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《控制工程基础》系机械学院平台课程，属于专业基础课程（3学分）。通过教学旨在使学生掌握机电闭环控制系统的基本原理，能够建立机电系统动态数学模型、分析和综合控制系统，并了解基本的实验技能。
    课堂讲授突出授课内容的基本思路，着重课程基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明。除经典内容外，一方面引入MATLAB先进控制软件工具使学生加深对经典控制理论的理解，另一方面突出机械对象的系统控制，使学生深化对机电控制系统的基本原理及必要的实用知识的理解和掌握。
    编写并采用列选为普通高等教育“十五”国家级规划教材及北京市高等教育精品教材的《控制工程基础》教材。为了适应现代化教学的需要，提高教学效率，课堂上采用多媒体课件。

 

  1.1  控制理论在工程中的应用发展

 

1.2      自动控制系统的基本概念

 

1.3      控制理论在机械制造工业中的应用

 

 1.4  课程主要内容及学时安排

 

 

  2.1  基本环节数学模型

 

2.2          数学模型的线性化

 

2.3          拉氏变换及反变换

 

2.4          传递函数以及典型环节的传递函数

 

2.5          系统函数方块图及其简化

 

2.6          系统信号流图及梅逊公式

 

2.7          受控机械对象数学模型

 

2.8          绘制实际机电系统的函数方块图

 

2.9          状态空间方程基本概念 *

 

 

3.1          时域响应以及典型输入信号

 

3.2          一阶系统的瞬态响应

 

3.3          二阶系统的瞬态响应

 

3.4          时域分析性能指标

 

3.5          高阶系统的瞬态响应

 

  3.6   机电系统时域瞬态响应的实验方法

 

 

4.1          机电系统频率特性的概念及其基本实验方法

 

4.2          极坐标图（Nyquist图）

 

4.3          对数坐标图（Bode图）

 

4.4          由频率特性曲线求系统传递函数

 

4.5          由单位脉冲响应求系统的频率特性

 

4.6          对数幅相图（Nichols图）*

 

4.7          控制系统的闭环频响

 

 

5.1  系统稳定性的基本概念

 

5.2  系统稳定的充要条件

 

5.3  代数稳定性判据（Routh判据、Hurwitz判据）

 

5.4  乃奎斯特稳定性判据（Nyquist判据）

 

5.5  应用乃奎斯特判据分析延时系统的稳定性

 

5.6  由伯德图判断系统的稳定性

 

5.7  控制系统的相对稳定性

 

5.8  李雅普诺夫稳定性方法概述 *

 

 

6.1          稳态误差的基本概念

 

6.2          输入引起的稳态误差

 

6.3          干扰引起的稳态误差

 

6.4          减小系统误差的途径

 

6.5          动态误差系数

 

 

7.1  系统的性能指标

 

7.2  系统的校正概述

 

7.3  串联校正

 

7.4  反馈校正

 

7.5      用频域法对控制系统进行设计与校正

 

7.6      典型机电反馈控制系统综合校正举例

 

7.7      确定PID参数的其它方法

 

 

8.1  根轨迹与根轨迹方程

 

8.2  绘制根轨迹的基本法则

 

8.3  根轨迹图绘制举例

 

8.4  系统闭环零点、极点的分布与性能指标关系

 

 

  9.1  概述

 

9.2  描述函数法

 

9.3  相轨迹法

 

 

  10.1  计算机控制系统的组成

 

  10.2  线性离散系统的数学模型和分析方法

 

* 10.3  离散状态空间模型

 

  10.4  线性离散系统的稳定性分析

 

10.5        计算机控制系统的模拟化设计方法

 

 

  11.1  MATLAB基本特点

 

  11.2  控制系统在MATLAB中的描述

 

 11.3  进行部分分式展开

 

  11.4  线性系统的时间响应分析

 

  11.5  控制系统的频域响应分析

 

  11.6  控制系统的根轨迹图

 

11.7  系统稳定性分析

 

11.8  控制系统仿真例

 

11.9  系统框图输入与仿真工具SIMULINK

 

 

 

注：带“*”号章节为另加学时选修。

 

 

本课程是清华大学大机类（包括机械学院和航空航天学院的仪器仪表类、机械类等各专业）的一门专业基础平台课，是适应机电一体化的技术需要，针对机械对象的控制，基于经典控制理论形成的课程。该课程突出了机电控制的特点,内容包括了控制系统的动态数学模型、时域和频域分析方法、判断系统稳定性、误差分析、控制系统的综合与校正、计算机控制系统基本概念、MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用等。该课程使学生掌握机电闭环控制系统的基本原理及必要的实用知识。

 

该课程以讲授为主，同时为了促进创新性研究型教学体系的建立，我们重视教学实验，从传统的演示性、验证性实验，发展成综合性、设计型实验，并进一步为研究型实验打下基础。