《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE7《控制工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱控制工程基礎(chǔ)課程編號(hào)課程性質(zhì)必修課課程類別專業(yè)基礎(chǔ)課開(kāi)課單位車(chē)輛工程教研室授課學(xué)期第5學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2.5/40課內(nèi)學(xué)時(shí)40理論授課40上機(jī)學(xué)時(shí)0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)0適用專業(yè)車(chē)輛工程專業(yè)是否雙語(yǔ)否先修課程高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、電工電子學(xué)后續(xù)課程汽車(chē)電氣、汽車(chē)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)二、課程簡(jiǎn)介《控制工程基礎(chǔ)》是智能制造工程專業(yè)的必修課，為綜合性性較強(qiáng)的一門(mén)課程。本課程對(duì)經(jīng)典控制理論中控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法、時(shí)域分析方法、頻域分析方法、綜合校正進(jìn)行理論講授，引導(dǎo)學(xué)生正確理解和掌握本課程所涉及的基本概念、基本原理和基本分析方法，并能夠應(yīng)用這些知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題，同時(shí)樹(shù)立正確的價(jià)值觀，培養(yǎng)良好的職業(yè)操守。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.要求學(xué)生理解控制系統(tǒng)的組成、分類、控制方法及其發(fā)展趨勢(shì)，熟悉常見(jiàn)經(jīng)典物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，能夠推導(dǎo)其傳遞函數(shù)，并基于傳遞函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合與校正。課程目標(biāo)2.通過(guò)課程學(xué)習(xí)和項(xiàng)目案例分析，學(xué)生能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)工具、結(jié)合所學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)實(shí)際工程系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析、優(yōu)化，能夠?yàn)橄到y(tǒng)性能的提高提供設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法，具有解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。。課程目標(biāo)3.通過(guò)項(xiàng)目案例分析，提高學(xué)生的文獻(xiàn)搜索與總結(jié)能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、職業(yè)道德和責(zé)任感，使其在車(chē)輛工程控制領(lǐng)域具備高度的專業(yè)素養(yǎng)，增強(qiáng)其在交通行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1課程目標(biāo)21.3學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握解決復(fù)雜車(chē)輛工程問(wèn)題的基本思路和方法。1-工程知識(shí)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)22.1能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和機(jī)械工程學(xué)科的基本原理對(duì)車(chē)輛工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別與描述；2-問(wèn)題分析課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32.2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問(wèn)題的表述，對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決途徑進(jìn)行分析、對(duì)比并試圖改進(jìn)；2-問(wèn)題分析課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35.2能夠開(kāi)發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對(duì)車(chē)輛工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)，并能夠理解其局限性。5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的基本概念。(2)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。(3)控制工程基礎(chǔ)的主要任務(wù)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)(1)重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的工作原理和基本要求。(2)難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的基本組成和分類。3.教學(xué)方法教學(xué)課件課堂講授。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果(1)理解控制系統(tǒng)的基本工作原理。(2)了解控制系統(tǒng)的類型。(3)掌握控制系統(tǒng)的基本要求。(4)了解控制工程的基本任務(wù)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、3。第二單元控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的微分方程。(2)拉普拉斯變換與反變換。(3)傳遞函數(shù)。(4)控制系統(tǒng)的圖形描述。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)(1)重點(diǎn)：拉普拉斯變換，基本環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，框圖的簡(jiǎn)化方法。(2)難點(diǎn)：微分方程的建立、拉普拉斯變換、框圖的簡(jiǎn)化及系統(tǒng)相似性。3.教學(xué)方法課堂講授基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)案例分析增強(qiáng)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的認(rèn)識(shí)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果(1)能夠利用數(shù)學(xué)、物理學(xué)等相關(guān)知識(shí)建立系統(tǒng)的微分方程。(2)能夠應(yīng)用拉普拉斯變換建立線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。(3)能夠利用系統(tǒng)方框圖對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行描述與簡(jiǎn)化。(4)能夠求解系統(tǒng)的輸入、傳遞函數(shù)和輸出的關(guān)系。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3。第三單元控制系統(tǒng)的分析方法（學(xué)時(shí)數(shù)：22學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)。(2)系統(tǒng)的時(shí)域分析方法及性能指標(biāo)。(3)系統(tǒng)的頻率特性的概念及圖形表示。(4)系統(tǒng)的頻率特性分析。(5)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。(6)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算。(7)系統(tǒng)辨識(shí)。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)(1)重點(diǎn)：一階系統(tǒng)、欠阻尼二階系統(tǒng)的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)；勞斯判據(jù)及其應(yīng)用；利用靜態(tài)誤差系數(shù)計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；幾何穩(wěn)定性判據(jù)，相角裕度和幅值裕度的計(jì)算與應(yīng)用。(2)難點(diǎn)：勞斯判據(jù)及其應(yīng)用；利用靜態(tài)誤差系數(shù)計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；幾何穩(wěn)定性判據(jù)，相角裕度和幅值裕度的計(jì)算與應(yīng)用；基于Bode圖的系統(tǒng)辨識(shí)方法。3.教學(xué)方法課堂講授基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)實(shí)例分析使學(xué)生掌握并鞏固控制系統(tǒng)的分析方法。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果(1)掌握控制系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析的方法。(2)對(duì)于一階、二階系統(tǒng)，能夠利用本單元所學(xué)知識(shí)計(jì)算其性能指標(biāo)，分析其性能。(3)對(duì)于高階系統(tǒng)，能夠利用相關(guān)數(shù)學(xué)工具知識(shí)分析其性能。(3)能夠結(jié)合Bode圖辨識(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3。第四單元控制系統(tǒng)的綜合與校正（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容(1)控制系統(tǒng)的綜合與校正的概述。(2)控制系統(tǒng)的校正方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)(1)重點(diǎn)：PID控制的控制規(guī)律和整定方法；串聯(lián)、反饋、復(fù)合校正的分析有設(shè)計(jì)。(2)難點(diǎn)：PID整定方法，校正裝置的設(shè)計(jì)。3.教學(xué)方法課堂分析具體案例，組織小組討論、分析和匯報(bào)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果(1)理解校正的概念與實(shí)質(zhì)。(2)能夠基于控制系統(tǒng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)控制裝置。(3)掌握PID控制的基本控制規(guī)律及參數(shù)調(diào)節(jié)方法。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、2、3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元緒論講授法課程目標(biāo)1、321：1.25第二單控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、2、381：1.25第三單元控制系統(tǒng)的分析方法講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、2、3221：1.25第四單元控制系統(tǒng)的綜合與校正講授法、項(xiàng)目教學(xué)課程目標(biāo)1、2、381：1.25合計(jì)401：1.25五、課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績(jī)構(gòu)成（百分制）課程成績(jī)構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則平時(shí)成績(jī)30%作業(yè)（十分制）90本門(mén)課程5次作業(yè)，主要考核學(xué)生對(duì)本課程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握請(qǐng)款，評(píng)分細(xì)則如下：9~10：表述內(nèi)容充分、嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確，計(jì)算步驟完整，結(jié)果準(zhǔn)確，所用概念、理論和公式準(zhǔn)確；準(zhǔn)時(shí)上交、卷面整潔，書(shū)寫(xiě)工整；7~8：表述內(nèi)容較充分、正確，計(jì)算步驟較完整，結(jié)果準(zhǔn)確，所用概念、理論和公式準(zhǔn)確；準(zhǔn)時(shí)上交、卷面有涂改，書(shū)寫(xiě)較工整；6：表述內(nèi)容較充分、個(gè)別有誤，計(jì)算步驟不完善，結(jié)果準(zhǔn)確，所用概念、理論和公式有誤；準(zhǔn)時(shí)上交、卷面有涂改，書(shū)寫(xiě)潦草；<6：表述內(nèi)容不充分、錯(cuò)誤較多，計(jì)算步驟不完整，結(jié)果有誤，所用概念、理論和公式有誤；未準(zhǔn)時(shí)上交、書(shū)寫(xiě)潦草。目標(biāo)分值=9*作業(yè)平均成績(jī)課堂表現(xiàn)（十分制）101.課上提問(wèn)及隨堂測(cè)驗(yàn)回答問(wèn)題正確6分2.上課態(tài)度端正（無(wú)遲到早退、上課認(rèn)真聽(tīng)講）4分目標(biāo)成績(jī)=課堂表現(xiàn)成績(jī)之和實(shí)踐成績(jī)20%專題設(shè)計(jì)（十分制）100考核內(nèi)容及評(píng)價(jià)細(xì)則1.方案設(shè)計(jì)合理62.匯報(bào)表達(dá)清楚、邏輯正確23.回答問(wèn)題正確24.個(gè)人成績(jī)按貢獻(xiàn)度排序賦分。目標(biāo)分值=10*匯報(bào)考核內(nèi)容成績(jī)之和期末考試60%知識(shí)40考核內(nèi)容：基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)分析能力、綜合素質(zhì)?？荚囶}型：選擇、計(jì)算、時(shí)域分析、勞斯判據(jù)、頻域分析、綜合校正評(píng)價(jià)細(xì)則：1選擇題為單項(xiàng)選擇題，共10小題，每題3分，合計(jì)30分；2計(jì)算題，拉普拉斯變換3中基本類型，共3小題，每題5分，計(jì)算步驟完整，所用公式準(zhǔn)確，結(jié)果正確，得滿分；3時(shí)域分析題，邏輯清晰、變量表述明確、格式無(wú)誤，計(jì)算正確，得10分；4勞斯判據(jù)應(yīng)用，邏輯清晰、變量表述明確、格式無(wú)誤，計(jì)算正確，得15分；5頻域分析題，邏輯清晰、變量表述明確、格式無(wú)誤，計(jì)算正確，得15分；6綜合校正題，分析邏輯清晰，變量表述明確，格式無(wú)誤，計(jì)算正確，得15分。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元緒論控制系統(tǒng)的基本原理、組成及類型控制系統(tǒng)的基本要求作業(yè)、考試課程目標(biāo)1、2第二單元控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型拉普拉斯變換、系統(tǒng)框圖簡(jiǎn)化、系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系作業(yè)、考試課程目標(biāo)1、2、3第三單元控制系統(tǒng)的分析方法系統(tǒng)的時(shí)域分析方法勞斯判據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)頻率特性分析作業(yè)、考試課程目標(biāo)1、2、3第四單元系統(tǒng)的綜合校正典型系統(tǒng)的綜合與校正專題匯報(bào)、考試課程目標(biāo)1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書(shū)目及課程資源（一）使用教材孔祥東姚成玉主編：《控制工程基礎(chǔ)》第4版，機(jī)械工業(yè)出版社，2019年版。（