《机械控制工程基础
课程代码：B2054010
课程名称：机械控制工程基础FundamentalsofMachineEngineeringControl
学时/学分：38/2课程性质：学科基础课
适用专业：机械设计制造及其自动化先修课程：高等数学、理论力学、电工电子技术、大学计算机基础
一、课程性质
《机械控制工程基础》是机械类专业的一门专业基础课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。
二、课程教学目标
本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制学会典型机电系统建模、性能分析和系统、校正补偿基本控制系统设计能力的
课程目标1.掌握机械控制系统的基本概念和组成典型机电单元的数学建模方法
课程目标2.培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行表达、建模和分析、设计，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。
课程目标3.初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究并对实验结果进行分析和解释，通过信息综合得到合理有效的结论的能力。
课程目标与毕业要求指标点的对应关系表
序号 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 1 毕业要求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毕业工程领域所涉及的设计、制造、控制等复杂问题。 1.3 课程目标1 2 毕业要求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，对复杂工程问题进行识别、表达、建模和分析求解，并获得有效结论。 2.2能力 课程目标2 3 毕业要求4： 4.4能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论
课程目标3
三、教学内容与基本要求
教学内容与进度安排表
序号 教学内容（知识点） 教学要求 学时 教学方式 课程
目标 1 绪论 (1)了解机械工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；
(2)了解系统和广义系统的概念；
(3)掌握控制系统的工作原理，掌握偏差、反馈的概念。
(4)了解控制系统的分类方法；掌握闭环控制系统的组成和系统方框图的绘制；
(5)了解对控制系统的基本要求。 讲授 1 2 物理系统的数学模型和传递函数 (1)了解系统模型的基本概念并能够运用动力学、电学及相关专业知识建立物理系统数学模型；
(2)要会运用拉普拉斯变换求解微分方程；
(3)掌握传递函数的概念、性质并会求系统传递函数；
(4)掌握各个典型环节的特点，传递函数的基本形式及参数的物理意义；
(5)了解方框图的构成并掌握方框图的变换与简化；
(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。 讲授 2 3 实验一:控制系统典型环节的模拟 （1）通过的典型环节阶跃响应曲线的观测，加深对典型环节的理解，掌握基本知识。
（2）熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
（3）了解各种参数变化对典型环节动态特性的影响。 2 实验 2 4 瞬态响应及误差分析 (1)了解时间响应的概念及组成。
(2)了解常用典型输入信号及其特点。
(3)掌握一阶系统的定义及参数，能够求解一阶系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应，了解系统响应之间的关系。
(4)掌握二阶系统的定义及参数，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。 讲授 1、4 5 实验二:二阶系统的瞬态响应分析 （1）了解二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率对系统动态性能的影响；
（2）掌握根据二阶系统阶跃响应曲线确定传递函数。
2 实验 1 6 频率特性分析 (1)掌握频率响应、频率特性的定义、表示法以及频率特性的求法；了解频率特性的物理意义及数学本质。
(2)掌握频率特性的Nyquist和Bode图的图示原理及其物理意义；熟悉典型环节的Nyquist图和Bode图的特点及其绘制，掌握系统的Bode图的特点和绘制。
(3)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。
(4)了解最小相位系统和非最小相位系统的概念。
(5)掌握系统辨识的频率特性法；熟练掌握其中的根据系统Bode图辨识系统模型参数的原理、步骤和方法。 8 1、4 7 实验三:典型环节频率特性的测试 （1）掌握频率特性的测试原理及方法
（2）根据开环系统的对数频率特性，确定系统的数学模型 2 实验 1 8 控制系统的稳定性(1)掌握系统稳定性的概念。
(2)掌握Routh判据的必要条件和充要条件，学会应用Routh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判据。
(4)理解Nyquist图和Bode图之间的关系。
(5)掌握Bode判据。
(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。 讲授 4
备注：①教学内容为对应支撑课程教学目标指标点的教学内容（知识点）；
②教学要求为针对课程教学目标提出的具体要求；
③教学方式包括面授和线上，其中面授包括：讲授、实验、讨论。
四、课程考核方法
考核与评价方式及标准
1、考核与评价方式及成绩评定
平时成绩包括：平时表现（包括：考勤、作业）、实验占30%；
结课考试占70%。
各考核环节所占分值比例可根据具体情况进行调整，建议值及考核细则如下。
课程目标达成考核与评价方式及成绩评定：
课程目标 毕业要求指标点 考核与评价方式及成绩比例（%） 成绩比例（%） 平时表现 课程实验 课程考试 课程目标1 支撑毕业要求1.3 3 8 15 19 课程目标2 支撑毕业要求2.2 2 4 25 38 课程目标3 支撑毕业要求4.4 5 8 30 43 合计 10 20 70 100 注：该表格中比例为课程整体成绩比例。
2、考核与评价标准
基本要求 评价标准 成绩比例（%） 优秀 良好 合格 不合格 平时表现 掌握机电自动控制系统的分析方法分析法和频域分析法经典控制论的基本、基本概念。1.3） 按时上课，无缺课、迟到早退现象；作业正确率%以上经典控制论的基本原理和概念，系统的分析方法分析推导思路严谨 按时上课，无缺课迟到早退现象；作业正确率%以上经典控制论的基本原理和概念系统的分析方法正确 按时上课，旷课迟到早退现象；作业正确率%以上经典控制论的基本原理和概念系统的分析方法推导 有旷课迟到早退现象 40 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立 按时上课，无缺课、迟到早退现象；作业正确率%以上合理的数学模型正确 按时上课，无缺课迟到早退现象；作业正确%以上合理的数学模型推导 按时上课，旷课迟到早退现象；作业正确率%以上合理的数学模型推导基本正确 不能按时交作业；有抄袭现象；或者内容推导、 20 掌握自动控制系统基本性能的指标，自动控制系统的稳定性及判断分析方法。上课，无缺课、迟到早退现象；作业正确率%以上的掌握判别系统性能的指标包括时域指标和频域额指标；能够的自动控制稳定性的判别方法；严谨，结论正确；上课，无缺课迟到早退现象；作业正确率%以上掌握判别系统性能的指标包括时域指标和频域额指标；能够自动控制稳定性的判别方法；，结论正确；上课，旷课迟到早退现象；作业正确率%以上掌握判别系统性能的指标包括时域指标和频域额指标；能够自动控制稳定性的判别方法；，结论正确；、 40 注：该表格中比例为平时成绩比例。
课程考试考核与评价标准：
课程目标 基本要求 评价标准 比例 优秀
（0.9-1） 良好
（0.7-0.89） 合格（0.6-0.69） 不合格（0-0.59） 掌握机电自动控制系统的分析方法分析法和频域分析法经典控制论的基本、基本概念。 熟悉经典控制论的基本基本概念。系统的分析方法分析法和频域分析法经典控制论的基本概念，并系统性能平稳性准确性和快速性的1.3） 熟悉经典控制论的基本基本概念。很好的系统的分析方法分析法和频域分析法自动控制系统基本性能-稳性、准确性和快速性的能力。经典控制论的基本基本概念。系统的分析方法的分析法和频域分析法自动控制系统基本性能-稳性、准确性和快速性的能力。 经典控制论的基本基本概念。系统的分析方法分析法和频域分析法自动控制系统基本性能-稳性、准确性和快速性的能力。 控制论的基本原理和概念问题 40 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立学生能够合理的数学模型能力 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立合理的数学模型能力 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立合理的数学模型能力 熟悉机电自动控制系统的建模方法模型的建立合理的数学模型能力 在运用相关知识建模时出现较多错误，不能够正确分析的因素得到 20
掌握自动控制系统基本性能的指标，自动控制系统的稳定性及判断分析方法。掌握自动控制系统基本性能的指标，自动控制系统的稳定性及判断分析方法。学生系统性能时域指标和频域额指标；能够稳定性判据几何稳定性判据控制系统的稳定性判断的能力自动控制系统基本性能的指标，很好的自动控制系统的稳定性及判断分析方法。能够稳定性判据几何稳定性判据控制系统的稳定性判断的能力自动控制系统基本性能的指标，好的自动控制系统的稳定性及判断分析方法。能够稳定性判据几何稳定性判据控制系统的稳定性判断的能力自动控制系统基本性能的指标，很好的自动控制系统的稳定性及判断分析方法。能够稳定性判据几何稳定性判据控制系统的稳定性判断的能力自动控制系统基本性能的指标，运用稳定性自动控制系统的稳定性。40 注：该表格中比例为期末考试试卷成绩比例。
实验评价标准：
基本要求 评价标准 成绩比例（%） 优秀 良好 合格 不合格 实验 能够根据实验指导书规定的的实验目的与要求，开展实验，能够准确进行数据分析和解释，并将试验结果综合得出有效结论。
（支撑毕业要求1-3、2-2、4-4） 按时交实验报告，实验数据与分析详实、正确；图表清晰，语言规范，符合实验报告要求。 按时交实验报告，实验数据与分析正确；图表清楚，语言规范，符合实验报告要求。 按时交实验报告，实验数据与分析基本正确；图表较清楚，语言较规范，基本符合实验报告要求。 没有按时交实验报告；或者实验数据与分析不正确；或者实验报告不符合要求。 100 注：该表格中比例为实验考核成绩比例。
五、教材及参考书目
教材：朱骥北主编，《机械工程控制基础》（第二版），机械工业出版社，2013
参考书目：
1．杨叔子主编，《机械工程控制基础》（第六版），华中科技大学出版社，2011
2．钱学森，宋健，《工程控制论》（上册），科学出版社，1980
3．王仲民，《机械工程控制基础》（第二版），国防工业出版社，2014
4．韩致信，《机械工程控制基础》，北京大学出版社，2008
六、课程达成评价
课程期末考试结束后，任课教师依据《西安科技大学本科课程质量评价办法（试行）》，对本课程进行教学质量评价，评价课程目标的达成情况和对毕业要求的支撑情况，分析原因，并提出改进意见。
七、说明
本大纲在执行过程中可根据具体情况，对教学内容及顺序安排进行调整。
（课程负责人：专业负责人：审核人：）
22年5月30日
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