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    清華大學控制工程基礎37講視頻
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    課程介紹

     

    《控制工程基礎》系機械學院平臺課程,屬于專業基礎課程(3學分)。通過教學旨在使學生掌握機電閉環控制系統的基本原理,能夠建立機電系統動態數學模型、分析和綜合控制系統,并了解基本的實驗技能。

        課堂講授突出授課內容的基本思路,著重課程基本概念的建立和解決機電控制問題的基本方法的闡明。除經典內容外,一方面引入MATLAB先進控制軟件工具使學生加深對經典控制理論的理解,另一方面突出機械對象的系統控制,使學生深化對機電控制系統的基本原理及必要的實用知識的理解和掌握。 

        編寫并采用列選為普通高等教育“十五”國家級規劃教材及北京市高等教育精品教材的《控制工程基礎》教材。為了適應現代化教學的需要,提高教學效率,課堂上采用多媒體課件。

    課程簡介:

    課程名稱

    控制工程基礎

    課號

    30130123

    學時

    48

    學分

    3

    開課學期

    春季

    開課教師

    董景新,郭美鳳

    陳志勇,李冬梅

    先修課要求

    高等數學、理論力學、

    電工電子學

    課程內容簡介(約150-200字)

    該課程是機械學院的一門專業基礎平臺課,是適應機電一體化的技術需要,針對機械對象的控制,基于經典控制理論形成的課程。該課程突出了機電控制的特點,內容包括了控制系統的動態數學模型、時域和頻域分析方法、判斷系統穩定性、誤差分析、控制系統的綜合與校正、計算機控制系統、MATLAB軟件工具在控制系統分析和綜合中的應用等。該課程使學生掌握機電閉環控制系統的基本原理及必要的實用知識。

    實驗內容:

    實驗一 Matlab仿真實驗。 利用學校CAD機房選用當今國際風行的MATLAB控制系統分析軟件,進行控制系統的時域分析和頻域分析。(3學時)

    實驗二 直流電動機調速系統。 (3學時)

    實驗三 直流電動機位置伺服系統。 (3學時)

    后兩個實驗是貫穿整個課程內容的綜合性實驗,除利用Matlab軟件工具自行設計進行系統綜合校正的仿真外,更重要的是自行設計進行實物系統的綜合校正實驗,并完成實驗報告。

    教材及

    參考書

    教材:

    董景新、趙長德、熊沈蜀、郭美鳳,控制工程基礎(第2版),清華大學出版社,2003

    主要參考書:

    [1] Katsuhiko Ogata(美),現代控制工程(第四版中譯本),北京:電子工業出版社,2002

    [2] 吳麒,自動控制原理(第2版),北京:清華大學出版社,2006[3] 楊叔子,機械工程控制基礎(第4版),武漢:華中科技大學出版社,2002

    [4] Morris Driels,Linear Control Systems Engineering(國際知名大學原版教材),北京:清華大學出版社,2000

     

    附章節內容:

    章節內容

    第一章 概論

    1.1 控制理論在工程中的應用發展

    1.2 自動控制系統的基本概念

    1.3 控制理論在機械制造工業中的應用

    1.4 課程主要內容及學時安排

    第二章 控制系統的動態數學模型

    2.1 基本環節數學模型

    2.2 數學模型的線性化

    2.3 拉氏變換及反變換

    2.4 傳遞函數以及典型環節的傳遞函數

    2.5 系統函數方塊圖及其簡化

    2.6 系統信號流圖及梅遜公式

    2.7 受控機械對象數學模型

    2.8 繪制實際機電系統的函數方塊圖

    2.9 狀態空間方程基本概念 *

    第三章 時域瞬態響應分析

    3.1 時域響應以及典型輸入信號

    3.2 一階系統的瞬態響應

    3.3 二階系統的瞬態響應

    3.4 時域分析性能指標

    3.5 高階系統的瞬態響應

    3.6 機電系統時域瞬態響應的實驗方法

    第四章 控制系統的頻率特性

    4.1 機電系統頻率特性的概念及其基本實驗方法

    4.2 極坐標圖(Nyquist圖)

    4.3 對數坐標圖(Bode圖)

    4.4 由頻率特性曲線求系統傳遞函數

    4.5 由單位脈沖響應求系統的頻率特性

    4.6 對數幅相圖(Nichols圖)*

    4.7 控制系統的閉環頻響

    第五章 控制系統的穩定性分析

    5.1 系統穩定性的基本概念

    5.2 系統穩定的充要條件

    5.3 代數穩定性判據(Routh判據、Hurwitz判據)

    5.4 乃奎斯特穩定性判據(Nyquist判據)

    5.5 應用乃奎斯特判據分析延時系統的穩定性

    5.6 由伯德圖判斷系統的穩定性

    5.7 控制系統的相對穩定性

    5.8 李雅普諾夫穩定性方法概述 *

    第六章 控制系統的誤差分析和計算

    6.1 穩態誤差的基本概念

    6.2 輸入引起的穩態誤差

    6.3 干擾引起的穩態誤差

    6.4 減小系統誤差的途徑

    6.5 動態誤差系數

    第七章 控制系統的綜合與校正

    7.1 系統的性能指標

    7.2 系統的校正概述

    7.3 串聯校正

    7.4 反饋校正

    7.5 用頻域法對控制系統進行設計與校正

    7.6 典型機電反饋控制系統綜合校正舉例

    7.7 確定PID參數的其它方法

    * 第八章 根軌跡法

    8.1 根軌跡與根軌跡方程

    8.2 繪制根軌跡的基本法則

    8.3 根軌跡圖繪制舉例

    8.4 系統閉環零點、極點的分布與性能指標關系

    * 第九章 控制系統的非線性問題

    9.1 概述

    9.2 描述函數法

    9.3 相軌跡法

    第十章 計算機控制系統

    10.1 計算機控制系統的組成

    10.2 線性離散系統的數學模型和分析方法

    * 10.3 離散狀態空間模型

    10.4 線性離散系統的穩定性分析

    10.5 計算機控制系統的模擬化設計方法

    第十一章 MATLAB軟件工具在控制系統分析和綜合中的應用

    11.1 MATLAB基本特點

    11.2 控制系統在MATLAB中的描述

    11.3 進行部分分式展開

    11.4 線性系統的時間響應分析

    11.5 控制系統的頻域響應分析

    11.6 控制系統的根軌跡圖

    11.7 系統穩定性分析

    11.8 控制系統仿真例

    11.9 系統框圖輸入與仿真工具SIMULINK

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