高綱1514

江蘇省高等教育自學(xué)考試大綱

30587  機(jī)械控制工程基礎(chǔ)

揚州大學(xué)編

江蘇省高等教育自學(xué)考試委員會辦公室

Ⅰ  課程性質(zhì)與課程目標(biāo)

一、課程性質(zhì)和特點

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)（含實踐）》是機(jī)械制造及自動化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過學(xué)習(xí)，獲得機(jī)電控制系統(tǒng)分析及設(shè)計的基本理論、基本知識和方法；通過理論學(xué)習(xí)和仿真課程設(shè)計，具備對機(jī)電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性以及快速性等性能的分析能力，初步掌握機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。

本課程的先修課程為：工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械工程材料、機(jī)械制造技術(shù)；后續(xù)課程為：其它專業(yè)課程、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計。

二、課程目標(biāo)

1. 使考生掌握分析已有機(jī)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成以及工作原理的方法；

2. 掌握機(jī)電控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能等的分析和計算以及系統(tǒng)的綜合校正等基本原理和方法；

3. 通過理論學(xué)習(xí)、物理實驗和仿真實驗，訓(xùn)練考生對機(jī)電控制系統(tǒng)的綜合分析和設(shè)計能力；

4. 理解機(jī)械、電氣以及控制工程各領(lǐng)域之間的聯(lián)系。

三、與相關(guān)課程的聯(lián)系與區(qū)別

《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》是一門新興技術(shù)科學(xué)，也是一門邊緣學(xué)科，以控制理論為基礎(chǔ)，以有關(guān)自動控制和系統(tǒng)動力學(xué)的理論及其在機(jī)械工程中應(yīng)用為主要研究對象。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備自動控制理論、高等數(shù)學(xué)、積分變換、復(fù)變函數(shù)、電工電子技術(shù)、理論力學(xué)、機(jī)械振動等課程。

四、課程的重點和難點

1.課程的學(xué)習(xí)重點

1）建立機(jī)械控制工程的微分方程、傳遞函數(shù)及其方框圖、頻率特性等數(shù)學(xué)模型；

2）機(jī)械控制工程的一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)以及高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)，時域性能指標(biāo)等時域分析；

3）機(jī)械控制工程的頻率響應(yīng)、頻率特性、開環(huán)頻率特性（極坐標(biāo)）圖、開環(huán)對數(shù)頻率特性（伯德）圖；

4）機(jī)械控制系統(tǒng)的勞斯穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)、增益裕量和相位裕量等相對穩(wěn)定性的分析計算，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的分析和計算等；

5）機(jī)械控制系統(tǒng)的相位超前、相位滯后、相位滯后-超前以及PID等串聯(lián)校正。

2.課程的學(xué)習(xí)難點

1）機(jī)械控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性、以及穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性的分析與計算；

2）機(jī)械控制系統(tǒng)的相位滯后-超前串聯(lián)校正、PID校正，以及并聯(lián)校正的分析與計算。

Ⅱ  考核目標(biāo)

本大綱在考核目標(biāo)中，按照識記、領(lǐng)會、以及應(yīng)用三個層次規(guī)定其應(yīng)達(dá)到的能力層次要求。三個能力層次是遞升的關(guān)系，后者必須建立在前者的基礎(chǔ)上。各能力層次的含義是：

1.識記

理解本課程中的名詞術(shù)語、基本知識、概念的意義，并能準(zhǔn)確表達(dá)。

2.領(lǐng)會

在識記的基礎(chǔ)上，能全面把握基本內(nèi)容、基本理論和概念、基本方法，并注意各種概念、方法的特點與聯(lián)系。

3.應(yīng)用

在識記和領(lǐng)會的基礎(chǔ)上，能對機(jī)械工程控制系統(tǒng)分析和設(shè)計中的問題進(jìn)行正確的闡述、計算和分析，能運用所學(xué)的基本知識和理論、方法，解決機(jī)械工程控制系統(tǒng)分析和設(shè)計中的實際問題。

Ⅲ  課程內(nèi)容與考核要求

第1章  緒論

一、學(xué)習(xí)目的與要求

考生通過對第一章的學(xué)習(xí)，了解不同階段控制理論的發(fā)展情況以及控制系統(tǒng)的基本類型；掌握開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理、基本組成和結(jié)構(gòu)，以及對控制系統(tǒng)基本性能的要求。

二、課程內(nèi)容

控制工程概述、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的基本類型、對控制系統(tǒng)的基本要求。

三、考核知識點與考核要求

1. 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

識記：開環(huán)控制系統(tǒng)及其特點；閉環(huán)控制系統(tǒng)及其特點；半閉環(huán)控制系統(tǒng)及其特點；反饋控制系統(tǒng)；正反饋和負(fù)反饋；反饋控制系統(tǒng)的組成元件及含義。

領(lǐng)會：閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程；檢測偏差用于糾正偏差的原理。

應(yīng)用：參考對閉環(huán)恒溫箱控制系統(tǒng)，分析教材習(xí)題1.4所述倉庫大門自動控制系統(tǒng)及習(xí)題1.5所示液位自動控制系統(tǒng)的工作原理，并畫出控制系統(tǒng)框圖。

2. 控制系統(tǒng)的基本類型

識記：恒值控制系統(tǒng)；伺服跟蹤系統(tǒng)；程序控制系統(tǒng)；連續(xù)模擬式控制系統(tǒng)；離散數(shù)字式控制系統(tǒng)；有差系統(tǒng)；無差系統(tǒng)。

領(lǐng)會：各類型控制系統(tǒng)的基本含義；不同類型控制系統(tǒng)間的異同。

3. 對控制系統(tǒng)的基本要求

識記：穩(wěn)定性；快速性；準(zhǔn)確性；穩(wěn)態(tài)誤差。

領(lǐng)會：穩(wěn)、準(zhǔn)、快各自的意義及其間的相互影響。

四、本章重點、難點

重點：閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成及工作原理；對控制系統(tǒng)的基本要求。

難點：閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理、閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。

第2章  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

一、學(xué)習(xí)目的與要求

掌握建立機(jī)械控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)以及控制方框圖模型等方法，分析復(fù)雜閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖模型等效變化。

二、課程內(nèi)容

控制系統(tǒng)的微分方程；控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；控制系統(tǒng)的方框圖；典型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析。

三、考核知識點與考核要求

1.控制系統(tǒng)的微分方程

識記：線性系統(tǒng)及其特性；非線性系統(tǒng)及其特性；間隙非線性；死區(qū)非線性；摩擦力非線性；飽和非線性；平方律非線性；本質(zhì)非線性；非本質(zhì)非線性；微分方程；自由運動狀態(tài)；自由運動模態(tài)；微分方程的通解；微分方程的特解和特解；自然響應(yīng)；強(qiáng)迫響應(yīng)。

領(lǐng)會：線性系統(tǒng)的兩個重要特性；微分方程和齊次微分方程的意義。

應(yīng)用：建立控制系統(tǒng)微分方程；用拉普拉斯變換求解微分方程。

2.控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

識記：傳遞函數(shù)的定義；傳遞函數(shù)的特點；傳遞函數(shù)的基本模型（一般形式）；傳遞函數(shù)的零極點模型；傳遞函數(shù)的時間常數(shù)模型；系統(tǒng)的零點；系統(tǒng)的極點；系統(tǒng)的傳遞系數(shù)（根軌跡增益）；靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）增益；時間常數(shù)；典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)；儲能元件和耗能元件。

領(lǐng)會：傳遞函數(shù)表達(dá)式的含義；傳遞函數(shù)與微分方程之間的關(guān)系；微分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的控制作用。

應(yīng)用：建立機(jī)械、液壓、電氣等元件或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

3.控制系統(tǒng)的函數(shù)方框圖模型

識記：方框圖的基本結(jié)構(gòu)要素及特性；控制系統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)接；控制系統(tǒng)的并聯(lián)聯(lián)接；控制系統(tǒng)的反饋聯(lián)接；前向通路；反饋通路；閉環(huán)傳遞函數(shù)；開環(huán)傳遞函數(shù)；反饋傳遞函數(shù)；干擾輸入傳遞函數(shù)；閉環(huán)特征方程。

領(lǐng)會：閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖模型的特點；方框圖模型中分支點前移或后移的等效變換圖；方框圖模型中相加點前移或后移的等效變換圖。

應(yīng)用：根據(jù)系統(tǒng)各原件數(shù)學(xué)模型繪制系統(tǒng)的方框圖模型；由系統(tǒng)方框圖模型求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；同一方框圖模型以不同輸出時的傳遞函數(shù)；由方框圖等效變換求傳遞函數(shù)。

四、本章重點、難點

重點：建立控制系統(tǒng)的微分方程；建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；由方框圖模型等效變換求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

難點：建立控制系統(tǒng)的微分方程；由方框圖模型等效變換求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

第3章  控制系統(tǒng)的時域分析

一、學(xué)習(xí)目的與要求

掌握一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、特點、系統(tǒng)的時間響應(yīng)及組成，二級系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)的計算，綜合分析高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能影響因素。

二、課程內(nèi)容

控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)；一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及時間響應(yīng)；典二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及時間響應(yīng)；高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能分析。

三、考核知識點與考核要求

1.控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)

識記：單位階躍信號及其拉氏變換；單位斜坡信號及其拉氏變換；單位拋物線信號及其拉氏變換；單位脈沖信號及其拉氏變換；單位正弦信號及其拉氏變換；時間響應(yīng)；穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；瞬態(tài)響應(yīng)；穩(wěn)態(tài)分量；瞬態(tài)分量；延遲時間；上升時間；峰值時間；最大超調(diào)量；調(diào)節(jié)時間；振蕩次數(shù)；穩(wěn)態(tài)誤差。

領(lǐng)會：時間響應(yīng)的組成；穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；瞬態(tài)響應(yīng)。

2.一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及時間響應(yīng)

識記：一階系統(tǒng)的微分方程及傳遞函數(shù)；一階系統(tǒng)的極點；一階系統(tǒng)的時間常數(shù)；一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)；一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)。

領(lǐng)會：一階系統(tǒng)極點對穩(wěn)定性的影響；一階系統(tǒng)時間常數(shù)對快速性的影響；一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的組成；一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的特性；一階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間；一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)分量和瞬態(tài)分量；一階系統(tǒng)單位斜坡響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)分量和瞬態(tài)分量；一階系統(tǒng)單位斜坡響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

應(yīng)用：掌握一階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值、穩(wěn)態(tài)誤差、時間常數(shù)、增益系數(shù)的計算方法。

3.二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及時間響應(yīng)

識記：二階系統(tǒng)的微分方程及傳遞函數(shù)；二階系統(tǒng)的極點（特征根）；無阻尼固有頻率；阻尼比；有阻尼固有頻率；零阻尼狀態(tài)；欠阻尼狀態(tài)；臨界阻尼狀態(tài)；過阻尼狀態(tài)就；二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)；二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)；二階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；二階系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)。

領(lǐng)會：二級系統(tǒng)極點隨阻尼比變化在s復(fù)平面上的分布規(guī)律；不同阻尼狀態(tài)下二階系統(tǒng)時間響應(yīng)的組成；二階系統(tǒng)的特性參數(shù)阻尼比和固有頻率對系統(tǒng)動態(tài)性能（快速性和穩(wěn)定性）的影響；在單位斜坡信號作用下二階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

應(yīng)用：二階系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比的計算；欠阻尼狀態(tài)下二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的分析計算；單位斜坡信號作用下二階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)態(tài)誤差分析計算；欠阻尼狀態(tài)下二階系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)的分析與計算。

4.高階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能分析

識記：高階系統(tǒng)組成；高階系統(tǒng)的特征根；高階系統(tǒng)的實數(shù)極點；高階系統(tǒng)的共軛復(fù)數(shù)極點；高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；高階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)；高階系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分量和瞬態(tài)分量；高階系統(tǒng)的模態(tài)；高階系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)、臨界穩(wěn)定狀態(tài)、不穩(wěn)定狀態(tài)；主導(dǎo)極點。

領(lǐng)會：高階系統(tǒng)時間階躍響應(yīng)的組成及其與控制信號（輸入信號）或系統(tǒng)極點之間的關(guān)系；高階系統(tǒng)自由運動模態(tài)的具體形式；高階系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分必要條件；系統(tǒng)極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響；系統(tǒng)的零點及增益對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。

四、本章重點、難點

重點：一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及特性分析；二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能分析；二階系統(tǒng)時域性能指標(biāo)的分析與計算；判斷系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；高階系統(tǒng)時間響應(yīng)組成模態(tài)；系統(tǒng)極點、零點及增益對系統(tǒng)性能的影響。

難點：二階系統(tǒng)時域性能指標(biāo)的分析與計算；高階系統(tǒng)自由運動模態(tài)的結(jié)構(gòu)形式；高階系統(tǒng)的性能分析。

第4章  控制系統(tǒng)的頻域分析

一、學(xué)習(xí)目的與要求

掌握機(jī)械控制系統(tǒng)的頻率特性、開環(huán)極坐標(biāo)頻率特性曲線及開環(huán)對數(shù)坐標(biāo)頻率特性曲線的繪制；了解閉環(huán)頻率特性及其頻域性能指標(biāo)的意義。

二、課程內(nèi)容

頻率特性的基本概念；典型環(huán)節(jié)的頻率特性；控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性；控制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性。

三、考核知識點與考核要求

1.頻率響應(yīng)及頻率特性

識記：頻率響應(yīng)；頻率特性；幅頻特性和相頻特性；實頻特性和虛頻特性；對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性；十倍頻程；幅值穿越頻率（截止頻率）；相頻穿越頻率（相位交點頻率）；典型環(huán)節(jié)的頻率特性及其頻率特性圖；慣性、一階微分、振蕩以及二階微分等環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率；慣性、一階微分、振蕩以及二階微分等環(huán)節(jié)的低頻漸近線和高頻漸近線。

領(lǐng)會：頻率響應(yīng)的分析推導(dǎo)；各頻率特性之間的關(guān)系；幅相頻特性圖（極坐標(biāo)圖）和對數(shù)頻率特性圖（Bode）圖的對應(yīng)關(guān)系；典型環(huán)節(jié)的頻率特性及頻率特性圖。

應(yīng)用：由控制系統(tǒng)微分方程或傳遞函數(shù)求系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；由頻率響應(yīng)求頻率特性；由傳遞函數(shù)求頻率特性；幅值穿越頻率和相頻穿越頻率的計算；繪制典型環(huán)節(jié)的幅相頻特性（極坐標(biāo)）圖和對數(shù)頻率特性（Bode）圖。

2.控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性

識記：開環(huán)頻率特性；開環(huán)極坐標(biāo)圖；系統(tǒng)類型；最小相位傳遞函數(shù)和非最小相位傳遞函數(shù)；最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)；非最小相位環(huán)節(jié)；開環(huán)對數(shù)頻率特性；開環(huán)對數(shù)頻率特性（Bode）圖；閉環(huán)頻域性能指標(biāo)。

領(lǐng)會：不同類型系統(tǒng)在ω=0及ω=+∞時的幅頻特性和相頻特性的意義；v≠0時系統(tǒng)在ω=0即ω從0－→0＋的極坐標(biāo)圖；開環(huán)極坐標(biāo)圖的起點和終點漸近線（或切線）；最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)頻率特性的特點；非最小相位系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖；開環(huán)對數(shù)幅率特性和開環(huán)對數(shù)相頻特性；開環(huán)對數(shù)幅頻特性起始段漸近線的斜率與系統(tǒng)類型的對應(yīng)關(guān)系；不同典型環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率后漸近線對應(yīng)的斜率變化；最小相位系統(tǒng)由開環(huán)幅率特性圖求開環(huán)傳遞函數(shù)的方法；一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的閉環(huán)頻域性能分析。

應(yīng)用：計算開環(huán)極坐標(biāo)圖的起點、終點，以及與實軸、虛軸交點的頻率特性；繪制開環(huán)極坐標(biāo)圖的；繪制非最小相位系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖；繪制開環(huán)對數(shù)頻率特性（Bode）圖；由系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性圖求系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；計算二階系統(tǒng)的閉環(huán)頻域性能指標(biāo)。

四、本章重點、難點

重點：頻率特性的計算；開環(huán)極坐標(biāo)圖及開環(huán)對數(shù)頻率特性圖的繪制。

難點：開環(huán)極坐標(biāo)圖的繪制；最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)的特點。

第5章  控制系統(tǒng)的性能分析

一、學(xué)習(xí)目的與要求

掌握勞斯穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)、相位裕度和幅值裕度、穩(wěn)態(tài)誤差等分析計算方法；了解赫爾維茲穩(wěn)定性判據(jù)、開環(huán)頻率特性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。

二、課程內(nèi)容

控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；控制系統(tǒng)的誤差分析。根據(jù)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差等性能要求，分析計算開環(huán)增益、時間常數(shù)等參數(shù)等的取值范圍。

三、考核知識點與考核要求

1.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性

識記：穩(wěn)定與不穩(wěn)定；系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)的必要條件；勞斯表；閉環(huán)特征函數(shù)；穿越；相位裕度；幅值裕度。

領(lǐng)會：系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件；勞斯表的建立方法；用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性方法；勞斯判據(jù)中的特殊情況處理；用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)閉環(huán)極點在s復(fù)平面上的分布情況；特征函數(shù)的特點；奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)；開環(huán)極坐標(biāo)曲線圍繞（-1，j0）點的圈數(shù)N的意義；基于穿越概念的開環(huán)極坐標(biāo)曲線圍繞（-1，j0）點的圈數(shù)N的意義；基于Bode圖的奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)；相位裕度和幅值裕度的意義。

應(yīng)用：用勞斯判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；用勞斯判據(jù)求取使系統(tǒng)穩(wěn)定時參數(shù)的取值范圍；用穩(wěn)定性判據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性判斷；用相位裕度和幅值裕度分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.控制系統(tǒng)的誤差分析

識記：誤差；偏差；動態(tài)誤差；靜態(tài)誤差；穩(wěn)態(tài)誤差；誤差傳遞函數(shù)；跟隨誤差；擾動誤差；位置靜態(tài)誤差系數(shù)；速度靜態(tài)誤差系數(shù)；加速度靜態(tài)誤差系數(shù)。

領(lǐng)會：穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)，以及作用量的大小、參數(shù)等之間的關(guān)系；零型系統(tǒng)跟蹤各類輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差；穩(wěn)態(tài)誤差隨輸入信號的變化情況；穩(wěn)態(tài)誤差隨系統(tǒng)類型的變化情況；改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法；系統(tǒng)的開環(huán)特性與穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系。

應(yīng)用：根據(jù)不同的輸入求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差確定系統(tǒng)的開環(huán)增益、時間常數(shù)等。

四、本章重點、難點

重點：利用勞斯穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；相位裕度和幅值裕度的分析計算；穩(wěn)態(tài)誤差的分析計算。

難點：奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)；系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度的分析計算。

第6章  控制系統(tǒng)的綜合校正

一、學(xué)習(xí)目的與要求

掌握控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正方法、相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正、PID校正；了解反饋或并聯(lián)校正方法；利用串聯(lián)校正方法設(shè)計改善控制系統(tǒng)性能的綜合校正控制器。

二、課程內(nèi)容

控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正；控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正。

三、考核知識點與考核要求

1.控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正

識記：相位超前校正；相位滯后校正；相位滯后-超前校正；PID校正；PD校正；PI校正。

領(lǐng)會：校正后系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性特點；相位超前校正原理；相位滯后校正原理；滯后-超前校正原理；PD校正的特點；PI校正的特點；PID校正的特點；極點配置原理。

應(yīng)用：用不同的校正裝置對系統(tǒng)進(jìn)行綜合校正。

2.控制系統(tǒng)的并聯(lián)校正

識記：位置反饋校正；速度反饋校正；順饋校正。

領(lǐng)會：用位置反饋包圍積分、慣性等環(huán)節(jié)對改善系統(tǒng)性能的作用；用速度（微分）反饋包圍系統(tǒng)對改善系統(tǒng)性能的作用。

四、本章重點、難點

重點：利用機(jī)械控制系統(tǒng)的相位超前、相位滯后、相位-滯后超前以及PID等校正裝置對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正；用極點配置方法對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)校正。

難點：相位-滯后超前校正；串、并聯(lián)綜合校正。

Ⅳ  關(guān)于大綱的說明與考核實施要求

一、自學(xué)考試大綱的目的和作用

課程自學(xué)考試大綱是根據(jù)專業(yè)自學(xué)考試計劃的要求，結(jié)合自學(xué)考試的特點而確定。其目的是對個人自學(xué)、社會助學(xué)和課程考試命題進(jìn)行指導(dǎo)和規(guī)定。

課程自學(xué)考試大綱明確了課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容以及深廣度，規(guī)定了課程自學(xué)考試的范圍和標(biāo)準(zhǔn)。因此，它是編寫自學(xué)考試教材和輔導(dǎo)書的依據(jù)，是社會助學(xué)組織進(jìn)行自學(xué)輔導(dǎo)的依據(jù)，是自學(xué)者學(xué)習(xí)教材、掌握課程內(nèi)容知識范圍和程度的依據(jù)，也是進(jìn)行自學(xué)考試命題的依據(jù)。

二、課程自學(xué)考試大綱與教材的關(guān)系

課程自學(xué)考試大綱是進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核的依據(jù)，教材是學(xué)習(xí)掌握課程知識的基本內(nèi)容與范圍，教材的內(nèi)容是大綱所規(guī)定的課程知識和內(nèi)容的擴(kuò)展與發(fā)揮。課程內(nèi)容在教材中可以體現(xiàn)一定的深度或難度，但在大綱中對考核的要求一定要適當(dāng)。

大綱與教材所體現(xiàn)的課程內(nèi)容應(yīng)基本一致；大綱里面的課程內(nèi)容和考核知識點，教材里一般也要有。反過來教材里有的內(nèi)容，大綱里就不一定體現(xiàn)。（注：如果教材是推薦選用的，其中有的內(nèi)容與大綱要求不一致的地方，應(yīng)以大綱規(guī)定為準(zhǔn)。）

三、關(guān)于自學(xué)教材

《控制工程基礎(chǔ)》，曾勵主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2013年第1版。

四、關(guān)于自學(xué)要求和自學(xué)方法的指導(dǎo)

本大綱的課程基本要求是依據(jù)專業(yè)考試計劃和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內(nèi)容，以及對基本內(nèi)容掌握的程度?；疽笾械闹R點構(gòu)成了課程內(nèi)容的主體部分。因此，課程基本內(nèi)容掌握程度、課程考核知識點是高等教育自學(xué)考試考核的主要內(nèi)容。

為有效地指導(dǎo)個人自學(xué)和社會助學(xué)，本大綱已指明了課程的重點和難點，在章節(jié)的基本要求中一般也指明了章節(jié)內(nèi)容的重點和難點。

本課程共4+1學(xué)分（包括實驗內(nèi)容的學(xué)分）。

根據(jù)學(xué)習(xí)對象成人在職業(yè)余自學(xué)的情況，作者可結(jié)合自己或他人的教學(xué)經(jīng)驗和體會，提出幾點具有規(guī)律性或代表性的學(xué)習(xí)方法，并結(jié)合本專業(yè)的要求、本課程的特點可具體適當(dāng)展開寫出，以便更好地指導(dǎo)考生如何進(jìn)行自學(xué)。

五、應(yīng)考指導(dǎo)

1. 如何學(xué)習(xí)。很好的計劃和組織是你學(xué)習(xí)成功的法寶?！绻阏诮邮芘嘤?xùn)學(xué)習(xí)，一定要跟緊課程并完成作業(yè)。…為了在考試中做出滿意的回答，你必須對所學(xué)課程內(nèi)容有很好的理解。…使用“行動計劃表”來監(jiān)控你的學(xué)習(xí)進(jìn)展?！汩喿x課本時可以做讀書筆記。如有需要重點注意的內(nèi)容，可以用彩筆來標(biāo)注。如：紅色代表重點；綠色代表需要深入研究的領(lǐng)域；黃色代表可以運用在工作之中?？梢栽诳瞻滋幱涗浵嚓P(guān)網(wǎng)站，文章。

2. 如何考試。卷面整潔非常重要。書寫工整，段落與間距合理，卷面賞心悅目有助于教師評分，教師只能為他能看懂的內(nèi)容打分?；卮鹚岢龅膯栴}。要回答所問的問題，而不是回答你自己樂意回答的問題！避免超過問題的范圍

3. 如何處理緊張情緒。正確處理對失敗的懼怕，要正面思考。如果可能，請教已經(jīng)通過該科目考試的人，問他們一些問題。做深呼吸放松，這有助于使頭腦清醒，緩解緊張情緒?？荚嚽昂侠砩攀?，保持旺盛精力，保持冷靜。

4. 如何克服心理障礙。這是一個普遍問題！如果你在考試中出現(xiàn)這種情況，試試下列方法：使用“線索”紙條。進(jìn)入考場之前，將記憶“線索”記在紙條上，但你不能將紙條帶進(jìn)考場，因此當(dāng)你閱讀考卷時，一旦有了思路就快速記下。按自己的步調(diào)進(jìn)行答卷。為每個考題或部分分配合理時間，并按此時間安排進(jìn)行。

六、對社會助學(xué)的要求

要針對重點章、次重點章和一般章節(jié)分別提出自學(xué)或助學(xué)的基本學(xué)時建議和要求（如在章節(jié)后面已有，這里也可不再闡述），在助學(xué)活動中應(yīng)注意的問題。要強(qiáng)調(diào)注意正確引導(dǎo)、把握好助學(xué)方向，正確處理學(xué)習(xí)知識和提高能力的關(guān)系。

七、對考核內(nèi)容的說明

本課程要求考生學(xué)習(xí)和掌握的知識點內(nèi)容都作為考核的內(nèi)容。課程中各章的內(nèi)容均由若干知識點組成，在自學(xué)考試中成為考核知識點。因此，課程自學(xué)考試大綱中所規(guī)定的考試內(nèi)容是以分解為考核知識點的方式給出的。由于各知識點在課程中的地位、作用以及知識自身的特點不同，自學(xué)考試將對各知識點分別按三個或四個認(rèn)知（或叫能力）層次確定其考核要求。

八、關(guān)于考試命題的若干規(guī)定

1.考試采用閉卷方式，考試時間為150分鐘。試卷一律用鋼筆或圓珠筆書寫，作圖可用鉛筆和直尺。可帶普通計算器。

2.本大綱各章所規(guī)定的基本要求、知識點及知識點下的知識細(xì)目，都屬于考核的內(nèi)容。

3.命題不應(yīng)有超出大綱中考核知識點范圍的題目，考核目標(biāo)不高于大綱中所規(guī)定的相應(yīng)的最高能力層次要求。命題應(yīng)著重考核自學(xué)者對基本概念、基本知識和基本理論是否了解或掌握，對基本方法是否會用或熟練。不應(yīng)出與基本要求不符的偏題或怪題。

4.本課程在試卷中對不同能力層次要求的分?jǐn)?shù)比例大致為：識記占20%，領(lǐng)會占30%，簡單應(yīng)用占30%，綜合應(yīng)用占20%。

5.要合理安排試題的難易程度，試題的難度可分為：易、較易、較難和難四個等級。每份試卷中不同難度試題的分?jǐn)?shù)比例一般為：2:3:3:2。

必須注意試題的難易程度與能力層次有一定的聯(lián)系，但二者不是等同的概念。在各個能力層次中對于不同的考生都存在著不同的難度。在大綱中要特別強(qiáng)調(diào)這個問題，應(yīng)告誡考生切勿混淆。

6.課程考試命題的主要題型一般有單項選擇題、多項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題、應(yīng)用題、論述題、案例分析等題型（一般不使用判斷題）。

附錄  題型舉例

一、選擇題

如：微分環(huán)節(jié)可改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性并能（ C ）。

A.增加其固有頻率            B.減小其固有頻率

C.增加其阻尼                D.減小其阻尼

二、填空題

如：積分環(huán)節(jié)的特點是它的輸出量為輸入量對   時間   的積累。

三、名詞解釋題

1.閉環(huán)控制系統(tǒng)：輸出端和輸入端之間有反饋回路，輸出量對系統(tǒng)直接參與控制作用的系統(tǒng)。

2.穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指擾動消失后，控制系統(tǒng)由初始偏差回復(fù)到原平衡狀態(tài)的性能。

四、簡答題

如：簡答Ⅰ型系統(tǒng)在不同輸入（階躍、斜坡、拋物線）信號作用下，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差和靜態(tài)誤差系數(shù)。

答：1）輸入單位階躍信號時，靜態(tài)誤差系數(shù)為∞，靜態(tài)誤差為0；

2）輸入單位斜坡信號時，靜態(tài)誤差系數(shù)為K，靜態(tài)誤差為；

3）輸入單位拋物線信號時，靜態(tài)誤差系數(shù)為0，靜態(tài)誤差為∞。

五、計算題

如：如圖所示為最小相位系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性折線圖。

（1）求系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）求系統(tǒng)的開環(huán)增益K；（3)計算系統(tǒng)的相位裕量。

解：1）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

因慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率為5，故；

由，并由圖知，所以

所以系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)具體表達(dá)式為

2）系統(tǒng)的相頻特性為

由于系統(tǒng)的相位裕量為

六、應(yīng)用題

如：單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

要求系統(tǒng)滿足的頻域性能指標(biāo)為：相位裕量=50°，幅值裕量，任選PD、PI、PID之一為校正裝置對系統(tǒng)進(jìn)行校正，求其校正裝置的傳遞函數(shù)。

解：校正前系統(tǒng)的頻率特性為

對數(shù)幅頻特性的漸近線方程

令   

可解得校正前系統(tǒng)的幅值穿越頻率和相頻穿越頻率分別為：

；

其相位裕度為：

增益裕度為：Lg ＝∞

1.PD校正

校正裝置傳遞函數(shù)為：

校正裝置頻率特性為：

PD校正為相位超前校正，對系統(tǒng)校正后其應(yīng)補(bǔ)償?shù)淖畲蟪跋辔唤菫椋?/p>

即：→

校正后系統(tǒng)應(yīng)滿足條件求系統(tǒng)的截止頻率：

→

校正裝置的微分時間常數(shù)為：

由于校正后系統(tǒng)存在條件：，即

解得：

所以PD校正裝置的傳遞函數(shù)為：

2.PI校正

校正裝置的傳遞函數(shù)為：

校正裝置的頻率特性為：

PI校正為相位滯后校正，滯后校正是利用校正裝置的幅值衰減特性提高系統(tǒng)的相位裕度。按滯后校正原則校正裝置在校正后系統(tǒng)的截止頻率處取：

則根據(jù)校正后系統(tǒng)滿足相位裕度的條件可得：

即：，解得：

滿足相位裕量的校正裝置：

解得校正裝置的時間常數(shù)為：

校正后系統(tǒng)滿足，即

解得：K =0.01043

所以校正裝置的傳遞函數(shù)為：

3.PID校正

PID校正裝置的傳遞函數(shù)為

則幅頻特性和相頻特性分別為

PID校正為相位滯后-超前校正，分別按滯后校正法計算校正裝置的滯后校正部分參數(shù)，按超前校正法計算超前校正部分參數(shù)。

1）求校正后系統(tǒng)的截止頻率

對系統(tǒng)校正后其相位超前補(bǔ)償?shù)淖畲蟪跋辔唤菫椋?/p>

，即：

校正后系統(tǒng)的相位裕度為：

→

2）求校正裝置滯后轉(zhuǎn)折頻率（或時間常數(shù)）

按相位滯后校正法，使校正裝置的兩個轉(zhuǎn)折頻率較之幅值穿越頻率ωc越小越好，取

即：T1ωc=5（5～10），則校正裝置的滯后轉(zhuǎn)折頻率為

時間常數(shù)為：

3）求校正裝置超前轉(zhuǎn)折頻率（或時間常數(shù)）

根據(jù)性能要求，校正后系統(tǒng)的相位裕量滿足條件為

解上式得校正裝置的超前時間常數(shù)為：

超前轉(zhuǎn)折頻率為：

4）確定校正裝置的增益

校正后系統(tǒng)在（rad/s）處滿足，即

解得：Kpi =2.176

3）確定校正裝置和校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)

故PID校正裝置的傳遞函數(shù)為：