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课 程 介 绍
课程名称：《机械工程控制基础》
美国数学家诺伯特.维纳于1948年出版的名著《控制论》，标志着控制论这门学科的诞生，并被认为是20世纪上半叶科学理论的伟业之一。控制的应用首先出现于工程系统，使机器、设备或生产过程等被控对象在没有人或较少人参与的情况下，能够按照预定的规律自动地运行或变化。例如，化工生产中要求反应塔的温度和压力自动维持恒定不变，防空系统要求通过跟踪雷达和指挥仪使高炮自动地跟踪目标，无人驾驶飞机要求能按预定航迹自动飞行，载人飞船能够发射到预定轨道并能准确回收，数控机床要按照规定程序运行，机器人的自主行动，等等，所有这些都需要控制工程理论和技术。
“控制工程”是一个令人兴奋和具有挑战性的领域。众多学科通过控制工程进行交叉，它在工程专业中具有核心课的地位。控制工程在航空航天、化工、电机、工业制造和机械工程专业，甚至社会学、生物学、生态学和经济学控制行为中都有应用。
控制的核心思想就是反馈，咱们常认为控制就是指反馈控制。反馈控制已成为复杂工程系统设计（包括机电控制系统设计）的常用的一条原理。反馈控制机制作用于飞船、卫星、飞机、汽车、轮船，作用于工业中的机床、机器人、生产线…，以及作用于日常生活中的计算机硬盘、热水器、冰箱、空调…。人们每天被采用反馈控制机制的产品围绕着，我们在每天的工作、生活中也执行着各种控制+反馈的决策行为，可以说，反馈控制无处不在。
本门课就是展现反馈控制的基本知识结构，强调在机械工程领域中进行控制应用的分析和设计方法。机械工程控制基础以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。
学生经过本课程学习后，应该达到如下基本要求
n对于建立机电系统的数学模型，有关数学工具（如Laplace变换等）的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。
n对于典型系统的时域和频域特性，应有清晰的基本概念并能熟练掌握。
n掌握判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据。
n对于线性系统的性能指标有较全面的认识，了解并掌握系统的综合与校正的常用方法。
n对系统辩识问题应建立基本概念。
教 师 简 介
李挺，男，江南大学机械工程学院机械电子系讲师。在教育部组织对江南大学的教学评估期间，担任机电教研室主任并承担教学评估准备管理和组织工作。长期从事教学和科研工作，做到教学和设计实践相结合，并积极在教学环节中落实实际设计理念。主讲过多门机电类核心课程：包括微机原理、机械工程控制基础、数控技术、机器人技术等。
主要研究方向：机械自动化与机器人。
主要经历和成果有：
Ø曾获校青年教师讲课比赛二等奖；
Ø多次获得校优秀毕业设计指导教师称号，指导学生曾获江苏省优秀毕业设计三等奖；
Ø获校多媒体课件比赛二等奖和省多媒体课件比赛“三等奖”。
Ø主审轻工出版社出版的《数控技术》教材一部。
Ø工作之初，曾在西安飞机发动机公司430厂实习两个月，此后，从事了多项科研实践活动。
Ø1990—1992 参与研究国家自然科学基金－“智能机器系统与模糊控制器”之子项目“语音交互式自动编程系统”研究；
Ø1992—1994 参与航空工业基金重点项目“智能双足步行机器人研究”，并通过鉴定；
Ø1993.4 主研并开发成功企业横向课题“健身器阻尼油缸测试机”中的计算机测控部分；
Ø1995.7 主持设计并开发成功企业委托产品－“双螺杆塑料挤压造粒机计算机控制系统”；
Ø2000.7—2001.9 主持研制并开发成功企业委托项目“磨辊磨光及拉丝数控系统”，该数控机床是4轴3联动机床，属于江南大学研制成功的首台高性能数控机床；
Ø2007.1—2010.9 完成“江苏省数字化制造技术重点建设实验室”开放课题“面向食品包装的Delta并联机器人的运动学、动力学分析和控制仿真”，并通过省专家组的验收；
Ø2009.6—2011.6 主持研制和开发企业委托项目“6自由度关节式焊接机器人”，属于江南大学研制的首台高性能工业机器人。
参 考 资 料
1、胡寿松主编：《自动控制原理-第四版》，科学出版社，2001。
2、胡寿松主编：《自动控制原理习题集-第二版》，科学出版社，2003。
3、梅晓榕主编：《自动控制原理》，科学出版社，2002。
4、邹伯敏主编：《自动控制原理》，机械工业出版社，2002。
5、王占林著：《近代液压控制》，机械工业出版社，1997。
6、万百五、韩崇昭、蔡远利编著：《控制论—概念、方法与应用》，清华大学出版社,2009.
7、（美）Richard C.Dof、Robert H.Bishop著：《现代控制系统-第十版》清华大学出版社，2008。
8、高钟毓编著：《机电控制工程-第二版》清华大学出版社，2001。
9、董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅 编著：《控制工程基础-第三版》清华大学出版社,2009.
10、（美）Gene F.Franklin、J.David Powell 著：《自动控制原理与设计-第五版》人民邮电出版社，2007。
11、张爱民、葛思擘、杜行俭：《自动控制理论-重点难点及典型题解析》，西安交通大学出版社，2002
12、梅晓榕主编：《自动控制原理学习与考研指导》，科学出版社，2004。
13、杨平、翁思义、王志平编著：《自动控制原理学习辅导》，中国电力出版社，2005。
江南大学现代远程教育课程大纲
课程名称：《机械工程控制基础》
适用专业：机械工程
课程性质：专业基础课
学时数：建议授课学时为36学时，实验4学时；复习、习题、实验报告等课外学时为50学时以上）
一、课程的学习目的和意义
本课程以控制论为理论基础，研究机械工程中广义系统的动力学问题；同时，它又是一种方法论。学习本课程的目的在于使学生能以动态（即动力学）的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体的而不是分离的角度，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为；能结合工程实际，应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。
这包括两个方面：
①对机电系统中存在的问题能够以控制论的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的本质和有效的解决方法；
②如何控制一个机电系统，使之按预定的规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实现最佳控制打下基础。
二、课程内容
第一章绪论
第一节引言
第二节机械工程控制论的研究任务
第三节反馈
第四节反馈控制系统及其组成
第五节控制系统的分类
第六节对控制系统的基本要求
第二章系统的数学模型
第一节引言
第二节系统的微分方程
第三节相似原理
第四节传递函数的概念
第五节典型环节的传递函数
第六节系统传递函数方框图的建立
第七节传递函数方框图的等效简化
第八节闭环控制系统的传递函数
第三章时间响应分析
第一节时间响应及其组成
第二节一阶系统的时间响应
第三节二阶系统的时间响应
第四节二阶系统的性能分析
第五节高阶系统的时间响应
第六节系统误差分析与计算
第七节 单位脉冲响应函数在时间响应中的作用
第四章频率特性分析
第一节频率特性概述
第二节频率特性的Nyquixt图
第三节频率特性的Bode图
第四节系统的频率特征量
第五节最小相位系统与非最小相位系统
第五章系统的稳定性
第一节稳定性的初步概念
第二节Routh判据
第三节Nyquist判据
第四节Bode判据
第五节系统相对稳定性
第六章系统的性能指标与校正
第一节系统的性能指标
第二节系统的校正
第三节无源校正
第四节PID校正
第五节反馈校正
第六节顺馈校正
三、授课学时分配
序号 | 教学内容 | 讲课学时 |
1 | 第一章绪论 | 2 |
2 | 第二章系统的数学模型 | 6 |
3 | 第三章时间响应分析 | 5 |
4 | 第四章频率特性分析 | 6 |
5 | 第五章系统的稳定性 | 3 |
6 | 第六章系统的性能指标与校正 | 2 |
7 | 上机实验（利用课件里仿真实验）： 线性系统的时域响应、线性系统频率特性分析（Nyquist图 、Bode图）、校正（超前、滞后、滞后-超前、PID） | 4 |
8 | 合计 | 24+4 |
建议学时分配：
序号 | 教学内容 | 讲课学时 |
1 | 第一章绪论 | 4 |
2 | 第二章系统的数学模型 | 8 |
3 | 第三章时间响应分析 | 6 |
4 | 第四章频率特性分析 | 8 |
5 | 第五章系统的稳定性 | 6 |
6 | 第六章系统的性能指标与校正 | 4 |
7 | 上机实验（利用课件里仿真实验）： 线性系统的时域响应、线性系统频率特性分析（Nyquist图 、Bode图）、校正（超前、滞后、滞后-超前、PID） | 4 |
8 | 合计 | 36+4 |
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