能(2)
26.频率特性的基本概念
27.幅相频率特性(1)
28.幅相频率特性(2)
第九周 线性系统的时域和频域分析方法(6)
29.幅相频率特性(3)
30.对数频率特性(1)
第十周 线性系统的时域和频域分析方法(7)、闭环控制系统的稳定性分析(1)
31.对数频率特性(2)
32.对数频率特性(3)
33.对数频率特性(4)
34.控制系统的稳定性
第十一周 闭环控制系统的稳定性分析(2)
35.劳斯稳定判据
36.劳斯判据的应用
第十二周 闭环控制系统的稳定性分析(3)
37.辐角定理
38.奈奎斯特稳定判据(1)
39.奈奎斯特稳定判据(2)
40.伯德图的稳定性分析
41.基于频率特性的性能分析与优化(1)
42.基于频率特性的性能分析与优化(2)
第十三周 闭环控制系统的误差分析(1)
43.控制系统的稳定误差
44.静态误差系数法(1)
第十四周 闭环控制系统的误差分析(2)、自动控制系统的校正(1)
45.静态误差系数法(2)
46.降低稳态误差的方法
47.校正方式
48.系统的性能指标
49.串联校正装置及其特性
第十五周 自动控制系统的校正(2)
50.串联校正的频率法设计(1)
51.串联校正的频率法设计(2)
第十六周 自动控制系统的校正(3)
52.串联校正的根轨迹法设计(1)
53.串联校正的根轨迹法设计(2)
54.串联校正装置的期望对数频率特性设计法
高等数学、电工电子学、模拟电子技术、数字电子技术
1.控制工程基础,朱孝勇、傅海军.北京:机械工业出版社,2018年
2.自动控制原理(第2版),刘国海、杨年法.北京:机械工业出版社,2018
3.自动控制原理及应用(第3版),陈祥光.北京:清华大学出版社,2018
4.工程控制基础(第2版),翁正新.北京:清华大学出版社,2016
5.自动控制理论(第2版),刘丁.北京:机械工业出版社,2016