《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

《控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：04150271課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論32學(xué)時）先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、電工與電子技術(shù)后續(xù)課程：汽車?yán)碚摗⑵囋囼?yàn)技術(shù)適用專業(yè)：車輛工程開課單位：車輛與交通工程學(xué)院一、課程說明《控制工程基礎(chǔ)》是車輛工程專業(yè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車方向的一門專業(yè)選修課。本課程主要研究經(jīng)典控制理論的基本理論知識、線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的基本分析方法及其在車輛工程中的應(yīng)用。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能分析與校正的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，包括自動控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法；了解經(jīng)典控制理論在車輛工程中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)并靈活掌握新知識、新技能的學(xué)習(xí)能力。課程目標(biāo)2：正確運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時域分析方法和頻域分析方法等知識分析簡單控制系統(tǒng)的性能；培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)思維，勇于創(chuàng)新、敢于嘗試的學(xué)習(xí)能力。課程目標(biāo)3：自覺跟蹤自動控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國在自動控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時代緊迫感。樹立正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣，具有勞動精神和勞動意識，善于將自動控制原理的分析方法應(yīng)用于車輛工程控制等領(lǐng)域，理解自動控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的流程。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)目標(biāo)對車輛工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.2能夠?qū)?shù)學(xué)、物理和工程科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識用于對車輛工程相關(guān)復(fù)雜工程問題建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解。課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，包括自動控制系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學(xué)建模方法和基本分析方法；了解經(jīng)典控制理論在車輛工程中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)并靈活掌握新知識、新技能的學(xué)習(xí)能力。H5.使用現(xiàn)代工具5.1掌握車輛工程領(lǐng)域常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法。課程目標(biāo)2：正確運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法建立線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能熟練利用時域分析方法和頻域分析方法等知識分析簡單控制系統(tǒng)的性能；培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)思維，勇于創(chuàng)新、敢于嘗試的學(xué)習(xí)能力。M12.終身學(xué)習(xí)12.2能適應(yīng)職業(yè)發(fā)展要求，及時關(guān)注并跟蹤、把握車輛工程及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域前沿理論、技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，具備不斷獲取新的知識、技能，持續(xù)自我提升的能力。課程目標(biāo)3：自覺跟蹤自動控制理論發(fā)展的科學(xué)前沿，了解我國在自動控制、智能控制領(lǐng)域的現(xiàn)狀和優(yōu)勢、與世界相關(guān)行業(yè)的差距，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和時代緊迫感。樹立正確的勞動觀念，形成良好的勞動習(xí)慣，具有勞動精神和勞動意識，善于將自動控制原理的分析方法應(yīng)用于車輛工程控制等領(lǐng)域，理解自動控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的流程。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1概述1.2控制系統(tǒng)的基本概念1.3控制工程基礎(chǔ)的主要任務(wù)與知識體系教學(xué)要求：正確理解控制系統(tǒng)的基本概念，并充分理解開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)及其組成。普及控制理論的發(fā)展史，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)，為國家科學(xué)事業(yè)做貢獻(xiàn)的情懷。重點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的工作原理。21、32.控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1控制系統(tǒng)的微分方程及線性化方程2.2拉普拉斯變換及反變換2.3傳遞函數(shù)及基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)2.4框圖及其簡化教學(xué)要求：能夠根據(jù)實(shí)際的控制問題畫出系統(tǒng)方框圖，建立系統(tǒng)的微分方程模型和傳遞函數(shù)模型；建立傳遞函數(shù)方框圖并進(jìn)行等效簡化。

重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)。難點(diǎn)：拉氏變換及控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。81、23.控制系統(tǒng)的時域分析3.1控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能指標(biāo)3.2一階系統(tǒng)的時域分析3.3二階系統(tǒng)的時域分析3.4高階系統(tǒng)的時域分析3.5穩(wěn)定性及其勞斯穩(wěn)定判據(jù)3.6穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算教學(xué)要求：正確理解系統(tǒng)時間響應(yīng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時域分析方法；掌握線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算方法。重點(diǎn)：系統(tǒng)時間響應(yīng)的性能指標(biāo)，一階、二階系統(tǒng)的時域分析，線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。講系統(tǒng)穩(wěn)定性分析時，教育學(xué)生遇到麻煩時，要學(xué)會反思自己，做一個情緒穩(wěn)定的人。難點(diǎn)：穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算。81、24.控制系統(tǒng)的頻域分析4.1頻率特性的基本概念4.2頻率特性圖形表示法4.3幾何穩(wěn)定判據(jù)4.4相對穩(wěn)定性4.5閉環(huán)頻率特性教學(xué)要求：正確理解頻率特性和最小相位系統(tǒng)的概念；能夠運(yùn)用傳遞函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)的頻率特性和響應(yīng)；能夠繪制系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖；了解用頻率特性法分析系統(tǒng)性能的方法。重點(diǎn)：頻率特性的表示方法，頻率特性的Nyquist圖和Bode圖，用頻率特性法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。難點(diǎn)：繪制系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖。81、25.控制系統(tǒng)的綜合與校正5.1概述5.2基本控制規(guī)律及PID參數(shù)整定5.3串聯(lián)校正教學(xué)要求：理解系統(tǒng)校正的概念和方法，將自動控制原理的分析方法應(yīng)用于車輛工程控制等領(lǐng)域；理解自動控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的流程。講系統(tǒng)的校正時，將系統(tǒng)比做人，我們?nèi)酥挥胁粩喾此迹ǚ答仯┖屯晟疲ㄐＵ┳约?，才能變得更?yōu)秀。重點(diǎn)：PID參數(shù)整定。難點(diǎn)：PID參數(shù)整定。61、2、3合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程采用啟發(fā)式教學(xué)、引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)法、討論法、目的教學(xué)、講練結(jié)合法和實(shí)例教學(xué)法等，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方法。改變以教師為中心，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，給學(xué)生更多的活動空間，讓他們積極參與教學(xué)過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。在課堂教學(xué)中注意精講精練，適當(dāng)增加課堂練習(xí)時間，以減少學(xué)生課外負(fù)擔(dān)。在講課的過程中貫徹設(shè)疑（提出矛盾）、析疑（分析矛盾）、解疑（解決矛盾）三個環(huán)節(jié)的啟發(fā)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生的好奇心，并能進(jìn)行獨(dú)立思考，提出解決問題的方法和探索問題的思路。教學(xué)中盡量使用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)等，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。六、課程資源1.推薦教材：（1）孔祥東,姚成玉.控制工程基礎(chǔ)（第4版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2019.2.參考書：（1）胡壽松.自動控制原理（第七版）[M].北京:科學(xué)出版社.2019.（2）楊秀萍.控制工程基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2020.（3）熊曉君.自動控制原理實(shí)驗(yàn)教程（硬件模擬與MATLAB仿真）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2019.（4）張志涌,楊祖櫻.MATLAB教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2019.3.期刊：（1）唐文.基于視覺的車輛自動控制的方法分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2021(24):224-226.（2）晉軍.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下的車輛自動控制系統(tǒng)決策算法分析研究[J].環(huán)境技術(shù),2020,38(02):16-20.（3）陳虹,郭露露,宮洵,等.智能時代的汽車控制[J].自動化學(xué)報,2020,46(07):1313-1332.（4）胡世廣,蘇全在.汽車傳動系耐久試驗(yàn)自動控制系統(tǒng)研究[J].自動化與儀器儀表,2020,(02):150-154.（5）H.R,P.I.VehicleFollowingControlDesignforAutomatedHighwaySystems[J].IEEECONTROLSYSTEMSMAGAZINE,2021,41(6):58-62.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）華中科技大學(xué).王永驥.國家級精品課程《自動控制原理》:/course/HUST-1001531001?tid=1001614004.（2）中國工控網(wǎng):/.（3）中國大學(xué)MOOC,控制工程基礎(chǔ):/course/JLU-1205800824?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√√424階段測試10（1）根據(jù)階段測試的完成情況和正確率評分，滿分100分。（2）以階段測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√√424作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?76期末考核60（1）期末考核成績100分，以期末考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）考核方式：結(jié)課大作業(yè)；考核內(nèi)容：與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例；考核題型：選擇題、判斷題、簡答題、計(jì)算題、綜合分析題、論述題等。√√√251025合計(jì)：100402139八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、階段測試、作業(yè)、期末考核（結(jié)課大作業(yè)）等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末考核成績和過程性考核成績組成。其中：期末考核成績?yōu)?00分（權(quán)重為60%）；課堂表現(xiàn)、作業(yè)評價、階段測試等過程性評價成績?yōu)?00分（權(quán)重為40%）；過程性評價和期末考核（結(jié)課大作業(yè)）內(nèi)容分值應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60X<60課堂表現(xiàn)25筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)