控制工程基础
控制工程基础
1000+ 人选课
更新日期:2025/06/25
开课平台智慧树
开课高校温州理工学院
开课教师吴明翔刘得星朱文伟
学科专业工学机械类
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
《控制工程基础》是工科各专业的基础理论课程。学习的主要内容为控制系统类型组成与工作原理、常用数学建模理论及方法、时域响应与稳定性分析理论及方法、频域响应与稳定性分析理论及方法、控制系统的设计和校正方法等。课程不仅为学生后续学习探研专业前沿热点领域的控制工程科学实践问题奠定坚实理论基础,也为学生树立科学认识世界改造世界的科学哲学思想及实践方法论,践行求真务实、善于创新实践的责任奉献精神提供思政建设助力。
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
控制系统的基本概念
登录后可预览视频
绪论
吴明翔
控制系统的分类
吴明翔
控制系统的数学模型
控制系统的微分方程
刘得星
拉氏变换
刘得星
拉氏反变换
刘得星
系统传递函数
刘得星
系统框图和信号流图(1)
刘得星
系统框图和信号流图(2)
刘得星
时域分析方法
系统控制性能的计算分析方法
吴明翔
一阶系统的单位阶跃响应
吴明翔
二阶系统的单位阶跃响应
吴明翔
二阶系统的单位阶跃响应性能指标
吴明翔
高阶系统的时间响应
吴明翔
误差分析计算
吴明翔
稳态误差系数及影响因素
吴明翔
扰动引起的稳态误差和系统总误差
吴明翔
线性系统的稳定性及代数稳定判据I
吴明翔
线性系统的稳定性及代数稳定判据II
吴明翔
线性系统的稳定性及代数稳定判据III
吴明翔
频域分析方法
频率特性的概念
吴明翔
典型环节的频率特性图
吴明翔
频域稳定性判据
吴明翔
设计校正基本方法
设计和校正的概念
吴明翔
PID控制规律
吴明翔
PID控制规律的实现
吴明翔
并联校正与复合控制
吴明翔
线性离散系统与Z变换
离散系统的基本概念
吴明翔
信号的采样过程和采样定理
吴明翔
Z变换理论
吴明翔
离散系统的数学模型
吴明翔
离散系统的稳定性分析
离散系统稳定的充分必要条件
吴明翔
离散系统稳态误差的计算
吴明翔
离散系统的动态性能分析
动态性能分析
吴明翔
数字校正
吴明翔
  • 第一章控制系统的基本概念

    (1)控制系统的工作原理及其组成; (2)控制系统的基本类型; (3)对控制系统的基本要求; (4)控制工程的发展概况。

  • 1.1绪论

    本节主要讲解日常生活中常见的控制工程应用案例,由此引入自动控制的定义和对自动控制系统的基本要求。最后讲述控制工程学科的发展简史。

  • 1.2控制系统的分类

    本节主要讲解如何按照有无反馈作用、输入量的特征、系统传递信号的性质来对控制系统进行分类,以及每类系统的结构原理和优缺点。

  • 第二章控制系统的数学模型

    (1)掌握控制系统的数学模型 ; (2)学会物理系统传递函数的推导; (3)熟悉拉普拉斯变换及其基本法则 ; (4)掌握结构图的等效变换和梅逊公式 。 (5)建立传递函数的概念,并掌握典型环节和控制系统传递函数的推导;

  • 2.1控制系统的微分方程

    本节主要讲解什么是数学模型,以及如何建立实际物理问题的数学模型并列写出系统的微分方程

  • 2.2拉氏变换

    本节主要讲解什么是拉氏变换,以及拉氏变换过程和常见信号的拉氏变换结果

  • 2.3拉氏反变换

    本节主要讲解什么是拉氏反变换,以及如何应用拉氏反变换解微分方程

  • 2.4系统传递函数

    本节主要介绍系统传递函数的定义及求解方法

  • 2.5系统框图和信号流图(1)

    本节主要讲解系统方框图的绘制以及通过框图化简求解系统传递函数

  • 2.6系统框图和信号流图(2)

    本节主要讲解系统信号流图的建立以及如何通过梅逊公式求解系统系统系统传递函数

  • 第三章时域分析方法

    (1)典型输入信号; (2)一阶系统的时间响应; (3)二阶系统的时间响应; (4)高阶系统的时间响应; (5)误差分析和计算; (6)稳定性分析;

  • 3.1系统控制性能的计算分析方法

    本节主要讲解时域性能分析方法、分析所采用的典型输入信号及典型阶跃响应的性能指标。

  • 3.2一阶系统的单位阶跃响应

    本节主要讲解一阶系统单位阶跃响应的分析求解和主要性能指标分析计算。利用输入和响应之间对应存在的积分微分关系推导分析单位脉冲、速度、加速度响应并对主要性能指标进行分析计算。

  • 3.3二阶系统的单位阶跃响应

    本节主要讲解二阶系统单位阶跃响应的分析求解。利用输入和响应之间对应存在的积分微分关系推导分析单位脉冲、速度响应。

  • 3.4二阶系统的单位阶跃响应性能指标

    本节主要讲解欠阻尼二阶系统单位阶跃响应性能指标的分析计算。

  • 3.5高阶系统的时间响应

    本节主要讲解高阶系统定义及单位阶跃响应的分析求解。以及如何将其等效近似为二阶系统来完成单位阶跃响应性能分析。

  • 3.6误差分析计算

    本节主要讲解稳态误差的定义、误差和偏差信号的关系及等效转化计算方法。进一步,结合系统框图,引出误差传递函数的定义和稳态误差的计算方法。

  • 3.7稳态误差系数及影响因素

    本节主要讲解不同类型系统在三种典型输入下的稳态误差系数定义和计算方法,并进一步讲解如何利用稳态误差系数快速计算稳态误差。

  • 3.8扰动引起的稳态误差和系统总误差

    本节主要基于叠加原理讲解系统在输入和扰动作用下的稳态误差计算方法。进而,分析减小系统误差的途径。

  • 3.9线性系统的稳定性及代数稳定判据I

    本节主要讲解稳定的基本概念、类型、线性定常系统稳定性的充分必要条件。

  • 3.10线性系统的稳定性及代数稳定判据II

    本节主要讲解如何利用劳斯判据分析线性系统的稳定性。

  • 3.11线性系统的稳定性及代数稳定判据III

    本节主要讲解如何确定系统的相对稳定性(稳定裕量),如何对不稳定系统进行改进,以及稳定性的赫尔维茨判据。

  • 第四章频域分析方法

    (1)频率特性的基本概念; (2)典型环节的频率特性图; (3)频域稳定性判据;

  • 4.1频率特性的概念

    本节主要讲解微分方程分析时域性能的局限性,进而引出频域分析法,并对频率响应与频率特性的定义、频率特性的求取和图示化方法进行讲解。

  • 4.2典型环节的频率特性图

    本节主要讲解比例、惯性、积分、理想微分、振荡、一阶微分、二阶微分、延迟环节的计算和图示化方法。

  • 4.3频域稳定性判据

    本节首先介绍频域稳定性分析方法的优点。然后讲解幅角定理,进而引出基于开环频率特性奈奎斯特稳定分析方法,并学习等价的对数频率稳定性分析方法。最后学习稳定性裕量和它在频域稳定性分析中的意义。

  • 第五章设计校正基本方法

    (1)基本概念; (2)串联校正; (3)反馈校正与复合校正。

  • 5.1设计和校正的概念

    本节主要讲解设计和校正的定义和基本原理方法。

  • 5.2PID控制规律

    本节主要讲解PID控制的概念、设计计算方法以及对系统频域性能的改善。

  • 5.3PID控制规律的实现

    本节主要讲解PID控制的实现方法。

  • 5.4并联校正与复合控制

    本节主要介绍并联校正和复合校正的原理方法及优点。

  • 第六章线性离散系统与Z变换

    (1)离散系统的基本概念; (2)信号的采样过程和采样定理; (3)Z变换理论; (4)离散系统的数学模型; (5)离散系统的稳定性分析; (6)动态性能分析及数字校正

  • 6.1离散系统的基本概念

    本节主要讲解离散系统的类型、结构组成、工作原理及其与连续系统的联系和区别。

  • 6.2信号的采样过程和采样定理

    本节主要讲解采样过程的原理及数学定义、香农采样定理及其数学定义、信号保持过程及其数学定义、信号保持器的数学定义及其时域频域特性。

  • 6.3Z变换理论

    本节主要讲解Z变换和Z反变换的工程意义、数学定义、计算方法及性质。

  • 6.4离散系统的数学模型

    本节主要介绍线性常系数差分方程模型和脉冲传递函数模型的数学定义及建模方法。

  • 6.5离散系统的稳定性分析

    本节主要介绍S平面与Z平面的映射关系、离散系统稳定的充分必要条件、离散系统稳定性判据、离散系统稳态误差的计算。

  • 6.6离散系统的动态性能分析

    本节主要介绍动态性能分析的数学方法、离散PID控制器数学建模及控制量求解方法、离散PID控制校正方法、校正性能影响因素分析、校正性能的优化。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 控制系统的基本概念

    1.1 绪论

    1.2 控制系统的分类

    视频数2
  • 第二章  作业测试
    第二章 控制系统的数学模型

    2.1 控制系统的微分方程

    2.2 拉氏变换

    2.3 拉氏反变换

    2.4 系统传递函数

    2.5 系统框图和信号流图(1)

    2.6 系统框图和信号流图(2)

    视频数6
  • 第三章  作业测试
    第三章 时域分析方法

    3.1 系统控制性能的计算分析方法

    3.2 一阶系统的单位阶跃响应

    3.3 二阶系统的单位阶跃响应

    3.4 二阶系统的单位阶跃响应性能指标

    3.5 高阶系统的时间响应

    3.6 误差分析计算

    3.7 稳态误差系数及影响因素

    3.8 扰动引起的稳态误差和系统总误差

    3.9 线性系统的稳定性及代数稳定判据I

    3.10 线性系统的稳定性及代数稳定判据II

    3.11 线性系统的稳定性及代数稳定判据III

    视频数11
  • 第四章  作业测试
    第四章 频域分析方法

    4.1 频率特性的概念

    4.2 典型环节的频率特性图

    4.3 频域稳定性判据

    视频数3
  • 第五章  作业测试
    第五章 设计校正基本方法

    5.1 设计和校正的概念

    5.2 PID控制规律

    5.3 PID控制规律的实现

    5.4 并联校正与复合控制

    视频数4
  • 第六章  作业测试
    第六章 线性离散系统与Z变换

    6.1 离散系统的基本概念

    6.2 信号的采样过程和采样定理

    6.3 Z变换理论

    6.4 离散系统的数学模型

    6.5 离散系统的稳定性分析

    6.6 离散系统的动态性能分析

    视频数8
  • 期末考试