《机械工程控制理论》教学大纲
已浏览:次 作者: 来源: 发布时间:2009年09月03日 10:18:18

课程编号:S031029

课程名称:机械工程控制基础(Mechanical Engineering Control Foundation)

课程学时60学时, 上机实验学时:8(课内)+8(课外)       

课程学分:3

适用专业:机械电子工程,机械设计及理论 

课程性质:学位课

先修课程:矩阵理论

一、课程目的与要求

本课程主要讲授。要求掌握的主要内容有:自动控制系统的构成,控制系统的数学描述,微分方程、传递函数,状态空间描述,运动分析及动态性能指标,稳定性分析及稳态误差,频率响应法,根轨迹法,系统的校正与综合。线性系统的结构分析,规范型,传递函数的最小实现,可控性、可观测性,对偶原理,状态反馈,状态观测器。采样控制系统,Z变换,脉冲传递函数,采样系统稳定性分析,状态空间描述、可控性及可观测性。李亚普诺夫方法分析控制系统的稳定性等。

二、教学内容及学时安排

第一章  绪论

    引言;反馈控制的原理;反馈控制系统的构成;控制系统的分类

第二章  控制系统的数学模型

    列写运动方程;状态空间与状态方程;线性方程及状态方程的解;传递函数与传递函数矩阵;基本单元;脉冲响应与阶跃响应

第三章  线性控制系统的运动

    稳定性及稳定性判据;参数对稳定性的影响;静态误差;动态性能指标;二阶单输出系统的运动;高阶系统的运动;交连;控制系统的校正

第四章  频域响应法

Fourier(傅立叶)变换与非周期函数的频谱;频率特性函数;频率特性函数的图象;

基本单元的频率特性函数;复杂频率特性图的绘制;环频率特性;Nyquist稳定判据;控制系统的稳定裕量;频率特性函数的几个重要特性;从开环频率特性研究闭环系统的动态性能

第五章  根轨迹法

根轨迹法的基本概念;根轨迹的基本特性几绘制规则;根轨迹绘制举例;闭环零点;的分布与系统性能指标的关系;根轨迹在系统校正中的应用

第六章  单变量系统的校正与综合

预期开环频率特性的设计;串联校正的综合;局部反馈校正;恒值调节系统的综合

第七章  线性系统的结构分析

特征值规范型;状态可控性;状态可观测性与对偶原理;系统的结构分析;状态可控性可观性与传递函数矩阵;可控规范型和可观规范型;反馈控制对可控性和可观性的影响;传递函数矩阵的实现

第八章  线性定常系统的综合

闭环系统的极点配置;解耦问题;状态重构问题;带有观测器的反馈控制系统;

有外扰时控制系统的综合;鲁棒调节器

第九章  采样控制系统

采样过程与采样定理;保持器;Z变换;脉冲传递函数;采样系统的稳定性;采样系统的动态性能分析;采样系统的数字校正;离散系统的状态空间描述;离散系统的可控性和可观测性问题

第十章  李亚普诺夫方法分析控制系统稳定性

李亚普诺夫稳定性;李亚普诺夫稳定性基本定理;李亚普诺夫方法在线性定常系统中的应用;构造李亚普诺夫函数的一些方法

学时分配建议:

第一章  绪论                                                                    2

第二章  控制系统的数学模型                                      6

第三章  线性控制系统的运动                                          8

第四章  频域响应法                                              6

第五章  根轨迹法                                                   4

第六章  单变量系统的校正与综合                                  6

第七章  线性系统的结构分析                                                                   6

第八章  线性定常系统的综合                                                                   6

第九章  采样控制系统                                                                             4

第十章  李亚普诺夫方法分析控制系统稳定性                                          4

上机实验学时                                                    8

 

合计                                                            60

、教材及主要参考书

1.         《自动控制原理》  吴麒 主编  清华大学出版社

2.         《自动控制理论基础》  戴忠达等  清华大学出版社

3.         《机械工程控制基础》 陈康宁  主编  西安交通大学出版社

4.         Modern control systems Richard C. Dorf and Robert H. Bishop  Prentice Hall