機械工程控制基礎(東北大學提供的慕課)

機械工程控制基礎是東北大學於2017年2月首次在中國大學MOOC開設的慕課課程、國家精品線上開放課程。該課程授課教師是羅忠。

基本介紹

• 中文名：機械工程控制基礎
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程
• 授課平台：中國大學MOOC
• 授課教師：羅忠
• 開課時間：2017年2月（首次）

授課目標

該課程的講解特點為邏輯性強、比較嚴密、富有啟發性，使學生牢固掌握機械控制系統建模、分析和綜合的基本理論和方法，同時適當了解有關控制理論領域新進展的概念；通過實驗操作和對實際工程系統的介紹使學生提高獨立分析思考和自學的能力，為進行控制理論的研究或控制工程的實踐打下良好的基礎。

課程大綱

第1章 緒論

1.1《機械工程控制基礎》課程的結構體系

1.2 控制理論的發展及其工程套用

1.3 機械工程自動控制系統的基本結構組成

1.4 機械工程自動控制系統的工作原理

1.5 機械自動控制系統的分類

1.6 機械工程自動控制系統的基本要求

第2章 控制系統的數學模型

2.1 控制系統中微分方程的含義

2.2 控制系統微分方程的建立方法

2.3 拉普拉斯變換的定義與內涵

2.4 典型時間函式的拉普拉斯變換形式

2.5 拉普拉斯變換的基本性質

2.6 拉普拉斯反變換

2.7 傳遞函式的定義與內涵

2.8 典型環節的傳遞函式

2.9 系統方框圖的組成和含義

2.10 系統環節的基本連線方式

2.11 系統方框圖的變換與簡化

2.12 利用Matlab進行拉普拉斯變換與反變換

2.13 利用Matlab進行傳遞函式的變換

2.14 利用Matlab進行方框圖化簡

2.15 利用Simulink搭建控制系統仿真模型

第3章 控制系統的時域分析法

3.1 控制系統的時間相應

3.2 典型輸入信號

3.3 一階系統的單位脈衝回響

3.4 一階系統的單位階躍回響

3.5 一階系統的單位斜坡回響

3.6 二階系統的單位脈衝回響

3.7 二階系統的單位階躍回響

3.8 二階系統的單位斜坡回響

3.9 二階系統的時間回響的性能指標

3.10 二階系統計算舉例

3.11 工作檯自動控制系統的時域分析

3.12 一階系統的單位階躍回響與Matlab仿真編輯教學內容

3.13 二階系統單位階躍回響與Matlab仿真編輯教學內容

3.14 二階系統性能指標與Matlab仿真

第4章 控制系統的頻域分析法

4.1 頻率特性的概念和表示方法

4.2 頻率特性的特點和作用

4.3 控制系統的頻域性能指標

4.4 頻率特性的求法

4.5 典型環節的伯德圖

4.6 系統奈奎斯特圖的繪製

4.7 典型環節的奈奎斯特圖

4.8 系統伯德圖的畫法

4.9 最小相位系統與非最小相位系統

4.10 頻率特性的概念與Matlab仿真

4.11 典型環節的奈奎斯特圖與Matlab仿真

4.12 系統奈奎斯特圖的Matlab畫法

4.13 典型環節伯德圖的Matlab畫法

4.14 系統伯德圖的Matlab畫法

4.15 最小相位系統與非最小相位系統與Matlab仿真

第5章 控制系統的穩定性

5.1 控制系統穩定性的基本概念

5.2 單輸入單輸出控制系統穩定的條件

5.3 赫爾維茨穩定性判據

5.4 勞斯穩定性判據

5.5 幅角原理

5.6 根據奈奎斯特圖判斷系統穩定性

5.7 根據伯德圖判斷系統穩定性

5.8 系統的相對穩定性

5.9 利用Matlab判斷系統穩定性（代數法）

5.10 利用Matlab判斷系統穩定性（幾何法）

第6章 控制系統的根軌跡分析法

6.1 根軌跡與系統特性

6.2 根軌跡的幅值條件和相角條件

6.3 繪製根軌跡的基本規則

6.4 根軌跡繪製舉例

6.5 套用Matlab繪製根軌跡

6.6 利用Matlab繪製根軌跡例

第7章 控制系統的誤差分析和計算

7.1 控制系統復域和時域誤差的基本概念及誤差傳遞函式

7.2 控制系統的類型

7.3 控制系統的靜態誤差係數

7.4 用伯德圖確定誤差係數

7.5 擾動引起誤差的計算方法

7.6 減小穩態誤差的途徑

7.7 動態誤差係數

7.8 控制系統復域和時域誤差的概念與Matlab仿真

7.9 控制系統靜態誤差係數與Matlab實踐

7.10 用伯德圖確定誤差常數的方法Matlab實踐

7.11 擾動引起誤差的Matlab實踐

7.12 動態誤差與Matlab實踐

第8章 控制系統性能校正

8.1 控制系統性能校正的含義

8.2 控制系統的性能指標

8.3 閉環控制系統零極點與性能的關係

8.4 反饋校正

8.5 順饋校正

8.6 Bode定理及套用

8.7 相位超前校正

8.8 相位滯後校正

8.9 相位滯後-超前校正

8.10 PID控制器

8.11 有源和無源校正環節的對比

8.12 按希望特性校正的含義

8.13 典型I型系統的設計方法

8.14 典型II型系統的設計方法

8.15 按希望特性設計控制器的圖解法

8.16 按希望特性設計控制器的直接法

8.17 相位超前校正與Matlab仿真

8.18 相位滯後校正與Matlab仿真

8.19 相位滯後-超前校正與Matlab仿真

預備知識

課程主要針對普通高等院校機械工程、機械電子工程、機械設計製造及自動化、智慧型製造工程等專業的本科學生。

學習本課程之前，您需要了解與掌握的課程有：高等數學、電工電子學、機械振動、測試技術等。

參考資料

1.羅忠，宋偉剛，郝麗娜，王菲，房立金，胡明. 機械工程控制基礎（第三版）（新形態教材MOOC版），北京：科學出版社，2018

2．羅忠，王菲，馬樹軍，程紅太. 機械工程控制基礎學習輔導與習題解答（第二版）. 北京：科學出版社，2017

3、王菲，羅忠，鄂曉宇，柳洪義. 機械工程控制基礎實驗教程，北京：科學出版社，2014