4116 课程教学大纲 测试与控制技术基础1-2017-陈永亮

天津大学《测试与控制技术基础》课程教学大纲1课程代码课程名称测试与控制技术基础20108711学时学分483授课上机40学时分配实验实践8实践（周）课后学习48更新时间2017授课学院机械工程学院适用专业机械设计制造及其自动化先修课程机械工程导论、电气工程概论、设计与制造基础2A一.课程简介本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门学科基础课开课时间为三年级第一学期通过课程学习让学生掌握有关控制技术基础知识、基本理论和基本方法二.教学基本要求通过本课程的学习，使学生了解系统控制与数字控制基本理论、方法及其在机械工程领域应用的重要地位、目前的研究与发展状况及发展趋势使学生掌握控制系统的基本内容、理论和方法和先进的分析和计算手段，通过大量的实例分析，使学生能够学会利用控制理论方法解决具体的工程实际问题

1.课程目标课程目标1:了解系统控制与数字控制基本理论、方法及其在机械工程领域应用的重要地位、目前的研究与发展状况及发展趋势；掌握控制系统的基本要求、反馈控制系统的概念、基本原理、组成与调试方法课程目标2掌握连续与离散控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识课程目标3掌握线性连续与离散控制系统的时域分析方法、

一、二阶系统时域指标、稳定性的基本概念与时域判据、稳态误差计算课程目标4掌握控制系统频域特性分析方法，掌握频率特性图、频域指标和频域稳定性判据的应用方法课程目标5能对连续与离散控制系统进行设计、分析和校正

2.课程目标与毕业要求指标点的对应关系各项课程目标与毕业要求指标点的对应关系见表1表《测试与控制技术基础》课程目标与毕业要求指标点的对应关系11课程课程课程课程课程毕业要求指标点序号目标1目标2目标3目标4目标

51.2能够针对机械工程领域设计、制造等方面的复杂工程问1✓✓/题，建立数学、力学等理论模型，并达到适当的精度要求

2.3能够针对机械工程领域的复杂工程问题进行分析、评价，2Z✓✓✓Z以获得有效结论

3.3针对机械工程领域的复杂工程问题，能够设计满足特定3需求的系统、单元（部件）或机械制造工艺流程，并能够在设✓/计环节中体现创新意识

5.1能够选择适当的技术、资源、现代工程工具和信息技术4✓/工具，进行机械工程领域中复杂工程问题的预测与模拟

5.2能够开发与使用适当的技术、资源、现代工程工具和信5✓息技术工具，进行机械工程领域中复杂工程问题的预测与模拟

12.1能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状6✓态与发展趋势三.教学内容课程教学内容、教学方式与的课程目标的对应关系见表2表《测试与控制技术基础》课程目标与教学内容和方法的对应关系21学教学方支撑课章节知识点序号时式程目标

1.1控制系统的工作原理反馈控制系统基本原理、闭环控制系统组成及其组成第1章控

1.2连续控制系统与离散连续控制系统、离散控制系统、数字控制系统1制系统的控制系统2讲授课程目基本概念

1.3对控制系统的基本要控制系统基本要求标1求

1.4控制工程的发展概况经典控制论、现代控制论实验1反馈控制系统基础反馈控制系统工作原理与调试方法2实验2实验实验拉式变换的定义、基本定理、反变换、典型函

2.1拉氏变换与反变换数的变换对第2章数

2.3控制系统的运动微分微分方程的建立方法、典型系统微分方程讲授312课程目标2学模型方程

2.4传递函数传递函数的概念、性质与建立方法

2.5系统方框图系统方框图建立方法、简化方法、闭环系练习+序学教学支撑课程章节知识点号时目标统传递函数讲解

2.6Z变换与Z反变换Z变换、Z反变换、定义与基本定理

2.7连续系统的离散化方程差分方程的建立方法讲授-差分方程

2.6线性离散系统的脉冲传脉冲传递函数、离散系统的方框图递函数

3.1典型输入信号典型输入信号的选择讲授一阶、二阶、高阶系统的时间响应及其求解方练习+讲

3.2系统的时间响应法、典型二阶系统时域指标解

3.3误差分析与计算稳态误差计算方法

3.3稳定性分析时域稳定性判据第3章时

33.4离散系统的响应与稳态离散系统的响应、稳态误差10域分析法误差讲授练课程目标

33.5离散系统的稳定性分析离散系统的稳定性分析习+讲解

3.6时域特性的计算机辅助基于MATLAB与Simulink等软件在连续与离分析散控制系统时域特性仿真分析应用一阶、二阶系统时域特性测试实验2时域特性测试实验4实验2实验

4.1频率特性的基本概念频率特性的定义、求解方法

4.2典型环节的频率特性图典型环节的频率特性图讲授练习+讲解

4.3系统开环频率特性图系统开环频率特性图第4章频

4.4频域稳定性判据频域稳定性判据研讨5域分

104.5闭环频率特性闭环频率特性、频域指标讲授析法课程目标

44.6频域与时域性能指标的频域与时域性能指标的关系练习+讲关系解

4.7频率特性的计算机辅助基于MATLAB与Simulink等软件在控制系讲授分析统频域特性仿真分析应用实验实验3频率特性测试实验典型一阶、二阶系统频率特性测试62实验

5.1概述控制系统设计与综合方法PID控制器的传递函数、实现装置讲授

5.2PID控制规律及其实现第5章控频率法设计、校正讲授练制系统的

5.3频率法设计与校正习+讲解76课程目标5设计与实现

5.4并联校正和复合校正并联校正、复合校正

5.6数字控制器与离散数字控制器、离散PID控制讲授PID控制

5.7计算机控制系统的设计算机控制系统的设计与实现讲授序学教学支撑课程章节知识点号时目标计与实现实验实验4连续与离散闭环控闭环控制系统设计与校正8制系统设计与校正实验2实验四.课程教学方法

1.课堂讲授1）在教学过程中采用PPT电子教案，视频、板书相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性2）采用工程案例教学，激发学生主动学习的兴趣，针对复杂工程问题，引导培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力3）充分利用本课程教学平台在线线的课程资源，引导学生预习、复习课程内容

2.课上练习讨论与讲解围绕各章教学重点内容，除布置一定数量的课后作业外，设置专题课上练习讨论环节，对拉式变换、反馈控制系统的传递函数、方框图化简、二阶系统的时域特性、误差分析计算、稳定性分析计算、频率特性图等难点问题在课上通过练习与深入研讨，让学生在掌握知识点的基础上，面对复杂工程问题如何去分析问题

3.课内实验教学课程课内实验教学是本课程中重要的实践教学环节，目的是培养学生运用实验方法研究解决与课程授课内容相关的复杂工程问题的能力课程必做4个实验，各实验按照实验指导书的要求学生独立或分组完成，并提交实验报告

4.课外大作业结合实际对典型控制系统进行建模、分析和校正的综合练习，并利用matlab进行仿真分析五.评价与考核方式课程成绩包括结课考试70%+（作业、实验、平时）30%课程目标落实与学习成果观测见表3表3课程目标落实与学习成果观测学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果预设学习任务细化预期学习成果观测点掌握控制系统的基本要求、反馈控制作业教材1・

2、1-3题系统的概念、基本原理、组成与调课程目标1试方法实验一反馈控制原理实验报告期末考试试卷作业补充拉式变换作业；教材

2.1题，2-3题，2-11,2・14题、2-15题;6-1题，6-2题课程目标2课上练习拉式变换及反变换掌握连续与离散控制系统数学模型的建立及相关工程数学基础知识期末考试试卷作业教材3-1题、3-

5、3-6,3-7,3・

8、3-

9、3-

12、3-

15、3-

16、6-7课上练习二阶系统时域指标、稳态误差计算课程目标3掌握线性连续与离散控制系统的时实验二时域特性测试实验报告域特性分析方法期末考试试卷作业教材习题4-

1、4-

3、4-

7、4-

12、4-

20、4-234/

7、补充根据伯德图写传递函数课上练习系统开环频率特性图、稳定裕量图解课程目标4计算掌握控制系统的频域特性分析方法实验三频域特性测试实验报告期末考试试卷作业教材系统5-

2、5-

4、5-

5、6-9课上练习PID校正课程目标5能对连续与离散控制系统进行设计、实验四闭环系统设计与校正仿真与实验报告分析和校正期末考试试卷平时成绩每次以10分计，平时作业评分标准见表4表4平时作业评分标准观测点8〜10分6〜7分4〜5分〜3分作业完成进度提前完成按时完成延时完成补交基本概念掌握程度80%以上概念清晰60%以上概念清晰40%以上概念清晰40%以下概念清晰。