机械工程控制基础总结

机械工程控制基础总结（通用6篇）

篇1：机械工程控制基础总结

第一章 绪论

[教学内容]

1．控制理论学科的发展概况

2．控制理论的研究对象

3．控制系统的工作原理及基本要求

4．学习目的和学习方法

[教学安排]

安排的教学时数：4学时

[知识点及基本要求]

了解机械控制工程理论的由来和发展，了解其在机械制造领域中的作用。熟悉有关“反馈与反馈控制”的基本概念。学习分析具体控制系统的组成环节，知道系统的被控对象、被控量、扰动量、控制量等，会画工作原理方框图。

[重点和难点]

反馈与反馈控制；

控制系统的概念；

[教学法设计]

应用多媒体课件，开展案例教学。

第二章 控制系统的数学模型

[教学内容]

1．控制系统动态微分方程的建立以及非线性方程的线性化；

2．传递函数的概念及传递函数方块图的简化方法；

3．典型环节的传递函数；

[教学安排]

本章安排的教学时数：6学时

2.1.1 线性系统与非线性系统；2.1.2 线性系统微分方程的列写；2.1.3系统非线性微分方程的线性化。安排2学时。

2.2.1 传递函数的定义；2.2.2传递函数的常见形式；2.3.1控制系统的基本联接方式；2.3.2扰动作用下的闭环控制系统。安排2学时

2.3.3 传递函数方块图的绘制；2.3.4传递函数方块图的变换；2.3.5传递函数方块图的简化。安排2学时。

2.4 典型环节的传递函数。安排2学时。

[知识点及其基本要求]

2.1 控制系统的微分方程

线性系统与非线性系统，以质量-弹簧系统等为例引出线性系统与非线性系统的概念，让学生对概念有明确的理解；

线性系统微分方程的列写，是本次课的重点，通过力学、电学等方面的实例让学生掌握动态系统建模的方法；

系统非线性微分方程的线性化，让学生理解非线性动态微分方程线性化的处理方法。

2.2 传递函数

传递函数的定义，是本次课的重点讲解内容，通过实例让学生理解为什么要引入传递函数表述动态系统；

传递函数的常见形式，让学生了解它的多种表达方式；

控制系统的基本联接方式，主要掌握串联、并联和反馈控制等基本联接方式；

扰动作用下的闭环控制系统。

3.3传递函数方块图的绘制；

传递函数方块图的变换，是学生掌握的重点和难点；

传递函数方块图的简化，通过大量的训练能熟练掌握。

2.4典型环节的传递函数

了解每一个典型环节的传递函数表达的含义，并能熟练掌握传递函数的表达式。

[重点和难点]

传递函数的定义；

传递函数方框图的变换和简化。

[教学法设计]

多种实例分析贯穿本章教学始终，做到举一反三，全面理解和熟练应用。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第三章 控制系统的时域分析

[教学内容]

1．时间响应的基本概念及其组成，几种典型的输入信号；

2．一阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应；

3．控制系统的动态性能指标；

4．控制系统的稳定性。

[教学安排]

本章安排的教学时数：8学时

3.1.1 时间响应及其组成；3.1.2 典型输入信号；3.2一阶系统的时间响应。

安排2学时。

典型输入信号：单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号；

一阶系统的时间响应介绍一阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.3 二阶系统的时间响应。安排2学时

介绍二阶系统的数学模型以及二阶系统在单位阶跃信号和单位脉冲信号输入下的响应。

3.5 控制系统的动态性能指标。安排2学时。

介绍欠阻尼状态下的二阶系统在单位阶跃输入的响应下瞬态响应指标：上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间，并举例求响应的响应指标。

3.6 控制系统的稳定性。安排2学时。

稳定性的基本概念及线性系统稳定的充要条件，Routh（劳斯）稳定判据

[知识点及其基本要求]

3.1 时间响应与典型输入信号

时间响应的概念，以质量-弹簧系统为例介绍时间响应的组成：瞬态响应与稳态响应，为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

选取典型输入信号的基本原则，单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号、单位脉冲信号、单位脉冲信号、单位正弦信号等典型信号的产生与数学表达式及其拉氏变换；

3.2 一阶系统的时间响应

一阶系统的微分方程及其传递函数，一阶系统的单位阶跃响应及其性能参数，一阶系统的单位脉冲响应。

3.3 二阶系统的时间响应

二阶系统的微分方程及其传递函数，分情况讨论欠阻尼系统、临界阻尼系统、过阻尼系统、零阻尼系统。

二阶系统的单位阶跃响应，讨论二阶系统在不同阻尼情况下的单位阶跃响应。二阶系统在不同阻尼情况下的单位脉冲响应。

3.5 控制系统的动态性能指标

瞬态响应的性能指标，根据欠阻尼状态下的二阶环节对单位阶跃输入的时间响应，性能指标包括上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间。举例进行介绍如何理解与求解这些性能指标。

3.6 控制系统的稳定性

稳定性的基本概念，线性系统稳定的充要条件，判断控制系统稳定性的方法有两大类：直接求解系统特征方程，根据极点分布来判定系统稳定性，另一类是不求解特征方程的间接方法—Routh（劳斯）稳定判据。

[重点和难点]

二阶系统时间响应；

控制系统的动态响应指标。[教学法设计]

时间响应基本概念以及典型输入信号通过直接法给出；

通过实例分析计算控制系统的时间响应以及时间性能指标的计算，Routh（劳斯）稳定判据的计算。

[应用]

以例子穿插讲解。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第四章 控制系统的频域分析

[教学内容]

（1）频率特性的基本概念

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图）

（3）频率特性的特征量、最小相位系统

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据、（6）系统的相对稳定性 [教学安排]

计划学时数：8 学时

（1）频率特性的基本概念，2学时；

（2）频率特性图示方法（典型环节Nyquist图和Bode图），4学时；

（3）频率特性的特征量、最小相位系统，2学时；

（4）系统稳定性的初步概念、Routh判据，2学时；

（5）Nyquist稳定性判据和Bode稳定性判据，4学时；

（6）系统的相对稳定性，2学时；

[知识点及其基本要求]

了解频率特性的定义及求法；熟悉典型环节频率特性的Nyquist图和Bode图；掌握一般系统Nyquist图和Bode图的画法（注意画图步骤和图面标注）；能应用代数判据和几何判据完成系统稳定性的判别；理解系统频域性能指标及其与时域指标的关系；理解什么是相对稳定性，掌握稳定裕量的计算方法。

[重点和难点]

典型环节的Nyquist图和Bode图；

稳定性的几何判据；

稳定裕量的计算

[教学法设计]

通过工程实例引入频率特性的概念；

使用MATLAB仿真案例

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。

第五章 控制系统的误差分析

[教学内容]

1．控制系统的误差与偏差以及两者之间的对应关系；

2．瞬态过程与稳态过程、瞬态误差与稳态误差、静态误差与动态误差；

3．静态误差和动态误差的计算。

[教学安排]

本章安排的教学时数：6

5．1 误差的概念；5．2 系统的类型。安排2学时。

结合定义强调误差与偏差的不同以及两者的对应关系；

结合定义强调各误差不同、影响因素；

5．3 静态误差；5．4 动态误差。安排2学时。

不同类型系统的静态误差系数、不同输入信号作用下的静态误差；结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

系统的动态误差系数计算；结合实例进行控制系统的动态误差的计算。[知识点及其基本要求]

5．1 误差的概念

一、误差与偏差

控制系统的误差是系统的实际输出与期望输出的差；控制系统的偏差是系统的输入信号与反馈信号的差。两者定义是不同的，但是它们都是表示控制系统精度的量，都反映控制系统的稳态性能，并且它们之间具有确定的对应关系。控制系统为单位反馈系统时，其偏差与误差相等。

二、瞬态过程与瞬态误差

瞬态过程反映控制系统的动态响应性能，主要体现在系统对输入信号的响应速度和系统的稳定性这两个方面；对于稳定的系统，实际上瞬态误差在时间大于调整时间后可以认为基本衰减为零。

控制系统的误差主要是稳态误差。

三、稳态过程与稳态误差

稳态过程反映控制系统的稳态响应性能，它主要表现在系统跟踪输入信号的准确度或抑制干扰信号的能力上；稳态误差是评价控制系统稳态性能的主要指标，是随时间变化的量，与系统及其输入信号的特性有关。它分为静态误差和动态误差两类。

四、静态误差和动态误差

静态误差是系统稳态误差的极限值，其大小取决于系统静态误差系数；动态误差是控制系统稳态误差的过程量，反映稳态误差的变化规律，其大小取决于系统的动态误差系数和输入信号及其各阶导数。

5．2 系统的类型

静态误差为零的系统是无差系统，系统是有差系统还是无差系统取决于系统的类型和输入信号的形式。

5．3 静态误差

一、不同类型系统的静态误差系数

二、不同输入信号作用下的静态误差

三、结合实例进行控制系统的静态误差的计算。

5．4 动态误差

一、系统的动态误差系数计算

二、结合实例进行控制系统的动态误差的计算。

[重点和难点]

系统的动态误差系数计算；

控制系统的动态误差的计算。

[教学法设计]

采用对比分析各定义的异同，逐步引出静态误差、动态误差；

通过实例分析计算控制系统的静态误差、动态误差。

[应用]

例1：已知系统1和系统2的开环传递函数分别为

试计算其静态误差系数和动态误差系数。

例2：对于上例，试计算当控制输入信号分别为

时的静态误差和动态误差。

[板书设计]

结合多媒体课件，进行教学。第六章 控制系统的综合与校正

[教学安排]：

教学时数 6；

教学手段：多媒体教学与仿真试验；

教辅工具：仿真软件MATLAB与MULTISIM；

教学法：形象比喻、设疑、思考、启发、仿真演示与结论；

[知识点及其基本要求]

滞后与超前的含义；

滞后容易理解，但系统为什么能做到超前（因为系统信号是有规律的）；

系统为什么不稳定，不稳定的实质是什么：系统反映过慢，对高频不能做出及时响应。

系统要稳定，有两种情况，（1）系统反映很快，在高频时，幅值与相位误差均很小；（2）系统反映较慢，在高频时，幅值与相位误差均很大，既对高频不敏感。比喻：大雪天不摔跤的两种人：反映快或反映慢走路很小心的人。

然后搞清楚校正的实质是什么？

举例说明超前顺馈校正提高稳定性与响应快速性的方法。

[重点和难点]

掌握系统不稳定的实质；

校正的实质。

[教学法设计]

一、用matlab仿真：（1）相位差超过180度，而幅值仍然大于1的系统；（2）观察这种情况下的反馈系统稳定性；分析原因，提出解决方案，同时理解校正的概念；

用电路仿真，学生观察信号的超前与滞后，并理论计算超前角与滞后角，与仿真结果相比较；

二、设计PID校正，并分析输入与输出的关系；

用电路仿真，观察输入与输出的情况，比对学生的思考。

[应用]

超前顺馈校正举例说明提高稳定性与响应快速性的方法。

篇2：机械工程控制基础总结

1课程性质与教学现状

长期以来，我校该课程采用课堂讲授的教学方式。教师按照自己对课程知识的理解，注重知识的传授，学生则在“过关”的压力下被动地学习，其行为表现为机械记忆。教师的讲授过程抽象，不具有问题导向性，传递的信息很难引起学生的学习兴趣和主动性。为了考试过关，学生把信息作为一种事实去背诵，而不是将信息作为对相关问题解决的一种工具来掌握。在这种非问题导向的教学环境下，形成了较为普遍的应付考试突击记忆的现象，学生对知识的学习在经过短期记忆后即遗忘，更谈不上将其运用于解决问题的实践中。这种教学模式以“教”为核心，学生为了达到考核要求，往往会放弃“体验、思辨、感悟”等有助于形成解决问题能力的必要过程，而是集中于对事实性知识的记忆，教师无法引导学生建立基于兴趣和解决问题的主动学习方式，也很难培养学生灵活运用知识、举一反三、形成创新能力的基本素质。

2以学生为中心，构建主动学习教学体系

学生是学校教育的主体，如何让学生通过教学过程获得知识，并能够灵活运用，是教师的任务和使命。大量的教育心理学家认为：“知识的获得，是在一定的情境下，学习者借助他人(教师和学习伙伴)的力量，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得，而不是通过教师传授得到。”建构主义理论，得到了广大教育研究者和教育工作者的关注。建构主义理论有丰富的内涵和深刻的哲学基础，其根本内容可以概括为“以学习者为中心，强调学习者主动探索、主动发现知识，强调对所学知识意义的主动建构”。由此可见，建立问题导向，有助于形成学生主动学习且有利于实现知行结合，达到教育的目的。

2.1问题导向主动学习的关键构成

基于问题的学习方法(Problem-basedLearning，PBL)由美国神经病学教授Borrows于1969年在加拿大McMaster大学医学院根据建构主义理论创立。PBL强调以学生的主动学习为主，因而能更好地培养学生创造性思维和解决问题的能力[4]。教育学认为，主动学习的特征为，在教育者的引导和启发下，受教育者能够清晰理解知识的本质作用，学习者主观能动性得到更大的发挥，逐渐脱离教育者的指导和影响，形成独立的自我学习、自我认识、自我修养和自我发展。在这一过程中，强调通过教育者的引导，学习者理解知识本质并主动学习。心理学研究认为，主动学习的主体是学习者本人。从心理激励和行为动机的角度分析，学习行为是心理选择的外在表现，对学习者而言，学习成就是学习的主要动机，实现以解决问题为主的.心理激励是实现主动学习的关键。主动学习积极性的产生，来自学习结果促成的“学习需要”。但是对成就动机而言，教育者能清晰明了地将与成就关联的知识构成、知识体系以及知识本质对被教育者以循循善诱的方式启发和引导，并使被教育者建立起完整的自我认知，这是实现主动学习的心理激励和关键构成。综上所述，我们不难归纳出主动学习实现的关键构成：问题意识与学习兴趣;问题导向的教学情景;与问题关联的知识结构;开放合作的探索环境;建立成就动机激励体系。

2.2控制工程基础课程主动学习教学策略设计

在教学模式设计中突出以学习者为中心，激发学生学习兴趣和成就动机，是教学模式设计的核心所在，同时给定和设计好贯穿机械控制工程基础课程逻辑的系列问题，是实现问题导向主动学习的必要条件。根据前面对问题导向主动学习的关键构成的讨论，我们设计了机械控制工程基础课程主动学习教学策略。

2.2.1培养学生问题意识，激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师。为了让学生建立对机械控制工程基础课程的学习兴趣，教师要在课程初始介绍这一环节，让学生感知控制在机械中的价值和功能，做到这一点，除了需要教师在绪论讲授过程中辅以大量的国内外图片和事例以及在机械控制中存在的各类问题外，最有效的办法是设计与课程相辅相成的实践观摩和实验演示，这有助于学生了解课程的整体性和价值所在，激发他们的学习兴趣，并培养他们的问题意识。

2.2.2构造问题导向的教学情境

按照建构主义理论，构建与问题导向的情境，明确问题以及解决问题的价值，使学生能够对问题形成客观独立的认知，这是学生主动学习、积极探索的关键。在这一环节中，教师是设计者，围绕整个课程要求和专业素养的要求设计教学情境。问题情境应在课程开始就明确告知学生，使他们在课程学习中能够沿着知识逻辑顺序解决这些问题，并逐渐构建自身的知识体系。问题的设计既要明确，又要涵盖知识要点。根据教学组多年的教学体验，我们设计了以下问题：

(1)系统确定条件下的输入输出关系确定问题(系统分析问题);

(2)系统确定、输入确定，如何满足输出要求的问题(系统优化与设计问题);

(3)输入输出确定，何种系统结构适合的问题(系统辨识与预测问题)。尽管这些问题在传统的教学过程中也被归纳为“系统分析、系统优化、系统设计、滤波与预测、系统辨识”五类问题，但因为主要是基于知识传递而形成的知识抽象，而非与问题关联，对于初学者而言过于抽象而不够形象，我们归纳成以上三类问题，并结合实际例子，帮助学生建立起问题导向的知识构建体系。

2.2.3提示并引导学生围绕问题构建知识体系

机械控制工程基础课程涉及控制理论、数学基础、机械运动、力学基础等多门基础课程，为了让学生明晰问题与解决路径之间的知识关联，教师需要对该课程解决实际问题过程中所需构造的知识体系进行关键知识点的讲解、串通知识，关键是帮助和引导学生建立解决问题为主要导向的知识构成。如课程的性质，首先让学生明白，该课程的核心要素是“输入、系统、输出”，希望实现系统稳定和优化。在引导学生构建问题导向的知识体系中，要紧紧围绕三要素之间的动态关系来进行。引导学生构建知识体系要循序渐进，首先让学生认识系统关系，继而理解系统的数学模型，然后分别对系统的时域响应和频率特性进行分析，并以此为基础分析系统稳定性，最后在系统特性分析基础上，依据系统的性能指标对其进行校正。尽管对于一些复杂系统会涉及较为抽象的数学运算，如一阶或二阶微分方程，但是只要理解系统与输入输出的关系，系统模型很容易与输入建立起关联，自然就能够建立反映系统特性的微分方程和传递函数。所以，只要让学生建立“输入、输出、系统”三者间的关联，问题就会明确，主动学习方向就会明确。引导学生建立基于上述三类问题解决的知识构建体系，是引导学生学好该课程的关键。

2.2.4构建开放的适于探索性学习的学习环境

设计开放的实验体系，要求学生根据课程进度和解决工程实践问题的要求，循序渐进地设计出基于个人独立完成与合作完成的实验项目。在这个环节中，教师需要给出明确的实验项目要求，提出解决哪一类问题，学生根据问题的要求自行设计实验项目和内容，独立或合作完成。例如：控制过程经常涉及拉普拉斯变换，学生在掌握基本知识要点的前提下，可以自主改变控制参数，并设计不同的控制目标。同时，我们引入基于MATLAB的辅助实验条件，帮助学生利用计算机仿真验证实验和学习效果，激发学习兴趣。

2.2.5建立成就动机激励体系

机械控制工程基础课程是应用性和实践性很强的课程，学习效果的关键表现应是知行结合、学以致用、提高解决问题的能力，而不是简单的卷面成绩。更为重要的是，考核内容与方式要能够有效激励学生，促进学生主动学习，并不断地提升专业素养。在考核方式上，我们摒弃传统方式，建立基于解决问题与创新能力的评价方式，该方式包括自评、互评、师评和加分，是有学生参与和开放的评价模式。

3结束语

篇3：机械工程控制基础总结

一、课程特点和教学现状

学习本课程之前考生应具有一定的高等数学、力学和电工学基础 (至少以高等数学、电工电子技术为先修课程) , 同时应具有一定的机械工程基础知识和计算机应用能力, 以便使考生顺利掌握机械工程数学模型的建立以及相应的运算。

机械工程控制基础课程理论性比较强, 概念比较多, 内容较抽象、涉及知识面较广、要求学生具有较好的相关专业知识做基础, 参加自考的学生, 高考分数相对较低, 基础比较弱, 在刚开始学习时感到困难, 存在畏难心里。

基于机械工程控制基础课程的教学现况和特点.我们尝试从教学内容改革、教学方法改革和考核模式等方面进行课程改革。取得了预期的教学效果。

二、教学内容改革

现在使用教材是董霞主编的 《机械工程控制基础》, 教材内容系统性强、内容详实, 该书作为一门自学考试教材, 理论上只保留了经典控制理论的基本内容体系, 力求在阐明经典控制理论的基本概念、基本知识和基本方法的基础上, 密切结合机械工程实际, 注意机、电结合, 注重数理基础知识和专业知识之间的联系, 加强计算机仿真技术在控制系统中的应用。

该书一是考虑学科发展对知识进行了更新, 主要是引入了M A TLA B软件作为控制系统分析和设计的工具, 二是对篇幅进行了适度压缩, 主要是将自考生不作为考核要求的内容进行了彻底删除, 三是考虑到对自考生的实用性和适用性, 适度增加了一些利用M A TLA B求解分析的例题和习题, 并附上了M A TLA B应用的基础知识和习题答案, 以便于自考生自学。

我们在教学中结合课程实际, 重点给学生讲授机械工程控制基础课程六个方面的教学内容:

1) 机械工程控制基础概述, 主要介绍控制理论的发展简史、机械工程控制论的基本含义以及控制系统中第几个重要概念;并列举机械工程控制论的一些应用实例。

2) 拉普拉斯变换的数学方法, 主要介绍拉氏变换的定义, 典型函数的拉氏变换, 拉氏变换的性质和数学方法。

3) 控制系统的数学模型, 主要介绍机械工程控制中如何列写系统的微分方程即列写时应注意的问题, 阐明产点函数的概念与意义, 列举一些物理系统传递函数的推导方法。

4) 控制系统的时域分析。主要介绍了系统时间响应的基本概念, 对一阶二阶时间响应进行了分析, 对系统的瞬态响应的性能指标进行分析, 对系统的瞬态响应的性能进行了分析。

5) 系统的频率特性。主要介绍了频率响应的概念及其图解表示方法, 重点介绍对数坐标图、极坐标图, 还介绍了闭环频率特性。

6) 系统的稳定性。介绍了线性系统稳定性的概念及基本判别依据。

在具体的学习中, 我们结合历年自考真题, 给同学们介绍哪些是自考的重点, 引导学生在课本上做相应的标记, 以考促学, 提高学生的学习兴趣。

具体学时分配的研究:

我校机械和机电专业的机械工程控制基础课程总学时为72 个, 理论学时占72 个。春季学期44 个学时, 夏季学期16 个学时, 秋季学期16 个学时, 对于一门应重视理论与实践相结合的机械、机电核心课程, 以后计划开出部分实验课程。

三、自考30 分实践作业改革

机械工程控制基础课程最终成绩由两部分构成, 在校的自考生, 参加全国统一自学考试的成绩占这门课程成绩的70% , 主考院校自己考核占30% , 主考院校考核通过网上提交作业的形式完成, 主考院校根据作业的完成情况给予打分, 两项相加作为该课程的总成绩。

30 分实践作业以前由学生自己组织答案课下完成, 学生水平参差不齐, 得分有高有低。现在改为由任课老师统一辅导, 安排2 课时的辅导课时, 完成作业后统一提交, 现在大大的提高了作业得分, 学生能够获得比较理想的分数。

四、考前辅导改革

每年4 月和10 月统考前, 为自考课程安排一周的自考辅导, 机械工程控制基础安排10 学时的辅导。考前辅导主要为学生讲解历年考试真题, 讲解自考应试答题技巧。

指导学生自考答题注意事项:答题的顺序, 不要留空白题目, 答题要准确, 条理要清楚, 要点要突出, 对于不同的题型, 要采用不同的答题技巧。

五、考核方法改革

传统的考核方法是以期末考试决定学生的课程成绩。我们在实践教学中, 提高学生平时成绩的比例, 平时成绩站到了30% , 平时成绩主要包括出勤, 作业和课堂提问, 期末考试, 占总成绩的70% 。通过改革考核方法, 使得学生全程参与到课程学习中来, 调动了学生的学习积极性, 提高了学习的兴趣。

自考是专科学生提升学历的重要途径, 自考课程的教学在学校内得到了充分的重视, 学校鼓励教师改革教学方法, 提高学生的自考成绩。对机械工程控制基础课程进行教学改革, 面向自考重新设计了课程的教学内容、自考30 分实践作业改革, 考前辅导改革以及考核方法改革, 改革取得了很好的效果, 我们不断修正教学的方法, 学生学到了知识, 提高了通过率, 教师对课程的理解进一步加深, 取得了双赢的效果。

参考文献

[1]董霞, 李天石, 陈康宁.机械工程控制基础[M].机械工业出版社, 2012.

[2]尚志武, 刘国华, 贠今天.机械工程控制基础课程教学改革研究[J].新课程研究, 2014.

篇4：机械工程控制基础总结

【摘要】《机械工程控制基础》课程的实验教学是该课程的重要环节。搞好实验环节可以提高学生的学习兴趣，加深其对理论知识的理解，还可以提高动手能力。本文将软件仿真、设计制作、搭建调试等形式的实验项目结合起来，方便学生从多角度理解控制系统，锻炼学生设计、制作、操作等多方面的能力。经过两年的教学实践，取得了良好的教学效果。

【关键词】机械工程控制基础 实验教学 MATLAB

【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）03-0215-02

《机械工程控制基础》是我校机械制造及其自动化专业和测控技术与仪器专业学生必修的一门重要的专业基础课， 课程的主要内容是依托控制论的理论基础， 来研究和分析机械工程技术中的实际问题。主要包括系统的数学模型、时域频域分析、稳定性分析和控制器设计等。如果在学习过程中，脱离工程实践，不能搞懂这些理论分析作用和依据，而只会套公式，就会使学生不是主动学习知识，而是被动的接受知识，使其失去学习兴趣，影响学习效果。因此和这门课相对应的实验环节尤其重要。

一、实验形式的思考

随着社会的发展，应用型本科教育的重心向实用性靠拢；这就要求我们的学生既懂控制系统的原理与设计等理论知识，还要能解决在生产过程中遇到的控制系统实际问题。但以往的实验环节，均采用在电脑上用MATLAB软件进行仿真验证的方式进行，学生完成实验后，对控制系统的构成、作用、分析等仍然理解不深，不能很好地把实验结果和工程实际很好地结合起来。为了适应社会和企业的要求我们的实验教学就必须有所改进和创新，根据教学要求和我校实验室设备的具体情况，我们对实验形式做了以下改进：

1.保留工程设计应用软件这种形式，充分利用软件的强大仿真能力，使得学生能够将抽象的理论知识形象化，曲线化，用以验证自己的设计是否合理。

2.应用实验箱、面包板和元器件让学生对仿真模块进行进一步的验证，可以加深学生对知识的理解，将理论知识与实际应用更好地联系起来，还可以提高学生元器件选用和动手搭建电路的能力，同时也掌握了信号发生器、示波器等仪器的使用能力。

3.用实际的工业工程设备组成一个闭环的调节系统，通过系统连接，参数设定将被调参数控制到预定的数值，使得学生能够在实际的控制回路中体会PID参数设置的神奇。作为应用型本科的学生，毕业后从事的工作往往不是控制系统的设计制造而是控制系统的应用维护等实际问题，这种实验形式与之关联度更高，更切合实际。

二、实验的具体实施

下边以控制器设计为例，讨论上述实验形式是如何具体实施的。

1.应用MATLAB中SIMULINK模块中的方框图，将比例电路，积分电路和微分电路的传递函数数学模型连接起来，组成如下的系统方框图，分析本系统的时域特性和频域特性。

实验时要求学生根据理论课所学知识，在阶跃干扰的作用下，分别加载P（比例）作用控制，PI（比例积分）作用控制，PID（比例积分微分）作用控制的校正曲线进行比较；同时改变调节系数（KP、KI、KD），直观的了解不同的调节系数对控制质量的影响。

2.应用实验箱和面包版，用元器件搭建比例、微分、积分电路和被控对象，并用信号发生器和示波器分别发送和观察输入输出信号的波形。

这个环节练习的重点是元器件的选用、信号发生器和示波器的使用以及改变元件参数对应控制系统的响应情况、改变干扰信号的输入点输出信号的变化分析等。比较自己搭建的系统和仿真软件系统同样输入信号下曲线的相同点和不同点，并分析原因。

3.用传感器、调节器、执行元件、被调对象等工程设备组成一个闭环调节系统。

系统包含PT100热电阻，智能调节器，温度源（内装电加热丝和冷却风扇）综合实验台等，具体原理及实物图如图4、图5所示。

当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻Pt100的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给PID智能温度调节器，经调节器的电阻-电压转换后与温度设定值比较再进行PID运算输出可控硅触发信号（加热）和继电器触发信号（冷却），使温度源的温度趋近温度设定值。

本环节可以加深学生对温度控制系统的组成、原理、控制器设计等基础知识的理解，了解热电阻传感器在工程实践中为了消除线路误差采用的三线制接法，掌握温度控制系统PID参数的整定方法。还可以使学生比较人工整定和智能调节器自整定有什么不同，自整定是否可以完全取代人工整定等问题。通过上述过程，可以利用这个简单的温度控制系统来提高学生的工程意识和工程能力。

三、实验效果的总结

通过两年的探索和实施，我们《机械控制工程基础》这门课的实验紧紧围绕“设计—制造—使用”这条主线进行，取得了意想不到的效果。最明显的一点是学生对课程的兴趣提高了，从被动的听课到主动地到实验室预约实验时间和实验设备，想尽快尽早的验证自己设计方案是否合理，如果和预想的有出入可以马上修正。应用型本科的特点就是培养实用型人才，我们的实验教学就是要把学生培养成懂设计、懂原理、懂制造、会安装调试、会合理使用、会快速维修、会维护保养的“三懂四会”的人才，为学生走上工作岗位打下坚实的基础，同时也为我们其他课程的实验提供了成熟的改革思路。

参考文献：

[1]艾超，陈立娟，孔祥东，姚静.控制工程基础课程教学模式的改革与实践[J].教学研究，2015，（7）：94-97.

[2]陈晓.《控制工程基础》课程实验教学的研究与探讨[J].安阳工学院学报，2015，（2）：112-113.

作者简介：

篇5：机械工程控制基础总结

一、课程概况

这是一门化工类各专业必修的专业基础课。通过本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析、计算、实验的初步能力，从理论上为后继专业课程的学习创造必要的条件，为学生将来从事工业自动化专业的工程技术工作和科研工作打下坚实的基础。计划理论32学时，实验8学时。

二、学习本课程必备的理论基础、高等数学和工程数学是本课程的重要基础，学生在学习本课程前，应具备微分方程、差分方程、复变函数、积分变换、矩阵等有关数学知识。、电路与磁路、电子技术基础两门课程，是本课程的先修课程。、学生在学习本课程前，需要有一定的化工、电机、自动控制元件等方面知识。

三、课程主要内容和学时分配 第一章 绪论

主要内容：自动控制的现状与发展、基本概念，自动控制系统的组成机构；自动控制系统的分类、基本要求，自动控制理论的发展历史。

基本要求：（1）了解化工过程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。（2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。（3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。（4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制控制系统的方框图。（5）了解控制系统中基本名词和基本变量。（6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。（7）了解对控制系统的基本要求。

重点：（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。（2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。

难点 ：广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。第二章 系统的数学模型

主要内容：系统的微分方程、传递函数；传递函数方框图、相似原理；MATLAB描述。基本要求：（1）了解数学模型的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的微分方程。（2）掌握传递函数的概念、特点，会求传递函数的零点、极点及放大系数。（3）能够用分析法求系统的传递函数。（4）掌握各个典型环节的特点，传递函数的基本形式及相关参数的物理意义。（5）了解传递函数方框图的组成及意义；能够根据系统微分方程，绘制系统传递函数方框图，并实现简化，从而求出系统传递函数。（6）掌握闭环系统中前向通道传递函数、开环传递函数、闭环传递函数的定义及求法。掌握干扰作用下，系统的输出及传递函数的求法和特点。（7）了解相似原理的概念。（8）了解系统的状态空间表示法，了解MATLAB中，数学模型的几种表示法。

重点：（1）系统微分方程的列写。（2）传递函数的概念、特点及求法；典型环节的传递函数。（3）传递函数方框图的绘制及简化。

难点：（1）系统微分方程的列写。（2）传递函数方框图的绘制及简化。第三章 系统的时间响应分析

主要内容：时间响应的基本概念、典型输入信号及其变换；一阶系统的响应特性；二阶系统响应；系统误差分析与计算、高阶系统；单位脉冲函数在时间响应中的作用；MATLAB函数命令及其应用。

基本要求：（1）了解系统时间响应的组成；初步掌握系统特征根的实部和虚部对系统自由响应项的影响情况，掌握系统稳定性与特征根实部之间的关系。（2）了解控制系统时间响应分析中的常用的典型输入信号及其特点。（3）掌握一阶系统的定义和基本参数，能够求解一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应；掌握一阶系统时间响应曲线的基本形状及意义。掌握线性系统中，存在微分关系的输入，其输出也存在微分关系的基本结论。（4）掌握二阶系统的定义和基本参数；掌握二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；掌握二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（5）了解主导极点的定义及作用；（6）掌握系统误差的定义，掌握系统误差与系统偏差的关系，掌握误差及稳态误差的求法；能够分析系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。（7）了解单位脉冲响应函数与系统传递函数之间的关系。

重点：（1）系统稳定性与特征根实部的关系。（2）一阶系统的定义和基本参数，一阶系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应及单位斜坡响应曲线的基本形状及意义。（3）二阶系统的定义和基本参数；二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（4）系统误差的定义，系统误差与系统偏差的关系，误差及稳态误差的求法；系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。

难点 ：（1）二阶系统单位脉冲响应曲线、单位阶跃响应曲线的基本形状及其振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系；二阶系统性能指标的定义及其与系统特征参数之间的关系。（2）系统的输入、系统的结构和参数以及干扰对系统偏差的影响。第四章 系统的频率特性分析

主要内容：频率特性概念、特点、作用、求取方法；图示方法（极坐标图、对数坐标图）；频率特性的特征量、最小相位与非最小相位系统的概念；MATLAB分析频率特性方法。

基本要求：1．掌握频率特性的定义和代数表示法以及与传递函数、单位脉冲响应函数和微分方程之间的相互关系；掌握频率特性和频率响应的求法；掌握动刚度与动柔度的概念。2．掌握频率特性的图和

图的组成原理，熟悉典型环节的图和

图和

图的特点及其绘制，掌握一般系统的的图的特点和绘制。3．了解闭环频率特性与开环频率特性之间的关系。4．掌握频域中性能指标的定义和求法；了解频域性能指标与系统性能的关系。5．了解最小相位系统和非最小相位系统的概念。

重点：1．频率特性基本概念、代数表示法及其特点。2．频率特性的图示法的原理、典型环节的图示法及其特点和一般系统频率特性的两种图形的绘制。3．频域中的性能指标。

难点：1．一般系统频率特性图的画法以及对图形的分析。2．频域性能指标和时域性能指标之间的基本关系。第五章 系统的稳定性

主要内容：稳定性的概念与条件；稳定性判据，包括Routh、Nyquist、Bode等三种方法；相对稳定性；MATLAB分析稳定性的方法。

基本要求：1．了解系统稳定性的定义、系统稳定的条件；2．掌握件和充要条件，学会应用

判据的必要条

判据判定系统是否稳定，对于不稳定系统，能够指出系统包含不稳定的特征根的个数；3．掌握Nyquist判剧；4．理解Nyquist图和Bode图之间的关系； 5．掌握Bode判剧；6．理解系统相对稳定性的概念，会求相位裕度和幅值裕度，并能够在Nyquist图和Bode图上加以表示。

重点：1．Routh判剧、Nyquist判剧和Bode判剧的应用；2．系统相对稳定性；相位裕度和幅值裕度求法及其在Nyquist图和Bode图的表示法。

难点：Nyquist判剧及其应用。第六章 系统的性能指标与校正

主要内容：性能指标、校正的概念与目的；校正的方法，包括串联、PID、反馈、顺馈等；MATLAB设计系统校正的方法。

基本要求：（1）了解系统时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标的概念；了解频域性能指标和时域性能指标的关系。（2）了解系统校正的基本概念。（3）掌握增益校正的特点；熟练掌握相位超前校正装置、相位滞后校正装置和相位滞后—超前校正装置的模型、频率特性及有关量的概念、求法及意义；掌握各种校正装置的频率特性设计方法；熟练掌握各种校正的特点。（4）掌握PID校正的基本规律及各种调节器的特点；掌握PID调节器的工程设计方法。（5）掌握反馈校正、顺馈校正的定义、基本形式、作用和特点。

重点：（1）各种串联无源校正装置的模型、频率特性及有关量的概念、求法及意义；各种校正装置的特点及其设计方法。（2）PID校正的基本规律及各种调节器的特点；PID调节器的工程设计方法。（3）反馈校正、顺馈校正的定义、基本形式、作用和特点。

难点：（1）各种串联无源校正装置的设计。（2）PID调节器的工程设计方法。

四、教材与参考文献目录

教材：《自动控制原理》，巨林仓等编著，中国电力出版社出版 参考文献：

1.《自动控制原理》，李友善主编，朱克定主审，国防科技大学出版社出版 2.《自动控制原理》，孙虎章主编，中央广播电视大学出版社出版 3.《自动控制原理》，胡寿松主编，国防工业出版社出版（第四版）4.《自动控制原理》，周其节主编，华南理工大学出版社出版

五、实验教学目标与基本要求

实验是该课程重要的实践教学环节。目的旨在：验证理论知识，通过实验加强学生的实验手段与实践技能；掌握常用电工仪器仪表的使用方法，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神；学生自行设计、自主实验，真正培养学生的实践动手能力，全面提高学生的综合素质。

1．动手能力的培养： 通过实验，使学生对实验所用仪器、设备单元的用途和使用方法有足够的了解和掌握，并且要求学生做到：能够独立分析和排除实验用仪器、设备单元的常见故障；能够利用现有实验装置和仪器、仪表正确获取、处理实验数据。2．组织实验能力的培养：要求学生按照实验项目的原则要求和指标要求，自行拟定实验提纲，自行设计组织实验，自行设计实验方案，自行设计实验表格，自行决定需要测取的实验数据，自行决定实验小组人数，自行安排实验进程。最终上交完整合格的实验报告。

3．分析问题和解决问题能力的培养：实验中只向学生提供必要且完整的实验装置说明，提出实验目的、实验要求，以及欲达到的实验指标。要求学生能够正确运用学过的理论知识，通过实验掌握系统的调试方法，提高工程设计能力。

4.思维能力和创新能力的培养：通过启发、组织学生设计创新性实验，活跃学生的学术思想，使其对所学内容提出一些新的见解，进而 提高学生的创新能力。

5．综合素质的培养：通过对实验准备、实验过程组织以及实验报告整理书写（实验报告中含实验数据分析等内容）等项要求的不断调整，全面提高学生的综合素质，为进一步接触实践，走向社会打下坚实的基础。

六、实验项目及教学安排

1．MATLAB软件及其应用仿真

2学时； 2.典型环节及二阶系统的暂态过程分析 2学时； 3.线性系统频率特性的测试 1学时；4.PID控制器的动态特性

1学时；

七、实验教材及参考书

《自动控制实验指导书》，《MATLAB语言及其应用》

八、教学方法与手段

多媒体课件教学，将计算机辅助软件 MATLAB 应用于本课程教学，避免了繁琐的数学推导和计算，化抽象为具体，通过仿真，使学生更直观的掌握本课程的基本概念。

九、考核方式和成绩评定

考核分为二部分：一是平时作业、课堂测验和实验成绩，占总成绩的 40% ；二是该课程的期末考试，占总成绩的 60%。

篇6：机械工程控制基础总结

1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？

答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不用测量；闭环系统有反馈、控制精度高、结构复杂、设计时需要校核稳定性。

2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？

答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃奎斯特图与单位圆的交点连一直线，该直线与负实轴的夹角。幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。

3.试写出PID控制器的传递函数？

答：GC(s)=KP+KDs+KI/s

4,什么叫校正（或补偿）？

答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的方法。

5.请简述顺馈校正的特点

答：顺馈校正的特点是在干扰引起误差之前就对它进行近似补偿，以便及时消除干扰的影响。

6.传函的主要特点有哪些？

答：（1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与本身参数和结构有关，与外界输入无关；

（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分子中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。

7.设系统的特征方程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。

答：各项系数为正，且不为零，满足稳定的必要条件。列出劳斯数列：

s4 4

s3 6 3

s2 3 6

s1 -25/3

s0 6

所以第一列有符号变化，该系统不稳定。

8.机械控制工程主要研究并解决的问题是什么？

答：（1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。（3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。

（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 9，在系统校正中，常用的性能指标有哪些？

答：（1）在系统校正中，常用的性能指标按其类型可分为：(1)时域性能指标，它包括瞬态性能指标（即上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间等）和稳态性能指标（即稳态误差）。（2）频域性能指标，它包括相位裕量、幅值裕量、频宽等。

10.求拉氏反变换的方法有哪些？

答：（1）查表法；（2）有理函数法；（3）部分分式法。

11.简述二阶欠阻尼系数a，wn与性能指标Mp(超调量)、ts(调整时间)的关系。

答：二阶欠阻尼系统若a不变，增大或减小w(n)，则超调量t(p)不变，调整时间t(s)减小（或增大）;若t(n)不变，增大（或减小）a，则超调量M(p)减小（或增大），调整时间t(s)减小（增大）

12.简述串联超前校正环节的作用。

答：串联超前校正环节的作用是：串联超前校正环节增大了相位裕量，加大了宽带，这就意味着提高了系统的相对稳定性，加快了系统的响应速度，使过度过程得到显著改善。但由于系统的增益和型次都未变化，所以稳态精度变化不大。

13.传递函数的典型环节主要有哪几种？

答：（1）比例环节K；（2）积分环节1/s（3）微分环节s（4）惯性环节1/（Ts+1）（5）一阶微分环节Ts+1（6）Www.震荡环节1/(T2s2+2aTs+1)（7）二阶微分环节T2s2+2aTs+1（8）延时环节e-ts

14.终值定理的应用条件是什么？

答：若函数f（t）及其一阶导数都是可拉氏变换的，并且除在原点处唯一的极点外，sF（s）在包括含jw轴的右半s平面内是解析的，这就意味着当t趋近与无穷时f（t）趋于一个确定的值，则函数f（t）的终值为limf（t）=limF（s）。

15.什么叫系统分析？

答：当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出（响应），并且通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。

16.对数坐标图的主要优点有哪些？

答：（1）可以将幅值相乘转化为幅值相加，便于绘制多个环节串联组成的系统的对数频率特性图。（2）可采用渐近线近似的作用方法绘制对数幅频图，简单方便，尤其是在控制系统设计、校正及系统辨识等方面，优点更为突出。（3）对数分度有效地扩展了频率范围，尤其是低频段的扩展，对工程系统设计具有重要意义。

17.简述拉氏反变换中部分分式法的步骤。

答：部分分式法是通过代数运算，先将一个复杂的象限函数化为数个简单的部分分式之和，再分别求出各个分式的原函数，总的原函数即可求得。

18.请写出超前校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能？ 答：Gc(s)=1/a乘aTs+1/(Ts+1),a>1可增加相位裕量，调整频带宽度。

19.影响系统稳态误差的因素有哪些？

答：影响系统稳态误差的因素有系统的类型、开环增益和输入信号。

20.已知系统的调节器为Gc(s)=(T1s+1)(T2s+1)/s,其中T1、T2>0，问是否可以称其为PID调节器，请说明理由。

答：可以称其为PID调节器。

Gc(s)=(T1+T2)+T1T2S+1/S .Gc(s)由比例部分 (T1+T2) 、微分部分T1T2s及积分部分1/s相加而成。

21.什么叫机械系统的动柔度和动刚度？

答：若机械系统的输入为力，输出为位移（变形），则机械系统的频率特性就是机械系统的动柔度；机械系统的频率特性的倒数就是机械系统的动刚度。

22.什么叫机械系统的基本要求？

答：对控制系统的基本要求有系统的稳定性、响应的快速性和响应的准确性等，其中系统的稳定性是控制系统工作的首要条件。在参数已知的情况下分析和评定系统的稳定性、快速性和准确性。

23.设开环传递函数Gs=100/s+10s+50,试说明开环系统频率特性极坐标图的起点和终点。 答：G（s）=0.2/（0.1s+1）（0.02s+1）

G（jw）=0.2/(j0.1w+1)(j0.02w+1)

G(jw)极坐标图起点：（0.2.j0）

G(jw)极坐标图终点（0，j0）

29.什么是数学模型？

答：数学模型是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。一个合理的数学模型应以最简化的形式，准确地描述系统的动态特性。

30.线性系统的主要特征是什么？

答：若系统的数学模型表达式是线性的，则这种系统就是线性系统。线性系统最重要的特征是可以运用叠加原理。所谓叠加原理，就是系统在几个外加作用下所产生的响应，等于各个外加作用单独作用的响应之和。

31.简述系统时间响应的概念。

答：机械工程系统在外加作用激励下，其输出量随时间变化的函数关系称之为系统的时间响应，通过时间响应的分析可以揭示系统本事的动态特性。

32.在频率特性的图形表示方法中，常用的方法有哪几种？

答：（1）对数坐标图或称伯德图（2）极坐标图或称乃奎斯特图（3）对数幅-相图。

33.判断定常系统是否稳定的方法有哪几种？

答：劳斯判据；胡尔维茨判据；乃奎斯特稳定性判据；根轨迹法。

34.反馈校正与串联校正相比，所具有的优点是哪些？

答：反馈校正比串联校正更有其突出的优点：利用反馈能有效地改变被包围环节的动态结构参数，甚至在一定条件下能用反馈校正完全取代包围环节，从而大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带来的不利影响。

35.什么是反馈（包括正反馈和负反馈）？

答：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。

36.劳斯-胡尔维茨稳定性判据的根据是什么？

答：利用特征方程式的根与系统的代数关系，由特征方程中的已知系数间接判断出方程的根是否具有负实部，从而判断系统是否稳定。

37.采用何种方式可以同时减少或消除控制输入和干扰作用下的稳态误差？

答：在干扰作用点至系统输入口的前通道中，提高增益和设置积分环节。

38.简述拉氏变换的线性性质。

答：拉氏变换是一个线性变换，若有常数KK，函数f(t1),f(t2),则L[K1f1(t)+K2f2(t)]=K1L[f1(t)]+K2L[f2(t)]=K1F1(s)+K2F2(s)

39．系统的频域性能指标有哪些？

答：相位裕量、幅值裕量、截止裕量及频宽、谐振频率及谐振峰值。

40.频率特性和传递函数的关系是什么？

答：若系统的`传递函数为G（s），则相应系统的频率特性为G（jw），即将传递函数中得s用jw代替

40.请写出滞后校正装置的传递函数，如果将它用于串联校正，可以改善系统什么性能？ 答：G(s)=Ts+1/9aTs+1)，提高系统的稳态精度。

41.什么是系统频率特性的截止频率？

答：是指系统闭环频率特性的幅值下降到其零频率幅值以下3dB时的频率。

42.典型二阶系统（当0或=1时）在单位阶跃输入信号作用下的输出响应的特性是什么？

答：0

a=0时，为不衰减振荡过程；a>0或=1时，为非周期过程。

43.系统时间响应的瞬态响应反映哪方面的性能？而稳态响应反映哪方面的性能？

答：瞬态响应反映了系统的稳定性和响应的快速性等方面的性能，而稳态响应反映了系统响应的准确性。

44.当系统的阻尼比满足什么条件时，二阶系统特征方程的根为两个不相等的负实根？ 答：二阶系统的特征方程为：

s2+2awns+wn2=0特征根为s=-aw+-√a2+1，要使根具为两个不相等的负实根，必须满足-awn0； a>1

45.请简述拉氏变换的卷积定理。

答：若Fs=Lft，Gs=Lgt则有L∫ft-b

46.已知零初始条件下某系统的单位脉冲响应，能否求出该系统的闭环传递函数？若可以，如何求？

答：可以。将零初始条件下单位脉冲响应求拉氏变换即为该系统的闭环传递函数。

47.控制系统稳定性的定义是什么？

答：稳定性的定义为:系统在受到外界扰动作用时，其被控制量将偏离平衡位置，当这个扰动作用去除后，若系统在足够长的时间内能恢复到其原来的平衡状态或者趋于一个给定的新的平衡状态，则该系统是稳定的。

48.判定系统是否稳定？

答：相位裕量和幅值裕量大于零，则系统是稳定的，若相位裕量和幅值裕量为零，则系统为临界稳定，其他为系统不稳定。

49.试从控制的观点分析反馈校正的特点。

答：反馈校正能有效地改变被包围环节的动态结构参数，甚至在一定条件下能用反馈校正完全取代包围环节，从而大大减弱这部分环节由于特性参数变化及各种干扰给系统带来的不利影响。

50.实现校正的方式有哪几种？

答：串联校正、并联校正和PID校正。

51.什么是主导极点？

答：主导极点是指系统所有闭环极点中距离虚轴最近，且周围没有其他闭环零点的那些闭环极点。主导极点对系统的响应起主导作用。

52.最小相位系统与非最小相位系统的对数频率特性有何异同？

答：最小相位与非最小相位系统的对数幅频特性相同，两者对数相频特性不同，非最小相位系统的相角变化绝对值比最小相位系统相角变化绝对值大。

53.系统有二个闭环特征根分布在s平面的右半面，劳斯表中第一列元素的符号改变几次？ 答：有二个右半s平面的特征根，说明劳斯表中第一列元素的符号改变二次。

4.简述串联相位超前、相位滞后校正的优缺点是什么。

答：相位超前校正：优点：加快系统响应速度；提高系统相对稳定性。缺点;问题精度变化不大。

相位滞后校正;优点：提高系统稳态精度；提高系统相对稳定性。缺点：降低系统响应速度。

55.试述绘制系统的伯德图的

一半方法步骤。

答：（1）由传递函数求出频率特性并将其化为若干典型环节频率特性相乘的形式；（2）求出各典型环节的转角频率、阻尼比a等参数；（3）分别画出各典型环节的幅频曲线的渐近线和相频曲线；（4）将各环节的对数幅频曲线的渐近线进行叠加得到系统幅频曲线的渐近线并对其进行修正；（5）将各环节相频曲线叠加，得到系统的相频曲线。

56.什么是系统的传递函数？应用传递函数分析系统时必须具备什么条件？

答：传递函数是初始条件为零时系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。具备条件：

（1）系统描述为时域问题，即有时间函数f（t）；（2）在描述范围内至少分段连续；（3）系统为线性。

57.传递函数的定义是什么？一个物理可实现的系统，其传递函数有什么特征？

答：线性定常控制系统，当初始条件为零时，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比称为系的传递函数。一个物理可实现个系统，其传递函数分母阶数n应不小于阶数m，即nRm

58.简要说明欲降低由输入和干扰信号引起的稳态误差，采用的措施有何不同？

答：欲降低由输入信号引起的稳态误差，应提高系统开环放大倍数或在系统中增加积分环节（提高系统型次）；欲降低由于干扰信号引起的稳态误差，应在干扰信号作用点之前的前通道中增加放大倍数或增加积分环节。

59.控制系统开环频率特性的三个频段是如何划分的？它们各自反映系统哪方面的性能？ 答：一般将系统开环频率特性的复制穿越频率wc看成是频率响应的中心频率，把w《wc的频率范围称为低频段；把wc附近的频率范围称为中频段；把w》wc的频率范围称为高频段。

开环频率特性的低频段反映了控制系统的稳态性能；中频段反映了控制系统的动态性能；高频段反映了控制系统的抗高频干扰性能和系统的复杂性。

60.简述劳斯稳定判据和乃奎斯特稳定判据在使用方法和功能上的区别。

答：在使用方法上的区别：劳斯判据是利用系统闭环特征方程的系统做成劳斯表，根据劳斯表首列元素的符号来判断闭环系统的稳定性，是一种代数方法；而乃奎斯特判据则是利用系统开环频率特性，由开环频率特性图判断闭环系统的稳定性，属于频率特性分析方法。 在功能上的区别：劳斯判据只能判断闭环系统稳定与否，而乃奎斯特判据不仅能判断闭环系统的稳定性，还能给出系统稳定或不稳定的程度，揭示改善系统稳定性的途径。

61.什么是信息和信息的传递?试举例说明?

答:一切能表达一定含义的信号、密码、情报和均为信息。例如，机械系统中的应力、变形、温升、几何尺寸与形状精度等等，表明了机械系统信号、密码、情报或消息。所谓信息传递，是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递，或称转换。如机床加工工艺系统，将工件作为信息，通过工艺过程的转换，加工前后工件尺寸分布有所变化这样，研究机床加工精度问题，可通过运用信息处理的理论和方法来进行。

62．系统数学模型有哪些？采用哪些方法建立数学模型？

答：系统的数学模型主要有两种，对于单输出系统采用的是传递函数表达式，在现代控制理论中数学模型采用状态空间表达式。建立系统的数学模型有两种方法。1）分析法：根据系统本身所遵循的有关定律写出数学表达式，在列方程的过程中进行必要的简化，如线性化等。

2）实验法：是根据系统对某些典型输入信号的响应或其它实验数据建立数学模型。

63．时间响应由哪两部分组成，它们的含义和作用是什么？

答：系统的时间响应是由瞬态响应和稳态响应两部分组成。系统受到外加作用后，从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。当时间趋于无穷大时，系统的输出状态称为稳态响应。瞬态响应反映了系统的动态性能，而稳态响应偏离系统希望的程度可用来衡量系统的精确程度。

64．相位裕量Kg的定义？