机械工程控制基础总结--高建明

第一篇：机械工程控制基础总结--高建明

《机械工程控制基础》考试总结

山工机电工程学院高建明

本次试点本科考试已结束，成绩已公布，现针对辅导过程中出现的问题做如下总结。

所做的工作：

一、参加了辅导培训，明确了辅导思路。

参加了山东大学组织的辅导培训，明确了考试的要求和动态，把握了考试难点和要求，更好的把握了辅导要求和力度，为更好的搞好辅导奠定了坚实的基础。

二、认真细心的做好了备课，准备了高质量的辅导材料。

拿到教材后首先认真通读了教材，从大的方面将本课程考试可能涉及到的知识点做了总结和归纳，为后续的备课做好了准备，鉴于试点本科辅导密度大的特点，集中时间提前将所有课程准备完毕，准备了高质量充足的辅导材料，包括知识点总结、国考历年真题、多套考前模拟题等等。

三、统一学生思想，帮助树立正确的学习态度，掌握正确的学习方法。

鉴于学生对试点本科政策认识不到位，不全面的客观情况，抽出专门时间对试点本科的相关政策进行了详细和客观的解读，让学生认识到试点本科的学习对自身能力的提高以及对个人职业生涯都可能会起到很大的作用，使其学习态度更加端正，变被动为主动，提高学习效率。结合自身经历，帮助学生寻找更适合自己的学习方法，增加学习时间的同时，利用正确的学习方法，提高学习效率，提高考试通过率。

四、严格考勤，通过严格纪律约束，保证学习时间。

建立点名册，严格考勤，保证了学生的到课率。单独组建试点本科班，配备专用教室，保证上课时间的同时，也给学生提供了良好的学习氛围，有力的保证了学习时间，事实证明效果良好。出现的问题：

一、部分学生学习主动性不强，不善思考，不善讨论，不善相互学习，在以后辅导过程中应寻找解决此方面的问题的方法。

二、部分同学对布置的作业不能高质量的、及时的完成，跟不上老师的辅导节奏，耽误了进度。

三、分析成绩时发现有8名同学成绩为57分，从中可以看出在辅导中更应注意“临界”及格的这部分同学，如果在考前复习上稍加用心就能过关，此现象值得思考。

总之，本次考试在各级各位领导的指导和关心下，在各位同事的帮助下，在同学们的努力配合下，结果虽差强人意，但及格率比及其他科目还有不小差距，今后会全面反思，做好工作，争取取得更好的成绩。

第二篇：机械工程控制基础教学大纲

《机械工程控制基础》课程教学大纲

一、本课程性质、地位和任务

性质：《机械工程控制基础》是机电一体化专业本科段计划规定必考的一门专业基础课。其目的在于使考生能以动态的观点而不是静态的观点去看待一个机械工程系统。

地位和任务：其从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态行为；为采用控制的观点和思想方法解决生产过程中存在的问题以及为了使系统按预定的规律运动，达到预定的技术指标，实现最佳控制打下基础；也为后续课程以及从事机电一体化系统设计打下理论基础。

二、课程教学的基本要求：

1、深刻理解并熟练掌握采用集中参数法建立机、电系统的数学模型；拉普拉斯变换在工程中的应用；传递函数与方块图的求得、简化和演算等。

2、深刻理解闻熟练掌握典型系统（特别是一阶系统）的时域和频域特性。

3、掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据的基本方法，并能判别系统的稳定性。

4、了解系统识别的基本原理及相应的方法。

5、掌握线性系统性能指标以及相应的系统综合校正的方法。

三、本课程与其他课程的关系

学习本课程之前考生应具有一定的数学、力学和电工学基础，同时应具有一定的机械工程基础知识，以便使考生顺利掌握机械工程教学模型的建立以信相应的运算。

四、教学实数分配表

适

用

专

业

章节

序号

章节名称

课堂

讲授

其它

（练习）

小计

机电一体化专业

一

绪论

二

拉普拉斯变换的数学方法

三

系统的数学模型

四

系统的瞬态响应与误差分析

五

系统的频率特性

六

系统的稳定性

七

机械工程控制系统的校正与设计

合计

五、大纲内容

第1章

绪论

一、教学目的：

通过本章学习了解机械控制工程的基本概念，它的研究对象及任务。了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类。本章中介绍的一些技术上的名词术语、定义等以后章节会经常用到需要熟记。

二、教学内容：

1、机械工程控制的基本含义

2、机械工程系统中信息传递、反馈以信反馈控制的概念

3、本课程特点及内容简介

三、教学重点：

1、机械工程控制的基本含义。

2、信息的传递、反馈及反馈控制的概念。

第2章

拉普拉斯变换的数学方法

一、教学目的：

通过本章的学习明确拉普拉斯（简称拉氏）变换是分析研究线性动态系统的有力工具，通过拉氏变换将时域的微分方程变换为复数域的代数方程，掌握拉氏变换的定义，并用定义求常用函数的拉氏变换，会查拉氏变换表，掌握拉氏变换的重要性质及其应用，掌握用部分分式法求拉氏变换的方法以及了解用拉氏变换求解线性微分方程的方法。

二、教学内容：

1、复数和复变函数

2、拉氏变换及拉氏反变换的定义

3、典型时间函数的拉氏变换

4、拉氏变换的性质

5、拉氏反变换的数学方法

6、用拉氏变换解常微分方程

三、教学重点：

拉氏变换的定义，用拉氏变换的定义求常用函数的拉氏变换，拉氏变换的性质及其应用部分分式法求拉氏反变换的方法，用拉氏变换法解常微分方程。

第3章

系统的数学模型

一、教学目的：

通过本章学习明确为了分析、研究机械工程系统（特别是机、电综合系统）的动态特性，或者对它们进行控制，最重要的一步首先是建立系统的数学模型，明确数学模型的含义，掌握采用解析方法建立一些简单机、电系统的数学模型，传递函数定义、特点及推导方法，方块图及其简化法则。了解信号流图及梅逊公式的应用，以及数学模型传递函数、方块图和信号流程图之间的关系。

二、教学内容：

1、概述

2、系统微分方程的建立

3、传递函数

4、方块图及动态系统的构成5、机、电系统的传递函数

6、系统的状态空间描述

三、教学重点：

建立简单机电系统的微分方程，运用综合基础知识，对系统正确地取分离体并分析受力，注意力和方向，列写系统微分方程。建立系统传递函数概念，系统构成及其传递函数，方块图简化及其绘制。

第4章

系统的瞬态响应与误差分析

一、教学目的：

通过本章学习明确一个系统，在建立了系统的数学模型（包括微分方程和传递函数）之后就可以采用不同的方法来分析和研究系统的动态性能，时域分析是重要的方法之一，明确系统在外加作用激励下，根据所描述系统的数学模型，求出系统的输出量随时间变化的规律，并由此确定系统的性能，明确系统的时间响应及其组成，脉冲响应函数的概念，掌握一阶、二阶系统的典型时间响应和高阶系统的时间响应以及主导极点的概念，系统的误差与稳态误差的计算以及与系统型次的关系。

二、教学内容：

1、时间响应

2、一阶系统的时间响应

3、二阶系统的时间响应

4、高阶系统动态分析

5、瞬态响应的性能指标

6、系统误差分析

三、教学重点：

本章时间响应的基本概念，一阶系统的时间呼应，二阶系统阶跃响应及性能指标，误差分析，误差及稳态误差的定义，位置误差，速度误差的计算，干扰作用下的系统误差计算。

第5章系统的频率特性

一、教学目的：

通过本章学习明确频率特性的基本概念，频率特性与传递函数的关系，系统的动刚度与动柔度的概念，掌握频率特性的两种表示方法以及频率特性与时间响应之间的关系，各基本环节及系统的极坐标图和伯德衅的画法，闭环频率特性及相应的性能指标，为频域分析系统的稳定性以及综合校正打下基础。

二、教学内容：

1、频率特性

2、频率特性的对数坐标图（伯德图）

3、频率特性的极坐标图（乃奎斯特图）

4、最小相位系统的概念

5、闭环频率特性与频域性能指标

6、系统辨识

三、教学重点：

频率特性的基本概念及其两种表示方法、画法及特点，闭环频率特性的性能指标及其计算方法。

第6章系统的稳定性

一、教学目的：

通过本章学习明确稳定性的概念，掌握判别系统稳定性的基本准则，掌握劳斯一胡尔维茨稳定性判据和乃奎斯特稳定判据以及系统相对稳定性的概念。

二、教学内容：

1、稳定性

2、劳斯一胡尔维茨稳定性判据

3、乃奎斯特稳定性判据

4、系统的相对稳定性

三、教学重点：

系统稳定性的基本概念，劳斯一胡尔维茨判稳的方法，乃奎斯特判稳的方法，相位裕量和幅值程度的概念及计算方法和表示。

第7张机械一程控制系统的技术与设计

一、教学目的：

通过本章学习明确在预先规定了系统的性能指标情况下，如何选择适当的校正环节和参数使系统满足这些要求，因此应掌握系统的时域性能指标、频域性能指标以及它们之间的相互关系，各种校正方法的实现。

二、教学内容：

1、控制系统的性能指标及校正方式

2、控制系统的串联校正

3、反馈和顺馈校正

4、PID校正器的设计

三、本章重点：

各种性能指标的含义及算法，校正的概念，各种校正环节的传递函数及其特点。

六、教材与主要参考书

1.教材

机械工程控制基础，陈康宁主编，西安交通大学出版社，1999年。

2.主要参考书

[1]机械工程控制基础，王馨、陈康宁主编，西安交通大学出版社，1992年。

[2]机械工程控制基础，杨叔子，杨克冲主编，华中理工大学出版社，1984年。

[3]机械工程控制，阳含和主编，机械工业出版社，1986年。

第三篇：机械工程控制基础教案

第一章 绪论

[教学内容]

1．控制理论学科的发展概况

2．控制理论的研究对象

3．控制系统的工作原理及基本要求

4．学习目的和学习方法

[教学安排]

安排的教学时数：4学时

[知识点及基本要求]

了解机械控制工程理论的由来和发展，了解其在机械制造领域中的作用。熟悉有关“反馈与反馈控制”的基本概念。学习分析具体控制系统的组成环节，知道系统的被控对象、被控量、扰动量、控制量等，会画工作原理方框图。

[重点和难点]

反馈与反馈控制；

控制系统的概念；

[教学法设计]

应用多媒体课件，开展案例教学。

第二章 控制系统的数学模型

[教学内容]

1．控制系统动态微分方程的建立以及非线性方程的线性化；

2．传递函数的概念及传递函数方块图的简化方法；

3．典型环节的传递函数；

[教学安排]

本章安排的教学时数：6学时

2.1.1 线性系统与非线性系统；2.1.2 线性系统微分方程的列写；2.1.3系统非线性微分方程的线性化。安排2学时。

2.2.1 传递函数的定义；2.2.2传递函数的常见形式；2.3.1控制系统的基本联接方式；2.3.2扰动作用下的闭环控制系统。安排2学时

2.3.3 传递函数方块图的绘制；2.3.4传递函数方块图的变换；2.3.5传递函数方块图的简化。安排2学时。

2.4 典型环节的传递函数。安排2学时。

[知识点及其基本要求]

2.1 控制系统的微分方程

线性系统与非线性系统，以质量-弹簧系统等为例引出线性系统与非线性系统的概念，让学生对概念有明确的理解；

线性系统微分方程的列写，是本次课的重点，通过力学、电学等方面的实例让学生掌握动态系统建模的方法；

系统非线性微分方程的线性化，让学生理解非线性动态微分方程线性化的处理方法。

2.2 传递函数

传递函数的定义，是本次课的重点讲解内容，通过实例让学生理解为什么要引入传递函数表述动态系统；

传递函数的常见形式，让学生了解它的多种表达方式；

控制系统的基本联接方式，主要掌握串联、并联和反馈控制等基本联接方式；

扰动作用下的闭环控制系统。

3.3传递函数方块图的绘制；

传递函数方块图的变换，是学生掌握的重点和难点；

传递函数方块图的简化，通过大量的训练能熟练掌握。

2.4典型环节的传递函数

了解每一个典型环节的传递函数表达的含义，并能熟练掌握传递函数的表达式。

[重点和难点]

传递函数的定义；

传递函数方框图的变换和简化。

[教学法设计]

多种实例分析贯穿本章教学始终，做到举一反三，全面理解和熟练应用。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第三章 控制系统的时域分析

[教学内容]

1．时间响应的基本概念及其组成，几种典型的输入信号；

2．一阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应；

3．控制系统的动态性能指标；

4．控制系统的稳定性。

[教学安排]

本章安排的教学时数：8学时

3.1.1 时间响应及其组成；3.1.2 典型输入信号；3.2一阶系统的时间响应。

安排2学时。

典型输入信号：单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号；

一阶系统的时间响应介绍一阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.3 二阶系统的时间响应。安排2学时

介绍二阶系统的数学模型以及二阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.5 控制系统的动态性能指标。安排2学时。

介绍欠阻尼状态下的二阶系统在单位阶跃输入的响应下瞬态响应指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间，并举例求响应的响应指标。

3.6 控制系统的稳定性。安排2学时。

稳定性的基本概念及线性系统稳定的充要条件，Routh（劳斯）稳定判据

[知识点及其基本要求]

3.1 时间响应与典型输入信号

时间响应的概念，以质量-弹簧系统为例介绍时间响应的组成：瞬态响应与稳态响应，为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

选取典型输入信号的基本原则，单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号等典型信号的产生与数学表达式及其拉氏变换；

3.2 一阶系统的时间响应

一阶系统的微分方程及其传递函数，一阶系统的单位阶跃响应及其性能参数，一阶系统的单位脉冲响应。

3.3 二阶系统的时间响应

二阶系统的微分方程及其传递函数，分情况讨论欠阻尼系统、临界阻尼系统、过阻尼系统、零阻尼系统。

二阶系统的单位阶跃响应，讨论二阶系统在不同阻尼情况下的单位阶跃响应。二阶系统在不同阻尼情况下的单位脉冲响应。

3.5 控制系统的动态性能指标

瞬态响应的性能指标，根据欠阻尼状态下的二阶环节对单位阶跃输入的时间响应，性能指标包括上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间。举例进行介绍如何理解与求解这些性能指标。

3.6 控制系统的稳定性

稳定性的基本概念，线性系统稳定的充要条件，判断控制系统稳定性的方法有两大类：直接求解系统特征方程，根据极点分布来判定系统稳定性，另一类是不求解特征方程的间接方法—Routh（劳斯）稳定判据。

[重点和难点]

二阶系统时间响应；

控制系统的动态响应指标。[教学法设计]

时间响应基本概念以及典型输入信号通过直接法给出；

通过实例分析计算控制系统的时间响应以及时间性能指标的计算，Routh（劳斯）稳定判据的计算。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第四章 控制系统的频域分析

[教学内容]

（1）频率特性的基本概念

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图）

（3）频率特性的特征量、最小相位系统

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据、（6）系统的相对稳定性 [教学安排]

计划学时数：8 学时

（1）频率特性的基本概念，2学时；

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图），4学时；

（3）频率特性的特征量、最小相位系统，2学时；

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据，2学时；

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据，4学时；

（6）系统的相对稳定性，2学时；

[知识点及其基本要求]

了解频率特性的定义及求法；熟悉典型环节频率特性的Nyquist图和Bode图；掌握一般系统Nyquist图和Bode图的画法（注意画图步骤和图面标注）；能应用代数判据和几何判据完成系统稳定性的判别；理解系统频域性能指标及其与时域指标的关系；理解什么是相对稳定性，掌握稳定裕量的计算方法。

[重点和难点]

典型环节的Nyquist图和Bode图；

稳定性的几何判据；

稳定裕量的计算

[教学法设计]

通过工程实例引入频率特性的概念；

使用MATLAB仿真案例

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第五章 控制系统的误差分析

[教学内容]

1．控制系统的误差与偏差以及两者之间的对应关系；

2．瞬态过程与稳态过程、瞬态误差与稳态误差、静态误差与动态误差；

3．静态误差和动态误差的计算。

[教学安排]

本章安排的教学时数：6

5．1 误差的概念；5．2 系统的类型。安排2学时。

结合定义强调误差与偏差的不同以及两者的对应关系；

结合定义强调各误差不同、影响因素；

5．3 静态误差；5．4 动态误差。安排2学时。

不同类型系统的静态误差系数、不同输入信号作用下的静态误差；结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

系统的动态误差系数计算；结合实例进行控制系统的动态误差的计算。[知识点及其基本要求]

5．1 误差的概念

一、误差与偏差

控制系统的误差是系统的实际输出与期望输出的差；控制系统的偏差是系统的输入信号与反馈信号的差。两者定义是不同的，但是它们都是表示控制系统精度的量，都反映控制系统的稳态性能，并且它们之间具有确定的对应关系。控制系统为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

二、瞬态过程与瞬态误差

瞬态过程反映控制系统的动态响应性能，主要体现在系统对输入信号的响应速度和系统的稳定性这两个方面；对于稳定的系统，实际上瞬态误差在时间大于调整时间后可以认为基本衰减为零。

控制系统的误差主要是稳态误差。

三、稳态过程与稳态误差

稳态过程反映控制系统的稳态响应性能，它主要表现在系统跟踪输入信号的准确度或抑制干扰信号的能力上；稳态误差是评价控制系统稳态性能的主要指标，是随时间变化的量，与系统及其输入信号的特性有关。它分为静态误差和动态误差两类。

四、静态误差和动态误差

静态误差是系统稳态误差的极限值，其大小取决于系统静态误差系数；动态误差是控制系统稳态误差的过程量，反映稳态误差的变化规律，其大小取决于系统的动态误差系数和输入信号及其各阶导数。

5．2 系统的类型

静态误差为零的系统是无差系统，系统是有差系统还是无差系统取决于系统的类型和输入信号的形式。

5．3 静态误差

一、不同类型系统的静态误差系数

二、不同输入信号作用下的静态误差

三、结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

5．4 动态误差

一、系统的动态误差系数计算

二、结合实例进行控制系统的动态误差的计算。

[重点和难点]

系统的动态误差系数计算；

控制系统的动态误差的计算。

[教学法设计]

采用对比分析各定义的异同，逐步引出静态误差、动态误差；

通过实例分析计算控制系统的静态误差、动态误差。

[应用]

例1：已知系统1和系统2的开环传递函数分别为

试计算其静态误差系数和动态误差系数。

例2：对于上例，试计算当控制输入信号分别为

时的静态误差和动态误差。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。第六章 控制系统的综合与校正

[教学安排]：

教学时数 6；

教学手段：多媒体教学与仿真试验；

教辅工具：仿真软件MATLAB与MULTISIM；

教学法：形象比喻、设疑、思考、启发、仿真演示与结论；

[知识点及其基本要求]

滞后与超前的含义；

滞后容易理解，但系统为什么能做到超前（因为系统信号是有规律的）；

系统为什么不稳定，不稳定的实质是什么：系统反映过慢，对高频不能做出及时响应。

系统要稳定，有两种情况，（1）系统反映很快，在高频时，幅值与相位误差均很小；（2）系统反映较慢，在高频时，幅值与相位误差均很大，既对高频不敏感。比喻：大雪天不摔跤的两种人：反映快或反映慢走路很小心的人。

然后搞清楚校正的实质是什么？

举例说明超前顺馈校正提高稳定性与响应快速性的方法。

[重点和难点]

掌握系统不稳定的实质；

校正的实质。

[教学法设计]

一、用matlab仿真：（1）相位差超过180度，而幅值仍然大于1的系统；（2）观察这种情况下的反馈系统稳定性；分析原因，提出解决方案，同时理解校正的概念；

用电路仿真，学生观察信号的超前与滞后，并理论计算超前角与滞后角，与仿真结果相比较；

二、设计PID校正，并分析输入与输出的关系；

用电路仿真，观察输入与输出的情况，比对学生的思考。

[应用]

超前顺馈校正举例说明提高稳定性与响应快速性的方法。

第四篇：机械工程控制基础第1阶段测试题

江南大学现代远程教育 第一阶段测试卷

考试科目:《机械工程控制基础》（第一章、第二章）（总分100分）时间：90分钟

学习中心（教学点）批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分。）

3(t)xo(t)xo(t)xi(t)x1、某系统的微分方程为 o则它是（）。

A、线性定常系统 B、线性系统 C、非线性系统 D、非线性时变系统

2、开环系统的控制信号取决于（）。

A、系统的实际输出 B、系统的实际输出与理想输出之差 C、输入与输出之差 D、输入

3、机械工程控制论的研究对象是（）。

A、机床主传动系统的控制论问题 B、高精度加工机床的控制论问题 C、自动控制机床的控制论问题 D、机械工程领域中的控制论问题

4、对于控制系统，反馈一定存在与于（）。

A、开环系统 B、线性定常系统 C、闭环系统 D、线性时变系统

5、闭环系统的特点是系统中存在（）。

A、执行环节 B、运算放大环节 C、反馈环节 D、比例环节

6、开环控制系统的特点是（）。

A、不能实行计算机控制 B、存在信息反馈 C、容易引起不稳定 D、结构简单，成本低

7、线性定常系统的微分方程为 (t)2xo(t)3xo(t)4xi(t)xo则该系统极点为（）。

A、s11j2;s21j2;B、s1C、2j;s22j;

s12j;s22j;s30 D、以上都对

8、系统数学模型是指（）的数学表达式。

A、输入信号 B、输出信号 C、系统的动态特性 D、系统的特征方程

9、系统传递函数为 G(s)=2 /(2s+3s+1)，则系统放大系数为（）。A、0.5 B、1 C、2 D、无法确定

10、下图所属环节为（）。

A、微分环节 B、积分环节 C、导前环节 D、惯性环节

11、以下传递函数属于振荡环节的是（）。

A、G(s)=(2s+1)/(s+3s+2)B、G(s)=1 /(s+3s+2)C、G(s)=1 /(s+s+1)D、G(s)=(2s+1)/(s+s+1)

12、以下关于信息的说法正确的是（）。

A、不确定性越小的事件信息量越大 B、不确定性越大的事件信息量越大 C、越大的事件信息量越大 D、越小的事件信息量越大

13、某传递函数 G(s)=K1+K2(1/s)+K3s，则它是由（）组成的。A、比例环节 B、微分环节 C、惯性环节 D、PID环节

14、以下关于系统数学模型说法正确的是（）。A、只有线性系统才能用数学模型表示 B、所有系统都可用精确的数学模型表示 C、建立系统数学模型只能用分析法

D、同一系统可以用不同形式的数学模型进行表示

15、在下列系统或过程中不存在反馈的有（）。A、抽水马桶 B、电饭煲 C、并联的电灯 D、教学过程

222

2二、填空题（本题共6小题，每空1分，共10分）

1、自动控制系统按元件的静态特性分类，可分为：_____________和_____________。

2、、和准确性是对自动控制系统性能的基本要求。

3、线性系统符合叠加原理,线性系统初始条件为零时,几个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号等于 的和。

4、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是________。

5、当二阶系统的特征方程的两根为_____________________________时,系统称为临界阻尼系统；两根为_____________________________时，系统称为欠阻尼二阶系统；两根为_____________________________时，系统称为过阻尼二阶系统。

6、一阶系统1 /(Ts+1)的单位阶跃响应为。

三、简答题(本题共2小题，每小题5分，共10分)

1、控制系统中常用的典型信号有哪些？

2、定值控制系统、伺服系统和程序控制系统各有什么特点？

四、计算题（本题共4小题，每小题10分，共40分）

1、下图所示系统中，m1、m2是质量，k为弹簧的弹性系数，摩擦力为零，f（t）为外力，x1（t）、x2（t）位移。求系统的微分方程、动态框图和传递函数 X2（s）/F（s）。

2、若某线性定常系统在单位阶跃输入作用下，其输出为y(t)1e2t2et。试求系统的传递函数。

3、系统如图所示，求C（s）/R（s）。

4、求下图所示机械系统的微分方程。图中M为输入转矩，Cm为圆周阻尼，J为转动惯量。

五、应用题（本题共1小题，每小题10分，共10分）

下图为恒温箱的温度自动控制系统，当恒温箱温度变化时，试述系统的调节过程，画出系统的原理方框图，指出系统属于哪一种类型？

电压放大器ΔU＝Ur-Uf热电偶电阻丝功率放大器电机减速器调压器～220

附：参考答案：

一、单项选择题（本题共15小题，每小题2分，共30分）

1、C

2、D

3、D

4、C

5、C

6、D

7、A

8、C

9、B

10、D

11、C

12、B

13、D

14、D

15、C

二、填空题（本题共6小题，每空1分，共10分）

1、线性控制系统 非线性控制系统

2、稳定性 快速性

3、各输入信号单独作用时所产生的输出信号

4、单位阶跃信号

5、两相等的负实数根 两共轭复数根 两不相等的负实数根

y(t)1-e－t/T6、三、简答题(本题共2小题，每小题5分，共10分)

1、答：单位阶跃函数、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。

2、答：定值控制系统的输入量是恒值，不变。伺服系统的输入量是变化的，却变化规律是未知的。程序控制系统的输入量是变化的，变化规律是已知的。各种系统都要求被控量与输入量一致，误差在允许范围内。

四、计算题（本题共4小题，每小题10分，共40分）

1、解：微分方程是1xf(t)k(x2x1)m1 k(xx)mx1222X2(s)取拉普拉斯变换,得

k[X1(s)X2(s)]m2s2F(s)k[X2(s)X1(s)]X1(s)m1s

2化简框图时可按虚线移动分支点。也可用梅森公式，一条前向通路，2个回路。

X2(s)k 2F(s)s(m1m2s2km1km2)

2、解：由传递函数的定义有



3、解：由图可得 1s112 Y(s)ss2s12s26s2Y(s)/Xi(s)2s3s2Xi(s)

G3G4G3G4G2G3G41G3G4H1G3G4H21G3G4H1G2G3H21G3G4H11G21G3G4H1G4G2G3G4G1C(s)G1G2G3G41G3G4H1G2G3H2G2G3G4R(s)1G3G4H1G2G3H2G1G2G3G4H31G1H31G3G4H1G2G3H2G2

4、解：设系统输入为M(即M(t))，输出为θ(即θ(t))，分别对圆盘和质块进行动力学分析，CMJmRk(Rx)列写动力学方程如下：

cxk(Rx)mx消除中间变量x，即可得到系统动力学方程

(R2kmCckJ)k(cR2C)mMcMkM mJ(4)(mCmcJ)mm

五、应用题（本题共1小题，每小题10分，共10分）

解：当恒温箱温度低于（高于）设定温度值时，则有UfUr），差值ΔU>0(ΔU<0)，经过电压放大器和功率放大器的信号放大后，驱动直流电机M正转（反转），经减速器后，驱动调压器的输出电压升高（降低），从而驱使电加热丝的发热量提高（降低）。当恒温箱温度和设定值温度相等时，调节运动停止。该系统是定值控制系统。

设定温度值ΔU电压、功率放大器控制电机减速器热电偶调压器恒温箱

第五篇：《机械工程控制基础》课程电子教案

《化工过程控制原理》课程教案

一、课程概况

这是一门化工类各专业必修的专业基础课。通过本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析、计算、实验的初步能力，从理论上为后继专业课程的学习创造必要的条件，为学生将来从事工业自动化专业的工程技术工作和科研工作打下坚实的基础。计划理论32学时，实验8学时。

二、学习本课程必备的理论基础、高等数学和工程数学是本课程的重要基础，学生在学习本课程前，应具备微分方程、差分方程、复变函数、积分变换、矩阵等有关数学知识。、电路与磁路、电子技术基础两门课程，是本课程的先修课程。、学生在学习本课程前，需要有一定的化工、电机、自动控制元件等方面知识。

三、课程主要内容和学时分配 第一章 绪论

主要内容：自动控制的现状与发展、基本概念，自动控制系统的组成机构；自动控制系统的分类、基本要求，自动控制理论的发展历史。

基本要求：（1）了解化工过程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。（2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。（3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。（4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制控制系统的方框图。（5）了解控制系统中基本名词和基本变量。（6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。（7）了解对控制系统的基本要求。

重点：（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。（2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。

难点 ：广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。第二章 系统的数学模型

主要内容：系统的微分方程、传递函数；传递函数方框图、相似原理；MATLAB描述。基本要求：（1）了解数学模型的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的微分方程。（2）掌握传递函数的概念、特点，会求传递函数的零点、极点及放大系数。（3）能够用分析法求系统的传递函数。（4）掌握各个典型环节的特点，传递函数的基本形式及相关参数的物理意义。（5）了解传递函数方框图的组成及意义；能够根据系统微分方程，绘制系统传递函数方框图，并实现简化，从而求出系统传递函数。（6）掌握闭环系统中前向通道传递函数、开环传递函数、闭环传递函数的定义及求法。掌握干扰作用下，系统的输出及传递函数的求法和特点。（7）了解相似原理的概念。（8）了解系统的状态空间表示法，了解MATLAB中，数学模型的几种表示法。

重点：（1）系统微分方程的列写。（2）传递函数的概念、特点及求法；典型环节的传递函数。（3）传递函数方框图的绘制及简化。

难点：（1）系统微分方程的列写。（2）传递函数方框图的绘制及简化。第三章 系统的时间响应分析

主要内容：时间响应的基本概念、典型输入信号及其变换；一阶系统的响应特性；二阶系统响应；系统误差分析与计算、高阶系统；单位脉冲函数在时间响应中的作用；MATLAB函数命令及其应用。

基本要求：（1）了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。（2）了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号及其特点。（3）掌握一阶系统的定义和基本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。掌握线性系统中，存在微分关系的输入，其输出也存在微分关系的基本结论。（4）掌握二阶系统的定义和基本参数；掌握二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（5）了解主导极点的定义及作用；（6）掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求法；能够分析系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。（7）了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。

重点：（1）系统稳定性与特征根实部的关系。（2）一阶系统的定义和基本参数，一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应曲线的基本形状及意义。（3）二阶系统的定义和基本参数；二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（4）系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，误差及稳态误差的求法；系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。

难点 ：（1）二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（2）系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。第四章 系统的频率特性分析

主要内容：频率特性概念、特点、作用、求取方法；图示方法（极坐标图、对数坐标图）；频率特性的特征量、最小相位与非最小相位系统的概念；MATLAB分析频率特性方法。

基本要求：1．掌握频率特性的定义和代数表示法以及与传递函数、单位脉冲响应函数和微分方程之间的相互关系；掌握频率特性和频率响应的求法；掌握动刚度与动柔度的概念。2．掌握频率特性的图和

图的组成原理，熟悉典型环节的图和

图和

图的特点及其绘制，掌握一般系统的的图的特点和绘制。3．了解闭环频率特性与开环频率特性之间的关系。4．掌握频域中性能指标的定义和求法；了解频域性能指标与系统性能的关系。5．了解最小相位系统和非最小相位系统的概念。

重点：1．频率特性基本概念、代数表示法及其特点。2．频率特性的图示法的原理、典型环节的图示法及其特点和一般系统频率特性的两种图形的绘制。3．频域中的性能指标。

难点：1．一般系统频率特性图的画法以及对图形的分析。2．频域性能指标和时域性能指标之间的基本关系。第五章 系统的稳定性

主要内容：稳定性的概念与条件；稳定性判据，包括Routh、Nyquist、Bode等三种方法；相对稳定性；MATLAB分析稳定性的方法。

基本要求：1．了解系统稳定性的定义、系统稳定的条件；2．掌握件和充要条件，学会应用

判据的必要条

判据判定系统是否稳定，对于不稳定系统，能够指出系统包含不稳定的特征根的个数；3．掌握Nyquist判剧；4．理解Nyquist图和Bode图之间的关系； 5．掌握Bode判剧；6．理解系统相对稳定性的概念，会求相位裕度和幅值裕度，并能够在Nyquist图和Bode图上加以表示。

重点：1．Routh判剧、Nyquist判剧和Bode判剧的应用；2．系统相对稳定性；相位裕度和幅值裕度求法及其在Nyquist图和Bode图的表示法。

难点：Nyquist判剧及其应用。第六章 系统的性能指标与校正

主要内容：性能指标、校正的概念与目的；校正的方法，包括串联、PID、反馈、顺馈等；MATLAB设计系统校正的方法。

基本要求：（1）了解系统时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标的概念；了解频域性能指标和时域性能指标的关系。（2）了解系统校正的基本概念。（3）掌握增益校正的特点；熟练掌握相位超前校正装置、相位滞后校正装置和相位滞后—超前校正装置的模型、频率特性及有关量的概念、求法及意义；掌握各种校正装置的频率特性设计方法；熟练掌握各种校正的特点。（4）掌握PID校正的基本规律及各种调节器的特点；掌握PID调节器的工程设计方法。（5）掌握反馈校正、顺馈校正的定义、基本形式、作用和特点。

重点：（1）各种串联无源校正装置的模型、频率特性及有关量的概念、求法及意义；各种校正装置的特点及其设计方法。（2）PID校正的基本规律及各种调节器的特点；PID调节器的工程设计方法。（3）反馈校正、顺馈校正的定义、基本形式、作用和特点。

难点：（1）各种串联无源校正装置的设计。（2）PID调节器的工程设计方法。

四、教材与参考文献目录

教材：《自动控制原理》，巨林仓等编著，中国电力出版社出版 参考文献：

1.《自动控制原理》，李友善主编，朱克定主审，国防科技大学出版社出版 2.《自动控制原理》，孙虎章主编，中央广播电视大学出版社出版 3.《自动控制原理》，胡寿松主编，国防工业出版社出版（第四版）4.《自动控制原理》，周其节主编，华南理工大学出版社出版

五、实验教学目标与基本要求

实验是该课程重要的实践教学环节。目的旨在：验证理论知识，通过实验加强学生的实验手段与实践技能；掌握常用电工仪器仪表的使用方法，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神；学生自行设计、自主实验，真正培养学生的实践动手能力，全面提高学生的综合素质。

1．动手能力的培养： 通过实验，使学生对实验所用仪器、设备单元的用途和使用方法有足够的了解和掌握，并且要求学生做到：能够独立分析和排除实验用仪器、设备单元的常见故障；能够利用现有实验装置和仪器、仪表正确获取、处理实验数据。2．组织实验能力的培养：要求学生按照实验项目的原则要求和指标要求，自行拟定实验提纲，自行设计组织实验，自行设计实验方案，自行设计实验表格，自行决定需要测取的实验数据，自行决定实验小组人数，自行安排实验进程。最终上交完整合格的实验报告。

3．分析问题和解决问题能力的培养：实验中只向学生提供必要且完整的实验装置说明，提出实验目的、实验要求，以及欲达到的实验指标。要求学生能够正确运用学过的理论知识，通过实验掌握系统的调试方法，提高工程设计能力。

4.思维能力和创新能力的培养：通过启发、组织学生设计创新性实验，活跃学生的学术思想，使其对所学内容提出一些新的见解，进而 提高学生的创新能力。

5．综合素质的培养：通过对实验准备、实验过程组织以及实验报告整理书写（实验报告中含实验数据分析等内容）等项要求的不断调整，全面提高学生的综合素质，为进一步接触实践，走向社会打下坚实的基础。

六、实验项目及教学安排

1．MATLAB软件及其应用仿真

2学时； 2.典型环节及二阶系统的暂态过程分析 2学时； 3.线性系统频率特性的测试 1学时；4.PID控制器的动态特性

1学时；

七、实验教材及参考书

《自动控制实验指导书》，《MATLAB语言及其应用》

八、教学方法与手段

多媒体课件教学，将计算机辅助软件 MATLAB 应用于本课程教学，避免了繁琐的数学推导和计算，化抽象为具体，通过仿真，使学生更直观的掌握本课程的基本概念。

九、考核方式和成绩评定

考核分为二部分：一是平时作业、课堂测验和实验成绩，占总成绩的 40% ；二是该课程的期末考试，占总成绩的 60%。

期末考试试题按 6 ： 3 ： 1 的比例选取与编制，60 分基本题，以考核基本概念为主，可以填空、简答与计算题的形式出题。30 分中等难度考题，以考核重点内容为主，形式主要为分析与计算题。10 分为提高题，以考核基本内容中具有较大难度和方法较为灵活的试题为主，能综合应用所学的知识，形式为分析计算题。