自動控制原理工程認證版機制 課程教學(xué)大綱

教學(xué)大綱【自動控制原理】【AutomaticControlPrinciple】一、基本信息課程代碼：【2080264】課程學(xué)分：【2】面向?qū)I(yè)：【機械設(shè)計制造及其自動化】、【智能制造工程】課程性質(zhì)：【專業(yè)必修課】開課院系：機電學(xué)院機械系使用教材：主教材：【自動控制原理王雪松等編著機械工業(yè)出版社2021年8月第1版】參考書目：【自動控制原理鄒見效機械工業(yè)出版社2020年1月第1版】、【自動控制原理胡壽松科學(xué)出版社2019年2月第7版】、【自動控制原理盧京潮等主編清華大學(xué)出版社2013年3月第1版】、【自動控制原理習(xí)題集盧京潮等主編清華大學(xué)出版社2013年3月第1版】課程網(wǎng)站網(wǎng)址：/mooc2-ans/mycourse/tch?courseid=202755401&clazzid=62838852&cpi=51359909&enc=ab8f833d385ce51ea52f33be03991715&t=1663521242199先修課程：【高等數(shù)學(xué)】、【大學(xué)物理】二、課程簡介本課程是機械系的一門專業(yè)必修課，也是該專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門研究有關(guān)自動控制系統(tǒng)中基本概念、基本原理和基本方法的理論課程。鑒于授課對象屬于非自動化類專業(yè)，故本門課程只講授線性定常系統(tǒng)相關(guān)知識，課程共2個學(xué)分，32學(xué)時。課程主要內(nèi)容分為4大部分：第一部分介紹了有關(guān)自動控制系統(tǒng)的一般概念和控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；第二部分闡述了線性系統(tǒng)的時域分析與校正；第三部分介紹根軌跡法；第四部分介紹線性系統(tǒng)的頻域分析與校正。課程注重體系的基本結(jié)構(gòu)：從自動控制的一般概念到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立再到認識系統(tǒng)改造系統(tǒng)，體系完整，層次分明。本課程在講解理論基礎(chǔ)的同時引入了很多應(yīng)用實例，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的基礎(chǔ)之上學(xué)會舉一反三、融會貫通，能夠建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并對模型進行分析。課程主要采用講練結(jié)合的方式，學(xué)生通過一些控制系統(tǒng)示例進行數(shù)學(xué)模型建立、分析其性能指標，掌握該門課程。整個課程注重理論的完整性與工程實用性相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和分析問題解決問題的能力。同時在教學(xué)過程中融入課程思政元素，通過對學(xué)生的價值引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)報國的愛國情懷，樹立社會主義核心價值觀以及顧大局識大體意識，能用哲學(xué)的觀點分析問題，合理規(guī)劃自己的人生目標。本門課程目標：課程目標1：理解自動控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)概念。課程目標2：能夠應(yīng)用本專業(yè)知識建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。課程目標3：能過通過時域法、復(fù)域法和頻域法三大方法對線性定常系統(tǒng)進行分析。課程目標4：能夠通過常用的校正方法對自動控制系統(tǒng)進行校正，改善系統(tǒng)的性能。三、選課建議本課程適合機械設(shè)計制造及其自動化、智能制造等非自動化專業(yè)三年級學(xué)生學(xué)習(xí)，先修課程為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理。四、課程目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求 指標點課程目標1工程知識：掌握解決復(fù)雜機械工程問題所必需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、機械工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于解決復(fù)雜機械工程問題。1-1掌握數(shù)學(xué)與化學(xué)、物理等自然科學(xué)知識，能用于復(fù)雜機械工程問題的計算、求解和建立抽象模型；課程目標21-2掌握理論力學(xué)、材料力學(xué)、熱流體、電工電子學(xué)、材料科學(xué)等工程基礎(chǔ)知識，能用于復(fù)雜機械工程問題的分析、設(shè)計和評價；1-3掌握機械設(shè)計原理與方法、機械制造工程原理與技術(shù)、機械系統(tǒng)中的傳動與控制等專業(yè)知識，能用于機械系統(tǒng)設(shè)計和工藝流程設(shè)計、智能制造等復(fù)雜機械工程問題。2問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過查閱文獻對復(fù)雜機械工程問題進行分析、表達和研究，以獲得有效結(jié)論。2-1能識別和判斷復(fù)雜機械工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；2-2能運用工程科學(xué)和專業(yè)知識對機械工程問題進行原理分析和表達；課程目標12-3能認識到解決復(fù)雜機械工程問題有多種方案，并能通過查閱手冊、文獻、行業(yè)規(guī)范和國家標準等技術(shù)資料分析尋求機械工程問題的有效解決方案；2-4能基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程原理，比較分析所涉及實際問題的多種解決途徑，證實解決方案的合理性。3設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠針對機械產(chǎn)品設(shè)計制造、設(shè)備控制、產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用過程中的復(fù)雜工程問題設(shè)計解決方案；能夠設(shè)計滿足特定需求的機械產(chǎn)品、機械系統(tǒng)、零部件或制造工藝，并能夠在相應(yīng)的設(shè)計和制造環(huán)節(jié)中鼓勵創(chuàng)新意識，并綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3-1能針對特定需求合理地確定復(fù)雜機械工程問題的設(shè)計目標；3-2能夠運用工程知識，通過類比、改進或創(chuàng)新等方式，提出滿足特定需求的機械產(chǎn)品、制造工藝和控制系統(tǒng)的合理解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；課程目標33-3能在設(shè)計復(fù)雜機械工程問題解決方案過程中綜合考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律和文化等制約因素；3-4能基于特定條件和解決方案進行設(shè)計計算，完成總體機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、零部件及制造工藝設(shè)計；課程目標43-5能用圖紙、程序、設(shè)計報告等方式正確表達解決方案。4研究：能夠基于科學(xué)原理并采用相應(yīng)的科學(xué)方法對機械產(chǎn)品設(shè)計制造、設(shè)備控制、產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用過程中的相應(yīng)的復(fù)雜機械工程問題開展研究，包括設(shè)計實驗方案、進行實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過綜合理論分析、實驗數(shù)據(jù)和文獻研究得出合理有效結(jié)論。4-1能夠?qū)C械相關(guān)的光、聲、電、熱等物理現(xiàn)象和材料特性進行研究和實驗驗證；4-2能夠?qū)C械原理、零件和裝置性能、控制系統(tǒng)制定實驗方案，能正確操作實驗裝置；4-3具有一定的分析、綜合能力，能夠根據(jù)科學(xué)實驗結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)進行綜合分析，并得到合理、有效的結(jié)論。5使用現(xiàn)代工具：能針對復(fù)雜機械工程問題選擇與使用計算機仿真、設(shè)計開發(fā)軟件和實驗設(shè)備等恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具，進行建模仿真、實現(xiàn)與測試，并能夠理解計算機仿真、實驗與工程實現(xiàn)之間的差別。5-1能夠了解和初步掌握現(xiàn)代機械設(shè)計、制造和自動控制的工程技術(shù)、資源和工具；5-2能夠?qū)?fù)雜機械工程問題進行建模仿真、實現(xiàn)與實驗，并能理解計算機仿真、實驗與工程實現(xiàn)之間的差別。6工程與社會：能基于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)領(lǐng)域和相關(guān)行業(yè)工程背景進行合理分析、評價本專業(yè)的工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6-2了解機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)領(lǐng)域和相關(guān)行業(yè)工程背景，以及與機械工程相關(guān)的技術(shù)標準、知識產(chǎn)權(quán)、法律法規(guī)和行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策；6-2能基于機械工程知識，合理認識和評價機械產(chǎn)品設(shè)計制造技術(shù)、工程實踐等對社會、健康、安全、法律和文化的影響，理解應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任。7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：能夠理解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計制造、研究與開發(fā)在環(huán)境保護和社會可持續(xù)性發(fā)展等方面的方針、政策，并能評價針對機械工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7-1能夠理解與本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計制造、研究與開發(fā)在環(huán)境保護和社會可持續(xù)性發(fā)展等方面的方針、政策和法律法規(guī)；7-2能正確認識和理解針對機械工程問題的工程實踐對環(huán)境與社會可持續(xù)發(fā)展的影響。8職業(yè)規(guī)范：具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行相應(yīng)的責(zé)任。8-1能正確認識機械工程師的職業(yè)性質(zhì)與社會責(zé)任、職業(yè)規(guī)范與道德的內(nèi)涵，熱愛祖國，具有較高的人文社會科學(xué)素養(yǎng)和社會責(zé)任感；8-2具有健康的體魄和良好的心理素質(zhì)，承擔(dān)建設(shè)祖國與保衛(wèi)祖國的光榮任務(wù)，理解個人對于社會的責(zé)任；（3）能在工程實踐中遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。9個人和團隊：能在多學(xué)科背景下的團隊中承擔(dān)個體、團隊成員以及負責(zé)人的角色。9-1具備基本的人際交往與溝通能力和團隊意識，能夠理解團隊不同角色的責(zé)任和作用，并能處理好個人、團隊和其他成員的關(guān)系；9-2能在多學(xué)科背景下的團隊中擔(dān)當團隊成員或負責(zé)人的角色。10溝通：能夠至少掌握一門外語，能順利閱讀本專業(yè)的外文資料，能就復(fù)雜機械工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，能夠根據(jù)需要撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達技術(shù)思想。并具備一定的國際視野，能在跨文化背景下進行溝通和交流。10-1至少掌握一門外語，具有基本的外語聽說讀寫能力和較強的應(yīng)用能力；10-2具有書面總結(jié)、歸納、整理并闡述調(diào)研報告、實驗報告、實習(xí)報告、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等機械工程技術(shù)文件的能力；10-3能通過口頭及書面方式就復(fù)雜實際機械工程問題與同行進行有效溝通和交流，陳述自己的想法，并具有一定國際視野，能在跨文化背景下進行溝通。11項目管理：理解并掌握機械產(chǎn)品開發(fā)制造、安裝等從事本專業(yè)工作所需的工程管理與企業(yè)管理基本原理和經(jīng)濟決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境的項目管理中應(yīng)用。11-1理解并能掌握從事本專業(yè)工作所需的工程管理與企業(yè)管理基本原理和方法；11-2能將工程管理原理與經(jīng)濟決策方法在多學(xué)科環(huán)境下的項目管理中應(yīng)用。12終身學(xué)習(xí)：具有較強的終身學(xué)習(xí)意識和不斷學(xué)習(xí)、適應(yīng)社會經(jīng)濟和工程技術(shù)發(fā)展的能力。12-1能正確認識終身學(xué)習(xí)的重要性，具有終身學(xué)習(xí)意識；12-2能不斷學(xué)習(xí)，并具有適應(yīng)社會和機械工程技術(shù)發(fā)展的能力。五、課程目標/課程預(yù)期學(xué)習(xí)成果（必填項）序號畢業(yè)要求指標點課程目標教與學(xué)方式評價方式1指標點2-2能運用工程科學(xué)和專業(yè)知識對機械工程問題進行原理分析和表達；課程目標1：理解自動控制系統(tǒng)的組成及相關(guān)概念。1.理論教學(xué)2.邊講邊練3.翻轉(zhuǎn)課堂1.期末考試2.作業(yè)3.章節(jié)測驗4.主題討論2指標點1-1掌握數(shù)學(xué)與化學(xué)、物理等自然科學(xué)知識，能用于復(fù)雜機械工程問題的計算、求解和建立抽象模型；課程目標2：能夠應(yīng)用本專業(yè)知識建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。1.理論教學(xué)2.邊講邊練3.翻轉(zhuǎn)課堂1.期末考試2.作業(yè)3.章節(jié)測驗4.主題討論3指標點3-2：能夠運用工程知識，通過類比、改進或創(chuàng)新等方式，提出滿足特定需求的機械產(chǎn)品、制造工藝和控制系統(tǒng)的合理解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識。課程目標3：能過通過時域法、復(fù)域法和頻域法三大方法對線性定常系統(tǒng)進行分析。1.理論教學(xué)2.邊講邊練3.翻轉(zhuǎn)課堂1.期末考試2.作業(yè)3.章節(jié)測驗4.主題討論4指標點3-4能基于特定條件和解決方案進行設(shè)計計算，完成總體機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、零部件及制造工藝設(shè)計；課程目標4：能夠通過常用的校正方法對自動控制系統(tǒng)進行校正，改善系統(tǒng)的性能。1.理論教學(xué)2.邊講邊練3.翻轉(zhuǎn)課堂1.期末考試2.作業(yè)3.章節(jié)測驗4.主題討論六、課程內(nèi)容單元知識點能力要求教學(xué)難點1.自動控制的一般概念（2課時理論）1.知道自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念。2.理解自動控制系統(tǒng)的基本組成。3.運用控制理論的基本原理繪制方框圖。4.分析自動控制系統(tǒng)的類型。5.知道控制系統(tǒng)性能的基本要求。1.能夠運用自動控制理論的基本組成和原理，由系統(tǒng)工作原理圖繪制方框圖。2.能夠掌握負反饋控制系統(tǒng)的特點及原理。1.由實際的自動控制系統(tǒng)工作原理圖繪制方框圖。2.授課技巧的掌握，該課程理論性較強，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2.控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（8課時理論）1.理解控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型。2.知道拉氏變換及其時域微分性質(zhì)，運用拉氏變換解微分方程。3.理解控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型，并理解典型環(huán)節(jié)。4.理解控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，并對結(jié)構(gòu)圖進行等效變換。5.運用系統(tǒng)的信號流圖和梅遜公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。6.理解閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和誤差傳遞函數(shù)。1.能夠應(yīng)用控制理論建立控制系統(tǒng)的時域微分方程。2.能夠運用拉氏變換求解微分方程并求控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3.能夠運用控制元件的物理關(guān)系或系統(tǒng)的方框圖建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并對結(jié)構(gòu)圖進行等效變換。4.能夠用控制系統(tǒng)的信號流圖和梅遜公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。1.建立并求解系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型。2.求解系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型。3.系統(tǒng)方框圖的等效變換。4.用信號流圖和梅遜公式求傳遞函數(shù)。3.線性系統(tǒng)的時域分析與校正（8課時理論）1.知道時域法的作用特點及系統(tǒng)的時域性能指標。2.理解一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及動態(tài)性能指標。3.理解二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及動態(tài)性能指標。4.分析線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5.分析線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。1.能夠求解典型輸入信號下一階系統(tǒng)的響應(yīng)。2.能夠?qū)⒍A傳遞函數(shù)化標準形式并對二階系統(tǒng)進行分類。3.能夠利用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.能夠用終值定理求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。1.求解典型輸入下一階系統(tǒng)的響應(yīng)。2.系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷。3.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差求解。4.利用反饋校正改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。4.根軌跡法（3課時理論）1.知道根軌跡法的基本概念。2.理解繪制根軌跡的基本法則。3.運用根軌跡的基本法則繪制系統(tǒng)的根軌跡。4.知道廣義根軌跡的相關(guān)概念并沒能夠繪制系統(tǒng)的廣義根軌跡。5.運用根軌跡分析系統(tǒng)性能。1.能夠理解根軌跡法的基本概念和繪制根軌跡的基本法則。2.能夠運用根軌跡的基本法則繪制系統(tǒng)的根軌跡。3.能夠理解參數(shù)根軌跡和零度根軌跡。4.能夠運用根軌跡分析系統(tǒng)性能指標。1.運用根軌跡的基本法則繪制系統(tǒng)的根軌跡。2.運用根軌跡分析系統(tǒng)性能指標。5.線性系統(tǒng)的頻域分析與校正（9課時理論）1.理解頻率特性的基本概念。2.理解系統(tǒng)的幅相頻率特性。3.運用典型環(huán)節(jié)的波特圖繪制開環(huán)系統(tǒng)的波特圖。4.理解奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。5.理解穩(wěn)定裕度的定義。6.運用開環(huán)對數(shù)幅頻特性分析系統(tǒng)的性能。7.理解反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率曲線。8.運用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能。1.能夠理解頻率特性的基本概念。2.能夠運用典型環(huán)節(jié)的頻率特性繪制開環(huán)系統(tǒng)的幅相特性曲線。3.能夠繪制開環(huán)系統(tǒng)的波特圖。4,。能夠分析系統(tǒng)的性