机械工程控制基础教案.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date机械工程控制基础教案教案规范性建设与教案管理暂行规定第 1 次课程教案授课章节第一章 绪论（1）本次课学时数2本次课教学目的与要求了解机械工程控制的基本概念，研究对象和任务，明确学习该课程的目的和意义本次课重点与难点教学重点理解“系统”、“反馈”、“反馈控制”的概念教学难点理解机械系统，能够进行分析建立数学模型，掌握控制系统的分类及要求教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）引言20研究对象系统15研究任务动力学问题10系统问题分类20实例分析25教学过程设计 以控制理论为基础，引入机械自动控制的概念，进行控制基础知识和实质内涵，以及组成结构，结合实际生活中的例子，加以分析，使学生充分理解，并且学生自己能举例说明生活中的控制问题。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结了解控制系统研究的对象与基本任务。通过实际例子了解控制系统。第 2 次课程教案授课章节第一章 绪论（2）本次课学时数2本次课教学目的与要求了解机械工程控制系统的分类，反馈控制系统组成，控制系统的要求等本次课重点与难点教学重点理解 “反馈”、“反馈控制”的概念，了解系统组成结构。教学难点掌握控制系统的组成，性能指标，能对控制系统进行分析教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）控制系统分类5开环控制特点分析及实例讲解15闭环控制特点分析及实例讲解20反馈控制系统分类10控制系统性能指标25机械制造发展及控制系统应用15教学过程设计 以机械自动控制基本概念为基础，分析其分类及组成结构，结合实际生活中的例子，加以分析，使学生充分理解，并且学生自己能举例分析生活中的控制问题。思考题或预习题或作业题1.14、1.15参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握控制系统的分类及组成，以及各种控制系统的优缺点。第 4 次课程教案授课章节2.1 系统的微分方程本次课学时数2本次课教学目的与要求了解系统数学模型的表现形式；了解微分方程的列写方法；了解微分方程的增量化表示方法；了解非线性微分方程做小偏差线性化的处理方法。本次课重点与难点教学重点系统数学模型的表现形式及微分方程的列写方法教学难点控制系统的数学模型分析及微分方程列写方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）系统的数学模型20系统的微分方程25系统模型建立及微分方程列写各种特例分析20微分方程的增量化表示15非线性微分方程的线性化处理10教学过程设计 以控制系统为基础，将对其从定性的认识上升到定量的精确认识，定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、参数与动态性能之间的关系引入数学模型的分析，微分方程的列写，阐明原理，并对典型原件组成的控制系统具体分析，最后实例分析加以强固学生的理解，使学生完全掌握数学建模及列写微分方程的能力。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握通过建立数学模型来求解传递函数的方法。第 3 次课程教案授课章节Laplace变换本次课学时数2本次课教学目的与要求为方便学生对控制系统的分析与建模，在此对学生进行Laplace变换知识的补充讲解，掌握典型函数的拉氏变换，微分性质等。本次课重点与难点教学重点典型函数的拉氏变换，拉氏变换的性质及方法教学难点拉氏变换性质在数学模型变换中的应用教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）复数、复平面、复变函数10Laplace变换及逆变换的概念10典型函数的拉氏变换25拉氏变换的性质20求解拉氏反变换的方法15拉氏变换求解线性微分方程10教学过程设计1. 复习复数、辐角、模的概念2. 用定义求拉氏变换3. 拉氏变换的公式思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结1. 要记住典型环节的拉氏变换结果2. 要掌握基础的拉氏变换的性质第 5 次课程教案授课章节2.3 系统的传递函数本次课学时数2本次课教学目的与要求牢固掌握传递函数的性质和特点，掌握典型环节及其传递函数本次课重点与难点教学重点从动力学方程到传递函数的推导教学难点区分表示系统结构的物理框图和分析系统的传递函数框图教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）传递函数15特征方程，零点，极点和放大系数25典型环节的传递函数35实例讲解15教学过程设计 以系统的动力学方程建立为基础，讲解推导其传递函数的方法和步骤，对建立的传递函数特征及性质进行分析讲解，重点讲解典型环节的传递函数建立及特点分析。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结要掌握各典型环节的传递函数的表达形式。第 6 次课程教案授课章节2.4 系统的传递函数方框图及其简化本次课学时数2本次课教学目的与要求掌握传递函数方框图建立的基本方法，传递函数方框图等效变换规则，掌握扰动输入作用下，系统传递函数的列写方法本次课重点与难点教学重点传递函数方框图等效变换规则教学难点扰动输入作用下，系统传递函数的列写方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）传递函数方框图的建立15传递函数方框图的等效变换25传递函数方框图的简化25存在干扰的反馈控制系统传递函数15传递函数相似原理10教学过程设计 以系统的动力学方程建立为基础，讲解推导其传递函数方框图的建立方法和步骤，然后对方框图特性进行分析，重点讲解其等效变换与简化方法，最后对于存在干扰的反馈系统分析其传递函数建立应注意的情况。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握方框图的等效变换方法。第 7 次课程教案授课章节3.13.3 本次课学时数2本次课教学目的与要求系统时间响应及其组成，典型输入信号模型、变换及图像；一阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析本次课重点与难点教学重点一阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析教学难点一阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）时间响应及其组成20典型输入信号30一阶系统的单位脉冲响应20一阶系统的单位阶跃响应20教学过程设计首先讲解系统的时间响应及其一般组成：自由相应+强迫相应，零输入响应+零状态相应；然后针对典型试验输入信号，讲解其模型、变换及图像以及典型输入信号的选择原则；最后分析一阶系统的单位脉冲响应特性和单位阶跃响应特性。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握时间响应的分析方法，以及拉氏反变换的方法。第 8 次课程教案授课章节3.4二阶系统本次课学时数2本次课教学目的与要求二阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析本次课重点与难点教学重点二阶系统单位脉冲响应，单位阶跃响应教学难点阻尼比取值不同时会有不同的时间响应教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）二阶系统分析30二阶系统的单位脉冲响应30二阶系统的单位阶跃响应30教学过程设计系统分类与阻尼比的关系二阶系统单位脉冲响应二阶系统单位阶跃响应及其与特征参数之间的关系思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握时间响应在阻尼比取值不同的时候有不同的情况。第 9 次课程教案授课章节二阶系统的性能指标、高阶系统本次课学时数2本次课教学目的与要求二阶系统的性能指标、高阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析本次课重点与难点教学重点二阶系统的性能指标教学难点高阶系统单位脉冲及单位阶跃响应特性分析教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）二阶系统响应的性能指标40二阶系统计算实例30高阶系统及其讨论20教学过程设计二阶系统响应的性能指标及系统参数的求解方法、高阶系统分类与阻尼比的关系高阶系统单位脉冲响应高阶系统单位阶跃响应及其与特征参数之间的关系高阶系统响应的性能指标及系统参数的求解方法思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结要重点掌握各指标的计算公式第 10 次课程教案授课章节3.6 系统误差分析与计算本次课学时数2本次课教学目的与要求系统误差与偏差的基本概念及数学表达，求解方法。本次课重点与难点教学重点系统误差与偏差的基本概念及数学表达教学难点误差与偏差的求解方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）系统的误差e(t)与偏差(t) 15误差e(t)的一般计算 20系统的稳态误差与稳态偏差15与输入有关的稳态偏差 15与干扰有关的稳态偏差 15实例分析10教学过程设计 首先对系统存在的误差以及偏差进行概念讲解，然后分别对各种状态下存在的误差及偏差计算加以分析，之后通过实例分析加深学生的理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握偏差与误差之间的关系，以及稳态误差系数的应用。第 12 次课程教案授课章节4.1频率特性概述本次课学时数2本次课教学目的与要求频率特性分析的目的和意义，频率响应和传递函数的关系，频率特性的求解方法，作用。本次课重点与难点教学重点频率特性的求法教学难点频率特性与传递函数的关系教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）频率特性引入的目的及重要性10频率响应与频率特性25频率特性与传递函数的关系25频率特性的求法15实例分析15教学过程设计首先介绍频率特性分析在控制论中的目的和意义，然后进一步讲解频率响应和频率特性，频率特性与传递函数之间的关系及其求解方法，最后通过实例分析加深学生对其理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握频率特性表达方式与求法。第 13 次课程教案授课章节4.2频率特性的图示方法Nyquist图本次课学时数2本次课教学目的与要求Nyquist图的概念，表现形式和一般绘制方法本次课重点与难点教学重点典型控制环节Nyquist图的表现形式及画法。教学难点典型控制环节Nyquist图的表现形式。教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）频率特性的极坐标图15典型环节的Nyquist图35Nyquist图的绘制20实例分析20教学过程设计从Nyquist图的概念及学习目的触出发，讲解典型环节的Nyquist图特性及绘制方法，最后通过实例分析加深学生的理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握绘制极坐标图的一般步骤、起点终点的选择。第 14 次课程教案授课章节4.2频率特性的图示方法Bode图本次课学时数2本次课教学目的与要求Bode图的概念，表现形式和一般绘制方法，频率特性的特征量，最小相位和非最小相位系统。本次课重点与难点教学重点典型环节的Bode图及绘制方法教学难点典型环节的Bode图及绘制方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）对数坐标图15典型环节的Bode图35绘制系统Bode图的步骤10绘制系统Bode图的顺序频率法15频率特性的特征量10最小相位和非最小相位系统5教学过程设计 首先介绍对数坐标图基本原理和坐标倍频规定，然后讲解典型环节Bode图的绘制方法和稳定系统相位类型的分析方法，最后通过实例分析加深学生的理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结绘制Bode图的一般步骤。第 15 次课程教案授课章节5.15.2本次课学时数2本次课教学目的与要求稳定性概念，Routh判据本次课重点与难点教学重点系统稳定的充要条件，Routh稳定判据教学难点Routh稳定判据的应用教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）系统稳定性概念20稳定性的定义和条件20关于稳定性的相关提法10Routh稳定判据25例题15教学过程设计 首先提出系统稳定性的概念，对其稳定的必要条件和充要条件进行分析讲解，然后提出Routh稳定判据，分析其方法和应用，最后通过实例分析加深学生的理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握稳定性的必要、充要条件，利用Routh盘踞判断取值范围。第 16 次课程教案授课章节Routh判据特殊情况，幅角原理本次课学时数2本次课教学目的与要求Routh判据特殊情况，辐角原理基本概念及与系统稳定性关系本次课重点与难点教学重点Routh判据的特殊情况教学难点幅角原理教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）Routh判据的特殊情况40例题讲解20幅角原理（Cauchy定理）30教学过程设计Routh判据里有Routh阵列里出现特殊情况的怎么判断稳定性，幅角原理是Nyquist判据的重要数学基础。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结在遇到Routh判据的特殊情况时怎样判断系统稳定性，幅角原理是Nyquist判据的数学基础。第 17 次课程教案授课章节5.3 Nyquist（乃奎斯特）稳定判据本次课学时数2本次课教学目的与要求Nyquist判据稳定性判断方法。本次课重点与难点教学重点Nyquist判据稳定性判断方法教学难点Nyquist判据稳定性判断方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）Nyquist 稳定判据30开环含有积分环节的Nyquist轨迹20关于Nyquist判据的几点说明20具有延时环节的系统的稳定性分析10实例分析10教学过程设计从 Nyquist判据稳定性判断的各种方法入手，分别举例分析其应用，然后总结分析其特点。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结Nyquist判据理解起来很复杂，但应用起来很方便，重点掌握怎么应用Nyquist判据判断稳定性。第 18 次课程教案授课章节Bode稳定判据、系统的相对稳定性本次课学时数2本次课教学目的与要求Bode稳定判据基本原理，Nyquist判据和Bode判据对应关系；穿越基本概念；Bode稳定性判据判断系统稳定性的基本方法。系统的相对稳定性本次课重点与难点教学重点Bode稳定判据，穿越原理、系统的相对稳定性教学难点Bode稳定判据，穿越原理教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）Bode判据原理 15穿越原理 25Bode判据 20系统的相对稳定性15实例分析15教学过程设计从 Bode判据稳定性判断的各种方法入手，分别举例分析其应用，然后总结分析其特点。系统的相对稳定性，相位裕度和幅值裕度。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握Bode判据的判断方法，以及相对稳定性。第 19 次课程教案授课章节6.1控制系统校正原理及方法本次课学时数2本次课教学目的与要求了解校正的含义；掌握控制系统时频动态特性之间的关系；了解校正的分类及其校正原理。本次课重点与难点教学重点控制系统时频动态特性之间的关系，校正原理教学难点校正原理教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）控制系统设计原理15系统的性能指标25校正的分类及方法20校正系统设计方法15实例分析15教学过程设计 首先从控制系统设计的原理出发，分析系统的性能指标，针对各个指标，研究其校正的方法，最后整体分析校正系统的设计方法，最后通过实例分析，讲解其原理的应用，加深学生的理解。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结掌握校正提出的原因、分类和概念第 20 次课程教案授课章节串联校正本次课学时数2本次课教学目的与要求相位超前校正，相位滞后校正、相位滞后-超前校正本次课重点与难点教学重点相位超前校正，相位滞后校正、相位滞后-超前校正的计算公式，推导过程教学难点超前以及滞后校正的选择方法，适用范围教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）相位超前校正30相位滞后校正30相位滞后-超前校正30教学过程设计 根据串联校正的三种不同情况推导各情况的不同公式，并了解超前和滞后校正适用的范围。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握串联超前校正的计算方法。第 21 次课程教案授课章节PID校正本次课学时数2本次课教学目的与要求PID校正控制规律，PID校正环节，PID调节器设计本次课重点与难点教学重点PID校正环节的组成及传递函数教学难点PID调节器的设计方法教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）PID校正控制规律30PID校正环节30PID调节器设计30教学过程设计由比例，积分，微分环节进行控制的PID调节器是应用最广泛的一种调节器，根据控制规律和校正环节，学习怎么设计PID调节器。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握PID的控制规律。第 22 次课程教案授课章节反馈校正，顺馈校正本次课学时数2本次课教学目的与要求了解反馈校正和顺馈校正的原理本次课重点与难点教学重点反馈校正和顺馈校正的原理教学难点反馈校正和顺馈校正的作用教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）反馈校正45顺馈校正45教学过程设计 根据反馈校正和顺馈校正的原理，推导出校正环节。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结重点掌握反馈校正和顺馈校正的原理。第 23 次课程教案授课章节复习本次课学时数2本次课教学目的与要求全书复习，习题课本次课重点与难点教学重点全书重点知识点教学难点各章节习题讲解教学方法与手段PPT，板书教学内容时间分配教学内容课时分配（分钟）第一章5第二章20第三章20第四章20第五章20第六章5教学过程设计根据各章节的重点内容和习题对全书内容进行复习。思考题或预习题或作业题参考资料1.胡寿松等编自动控制原理，国防工业出版社2.李友善主编自动控制原理，国防工业出版社3.阳含和编著机械控制工程，机械工业出版社课后小结对重点内容要重点掌握。-