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《机械控制工程基础》教学大纲
课程名称：机械控制工程基础
英文名称：Mechanical control Engineering
课程编号：0811000215
课程性质：必修
学分/学时：2.5/40。其中，讲授 34学时，实验 6学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：唐宏宾
先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学
一、课程目标
机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：
1.工程知识
1.1 掌握必要的机械控制工程理论知识。
1.2 能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题。
2.问题分析
2.1 能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题。
2.2能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题。
3.设计/开发解决方案
能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识。
4.研究
能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案。
5.使用现代工具
能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测。
二、课程内容及学时分配
如表1所示。
三、教学方法
课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线，主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识，重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。
表1 《机械控制工程基础》课程内容及学时分配
知识单元
知识点
理论学时
实验学时
教学目标
序号
描述
序号
描述
1
绪论
1
自动控制的基本概念
2
0
1
2
控制系统的工作原理和基本组成

3
控制系统的性能要求
4
控制理论的分类
2
控制系统的数学模型
1
数学模型的概念及建立控制系统微分方程的基本方法
8
2
1、2、4、5
2
拉普拉斯变换、反变换及定理
3
传递函数的概念及求取方法
4
典型环节及其传递函数
5
控制系统方块图的绘制方法及其等效变换
6
梅逊公式求取传递函数的方法
7
实验1：控制系统的数学模型
3
控制系统的时域分析
1
一阶系统时域分析
5
1
1、2、4、5
2
二阶系统时域分析
3
时域性能指标及求取
4
实验2：控制系统的时域响应分析
4
控制系统的频率特性分析
1

频率特性的概念和物理意义
7
1
1、2、4、5
2
频率特性的求取方法
3
典型环节的频率特性图
4
系统开环奈氏图的画法
5
系统开环波德图的画法
6
实验3：控制系统的频率特性分析
5
控制系统的稳定性分析
1
控制系统稳定性的概念和物理意义
7
0
1、2、4
2
控制系统稳定性的充要条件
3
劳斯稳定判据
4
奈氏稳定判据
5
波德稳定判据
6
稳定性裕量
6
控制系统的误差分析
1
控制系统稳态误差的概念
2
0
1、2、4
2
稳态误差的求取方法
3
减小系统稳态误差的方法
7
控制系统的校正设计
1
时域性能指标与频域性能指标的关系
3
2
2、3、4、5
2
校正的概念及常用校正方式的结构和特点
3
PID控制
4
校正设计的频率响应分析法
5
实验4：控制系统的校正设计
11
总计

34
6

本课程采用国家“十二五”规划教材，结合学生个性特点，因材施教。本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料，调动学习积极性，提高教学效率。
本课程课堂教学流程如图1所示。

图1 机械控制工程基础课堂教学流程
本课程安排5次课外作业：
1.控制系统的数学模型
2.控制系统的时域分析
3.控制系统的频率特性分析
4.控制系统的稳定性分析
5.控制系统的误差分析
四、考核内容及考核方式
1.考核内容
(1)机械控制工程理论基本概念的理解和掌握。如反馈、快速性、稳定性、准确性、传递函数、频率特性、校正设计等。
(2)控制系统数学模型（微分方程、传递函数、频率特性）的建立方法。
(3)求取复杂控制系统方块图传递函数的方法。
(4)控制系统的时域分析方法及时域性能指标的求取。
(5)控制系统的频域分析方法及开环奈氏图、波德图的画法。
(6)应用劳斯判据、奈氏判据、波德判据判断控制系统的稳定性。
(7)控制系统稳误差的计算。
(8)常用的校正设计方法。
2.考核方式
期末考试+平时成绩+实验成绩。
其中：期末考试占总成绩80%，采用闭卷考试；平时成绩占总成绩10%，根据出勤、作业、质疑、课堂讨论等情况评定；实验成绩占总成绩10%，根据实验态度、实验方案、实验技能、实验报告等进行评定。
五、教材与主要参考书
1.推荐教材
[1] 王显正．控制理论基础(第二版) [M]．北京：科学出版社，2008
[2] 韩柳．机械控制工程基础实验教程[M]．北京：国防工业出版社，2010
2.主要参考书
[1] 杨叔子．机械工程控制基础[M]．华中科技大学出版社，2007
[2] 王益群. 控制工程基础[M]．北京：机械工业出版社，2008
[3] 王仲民．机械工程控制基础[M]．北京：国防工业出版社，2010
六、 附《课程教学目标—毕业要求关系表》
如表2所示。
表2 《机械控制工程基础》课程教学目标—毕业要求关系表
序号
毕业要求
指标点
机械控制工程基础
1
工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题
1.1 掌握必要的数学与自然科学知识

1.2掌握必要的工程基础与专业知识
H
1.3 能够应用上述知识去解决机械工程复杂工程技术问题
M
2
问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论
2.1能够理解并恰当表述工程实际问题
H
2.2能够找到合适的解决问题的程序与方法
M
2.3在一定的限制条件下能够合理解决问题
L
3
设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素
3.1 能够运用机械制造等基本原理进行工艺规程设计并体现创新意识

3.2 能够运用机械设计等基本理论与方法进行产品设计与开发并体现创新意识

3.3 能够运用液压、自动控制等理论进行产品规划与设计并体现创新意识
H
3.4 能在设计中考虑社会、健康、安全、法律文化以及环境等因素的影响

4
研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论
4.1能够合理采用科学方法进行研究并设计实验方案
M
4.2具备采集有效数据的能力

5
使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性
5.1在工程技术问题中，能够有效地运用计算机技术、信息资源及工程工具
H
5.2在解决工程实际问题中，能够选择合适的计算机辅助设计工具

5.3能够正确运用工具与资源对机械工程复杂技术工程问题进行预测与模拟
M
6
工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任
6.1熟悉本专业相关的法律法规与安全管理技术

6.2能够对机械工程实践与复杂工程技术问题解决方案的影响进行多维评价

7
环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响
7.1熟悉本专业相关的环境保护和可持续发展的方针政策

7.2能从可持续发展的角度对机械产品进行评价

8
职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任
8.1了解人文社会科学基本知识，具备一定的工程美学素养

8.2了解职业规范，具备正确的社会责任感与工程职业伦理价值观

9
个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色
9.1 能够在团队中正确发挥个人作用

9.2能够与团队成员保持协调与合作

10
沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流
10.1具有较强的口头表达与沟通交流能力

10.2能撰写应用文和科技论文

10.3了解国外历史文化，具备一定的跨文化交流能力

11
项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用
11.1在处理工程问题中能运用正确的经济与管理思维

11.2对工程问题能够进行经济分析，并做出合理的决策

12
终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力
12.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力

12.2了解本专业发展前沿

12.3具有终身学习的意识与能力

注：表中“H（高）、M（中）、L（弱）”表示课程与各项毕业要求的关联度。
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