一、课程基本信息
《机械工程控制基础》，48学时，适用于机械工程及自动化专业学生，属专业基础课。
参考教材
①柳洪义，罗忠，宋伟刚，郝丽娜，王菲编著. 《机械工程控制基础（第二版）》，科学出版社，2011
②罗忠，王菲，柳洪义编．《机械工程控制基础学习辅导与习题解答》，科学出版社，2011
③王菲，罗忠，鄂晓宇，柳洪义主编．《机械工程控制基础实验教程》，科学出版社，2014
二、主要内容
模块一 绪论
本模块主要介绍了《机械工程控制基础》课程的结构体系、控制理论的发展及其工程应用、机械工程自动控制系统的基本结构组成及工作原理、机械工程自动控制系统的分类和基本要求。重点掌握机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理
学习内容：
单元一 《机械工程控制基础》课程的结构体系
单元二 控制系统中的微分方程的含义
单元三 机械工程自动控制系统的基本结构组成
单元四 机械工程自动控制系统的工作原理
单元五 机械自动控制系统的分类
单元六 机械工程自动控制系统的基本要求
模块二 自动控制系统的数学模型和传递函数
本模块主要介绍了应用理论推导建立电路系统及力学、机械系统的微分方程数学模型的方法，拉普拉斯变换，典型环节的拉普拉斯变换式；传递函数的求取，结构图的绘制，由结构图等效变换求传递函数等知识点。重点：常用元部件传递函数的求取；系统传递函数的求取。难点：结构图等效变换。
学习目标：
1. 明确数学模型的种类和各自的特点
2. 掌握建立系统数学模型的方法
3. 掌握拉氏变换及传递函数的求法
4. 掌握系统框图变换的技能
学习内容：
单元一 控制系统中微分方程的含义
单元二 控制系统微分方程的建立方法
单元三 拉普拉斯变换的定义与内涵
单元四 典型时间函数的拉普拉斯变换形式
单元五 拉普拉斯变换的基本性质
单元六 拉普拉斯反变换
单元七 传递函数的定义与内涵
单元八 典型环节的传递函数
单元九 系统方框图的组成和含义
单元十 系统环节的基本连接方式
单元十一 系统方框图的变换与简化
模块三 控制系统的时域分析法
本模块引入时域分析的方法进行系统分析，时域分析法是根据系统的微分方程，采用拉氏变换直接求出系统的时间响应，再根据响应表达式和对应的曲线来分析系统，研究系统的输出信号和输入信号之间的关系。
学习目标：
（1）了解时间响应的概念、组成及常用的典型输入信号。
（2）掌握一阶系统的定义和基本参数；掌握一阶系统响应时间曲线的基本形状和参数意义。（重点）
（3）掌握二阶系统的定义和基本参数；掌握二阶系统响应时间曲线的基本形状和参数意义。（重点）
（4）掌握典型二阶系统欠阻尼情况下系统性能指标的计算方法。（重点）
（5）了解工作台自动控制系统的时域分析方法。
学习内容：
单元一 控制系统的时间响应
单元二 典型输入信号
单元三 一阶系统的单位脉冲响应
单元四 一阶系统的单位阶跃响应
单元五 一阶系统的单位斜坡响应
单元六 二阶系统的单位脉冲响应
单元七 二阶系统的单位阶跃响应
单元八 二阶系统的单位斜坡响应
单元九 二阶系统时间响应的性能指标
单元十 二阶系统计算举例
单元十一 工作台自动控制系统的时域分析
模块四 控制系统的频域分析法
本模块介绍工程中广泛采用的频域分析法。频域分析法将传递函数从复数域引到频率域，建立系统性能与频谱之间的关系，特别适合机械系统动态特性的研究。主要内容包括频率特性的概念和求法、奈奎斯特图和伯德图的画法、频域性能指标以及最小相位系统的概念等。重点是频率特性图的画法以及对图形的理解。
学习目标：
1. 系统频域分析的意义
2. 系统的频率特性求法
3. Nyquist图和Bode图的画法
4. 系统的频率性能指标
学习内容：
单元一 频率特性的概念和表示方法
单元二 频率特性的特点和作用
单元三 控制系统的频域性能指标
单元四 频率特性的求法
单元五 典型环节的伯德图
单元六 系统奈奎斯特图的绘制
单元七 最小相位系统与非最小相位系统
单元八 系统伯德图的画法
单元九 最小相位系统与非最小相位系统
模块五 线性控制系统的稳定性
本模块介绍了单输入单输出控制系统稳定性的定义及其判定依据。对于不同的系统，稳定性的定义不同。系统的稳定性指标是控制系统设计过程中需要考虑的众多性能指标中最重要的指标，不稳定的系统是无法使用的。主要包括赫尔维茨判据、劳斯判据、幅角原理、奈奎斯特稳定性判据等概念。重点是赫尔维茨稳定性判据和劳斯稳定性判据及其在系统分析中的应用。难点是应用复变函数的幅角原理推导奈奎斯特稳定性判据和对稳定裕度的理解。
学习目标:
1. 系统稳定的条件
2. 系统稳定的代数判据
3.系统稳定的几何判据
4. 稳定裕度的定义与计算
学习内容：
单元一 控制系统稳定性的基本概念
单元二 单输入单输出控制系统稳定的条件
单元三 赫尔维茨稳定性判据
单元四 劳斯稳定性判据
单元五 幅角原理
单元六 根据奈奎斯特图判断系统稳定性
单元七 根据伯德图判断系统的稳定性
单元八 系统的相对稳定性
模块六 控制系统的根轨迹分析
本模块主要介绍了控制系统根轨迹绘制的方法，以及根据根轨迹分析、设计系统控制器的方法。主要包括：1根轨迹定义；2根轨迹的幅值条件和相角条件；3绘制根轨迹（重点）
学习目标：
1. 根轨迹与系统特性
2. 根轨迹的幅值条件和相角条件
3. 绘制根轨迹的基本规则
学习内容：
单元一 根轨迹与系统特性
单元二 根轨迹的幅值条件和相角条件
单元三 绘制根轨迹的基本规则
单元四 根轨迹绘制举例
模块七 控制系统的误差分析和计算
本模块主要介绍控制系统稳态误差的分析和计算方法。包括稳态误差的概念、计算方法以及减小或消除稳态误差的措施等。重点是稳态误差的计算方法以及稳态误差与系统型别之间的关系。
学习目标:
1. 系统稳态误差的概念
2. 系统稳态误差的计算方法
3. 减少稳态误差的途径
4. 动态误差的定义与计算
学习内容：
单元一 控制系统复域和时域误差的概念及误差传递函数
单元二 控制系统的类型
单元三 控制系统的静态误差系数
单元四 用伯德图确定误差系数
单元五 扰动引起误差的计算方法
单元六 减小稳态误差的途径
单元七 动态误差系数
模块八 控制系统性能校正
本模块主要介绍了控制系统的性能指标、零极点分布与控制系统性能的关系以及控制系统性能的校正方法，其中重点介绍了控制系统性能的校正方式以及不同校正方式对应的含义、作用以及校正设计流程。
控制系统总的设计流程可概括为图1：
图1 控制系统设计过程流程图
校正的实质在于改变系统传递函数的零、极点分布，即改变系统的频率特性，使得整个系统的特性发生变化，从而使系统达到所要求的性能指标。
控制系统校正的基础是：
1) 已知系统不可变部分的参数与特性。
2) 已知对控制系统提出的性能指标。
系统校正的主要内容如图2所示：
学习目标：
1. 主导极点的概念
2. 系统校正的方法
3. 并联矫正
4. 串联矫正
学习内容：
单元一 控制系统性能校正的含义
单元二 控制系统的性能指标
单元三 闭环控制系统零极点与性能的关系
单元四 反馈校正
单元五 顺馈校正
单元六 Bode定理及应用
单元七 相位超前校正
单元八 相位滞后校正
单元九 相位滞后-超前校正
单元十 PID控制器
单元十一 有源和无源校正环节的对比
单元十二 按希望特性校正的含义
单元十三 典型I型系统的设计方法
单元十四 典型Ⅱ型系统的设计方法
单元十五 按希望特性设计控制器的图解法
单元十六 按希望特性设计控制器的直接法
单元十七 机械工程控制基础理论在实际控制系统中的应用