《机械电子控制工程》、《机械电子控制工程实验》课程教学大纲英文.doc

《机械电子控制工程》、 《机械电子控制工程实验》课程教学大纲 英文名称：Mechanical electronic control engineering 课程编码： 学 时：96+48 学 分：6+1.5 课程性质：专业方向限选课 课程类别：理论+实验 先修课程：复变函数；自动控制原理；传感检测技术 开课学期：大三秋冬春夏学期 适用专业：机械电子控制学科机电模块 一、课程的性质与任务 机械电子控制工程是一门在传统的机械学科基础上发展起来的融合了机械技术、电子技术、控制理论的交叉学科，在国民经济各领域中具有广泛的应用需求，如发展高精、高效的现代化装备机械等，是机电一体化人才所需的有关机电系统设计与控制的理论与应用综合知识结构的重要组成部分。 本课程是机械电子控制工程专业的必修模块课，课程特点是：理论与实验并重、控制方法侧重理论的可行实施和机电液一体化系统分析与控制的综合。 通过课程教学，启发学生对多输入、多输出、时变的、非线性机电系统分析和控制的兴趣，使学生能够针对实际机电系统的性能需求和约束条件等给定的问题，设计合适的高精度、高效率的机电控制系统；通过课程讨论，使学生真正搞懂机电系统及其控制系统的基本概念、基本理论和设计方法；通过课程实验，培养学生初步的机电系统设计、分析和控制的实验技能以增强动手实际操作能力；通过全课程学习，培养学生将系统建模和控制理论基础知识综合运用到机电系统的设计和实施中去，获得知识创新和技术创新能力，使其成为具有创新意识的复合型人才。 二、教学目标与要求 通过本课程的学习使学生掌握对各类典型机电系统（如机电系统、流体系统、电路系统等）进行集中参数系统动力学分析、建模和控制的基本能力。掌握有关机械系统动力学分析的基本概念、基本理论与方法，培养针对工程实际问题进行分析的初步能力。使学生掌握从经典到现代反馈控制系统的基础理论和实用的设计方法。能利用状态空间表达法表达系统的结构，求解系统的时域和频域响应过程，判别连续系统的能控性与能观性，以及判别复杂系统的稳定性；掌握系统辨识和信号处理的基本理论和方法；能独立进行反馈控制系统的设计，包括解决系统全状态反馈的极点配置问题、系统状态观测器设计等。掌握计算机数字控制系统相关的基础理论，如计算机控制实施的硬件接口技术，采样理论，Z变换，数字系统的状态空间表达及稳定性、能控性和能观性的分析以及线性二次最优控制设计等方法。最终，培养学生能够基于实际机电系统的性能需求，结合系统典型的实际约束条件，设计出可行的反馈控制器，并实施于实验系统，从而获得预期的性能要求。通过实验加深对基本理论的理解和加强动手能力，掌握机电系统及其控制系统维护维修和正确使用等一般技能，为日后的科研或技术开发工作打下基础。 三、课程的基本内容与教学要求 第一章 机电系统反馈控制概述 [主要内容] 1.1简单反馈控制实例 1.2反馈控制系统各组成部分简述及分析 1.3反馈控制历史 [本章重点] 1.反馈控制系统的发展历史及其适用范围 2.反馈控制各组成部分(执行部分、传感部分、控制部分)特点 3.反馈控制系统优缺点及选用原则 [本章难点] 掌握反馈控制系统的组成部分，了解反馈控制的优缺点，并能合理选用。 [教学目的与要求] 通过介绍反馈控制系统的产生和发展的历史原由，使学生了解反馈控制系统与传统的直接控制系统相比具有哪些优缺点，针对特性的问题能够选择合适的解决方案。 第二章 机电系统的动态建模 [主要内容] 2.1机械系统的数学模型概念与动力学方程 2.2典型机电系统模型单元和动力学分析 2.2.1 直线和旋转运动机械系统的动力学分析 2.2.2电路系统的模型单元与动力学 2.2.3热传动系统的模型单元与动力学 2.2.4流体系统的模型单元与动力学 2.3系统模型的非线性特点和线性化技术 2.4系统模型的表示方法 2.4.1拉式变换与传递函数 2.4.2状态变量与状态空间方程 [本章重点] 1.机电系统模型的概念和动力学方程的特点 2.典型机电系统单元（流体、电路、热传动等）[教学目的与要求] 通过本章教学，使学生掌握机电系统动力学分析过程所涉及的基本概念和基础理论，并能结合后续的章节加深理解。 第三章 动态系统的特性分析 [主要内容] 3.1动态系统的时域响应（线性定常齐次/非齐次状态方程的解） 3.2动态系统的频域响应和灵敏度函数 3.3状态空间表达式与传递函数的转换 3.4线性系统的结构分解、特征值与特征向量 3.5传递函数阵的实现问题 3.6动态系统的能控性和能观性 3.7动态系统的稳定性分析(奈奎斯特稳定判据和