《控制工程基础》教学大纲.docx

控制工程基础教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码:04150271课程性质：专业选修课学分:2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：大学物理、高等数学、电工与电子技术后续课程：汽车理论、汽车试验技术适用专业：车辆工程开课单位：车辆与交通工程学院一、课程说明控制工程基础是车辆工程专业智能网联汽车方向的一门专业选修课。本课程主要研究经典控制理论的基本理论知识、线性定常连续控制系统的基本分析方法及其在车辆工程中的应用。通过本门课程的学习，使学生具备对自动控制系统进行系统性能分析与校正的能力，为学习后续课程及以后从事技术工作打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握经典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、数学建模方法和基本分析方法；了解经典控制理论在车辆工程中的应用，培养学生自主学习并灵活掌握新知识、新技能的学习能力。课程目标2：正确运用数学建模方法建立线性定常连续控制系统的数学模型，并能熟练利用时域分析方法和频域分析方法等知识分析简单控制系统的性能;培养学生理论联系实际的学习思维，勇于创新、敢于尝试的学习能力。课程目标3：自觉跟踪自动控制理论发展的科学前沿，了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感。树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识，善于将自动控制原理的分析方法应用于车辆工程控制等领域，理解自动控制系统开发设计的流程。三、课程目标与毕业要求控制工程基础课程教学目标对车辆工程专业毕业要求的支撑见表Io表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度L工程知识1.2能够将数学、物理和工程科学技术基础知识用于对车辆工程相关复杂工程问题建立数学模型并进行求解。课程目标1：掌握经典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、数学建模方法和基本分析方法；了解经典控制理论在车辆工程中的应用，培养学生自主学习并灵活掌握新知识、新技能的学习能力。H5.使用现代工具5.1掌握车辆工程领域常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法。课程目标2：正确运用数学建模方法建立线性定常连续控制系统的数学模型，并能熟练利用时域分析方法和频域分析方法等知识分析简单控制系统的性能；培养学生理论联系实际的学习思维，勇于创新、敢于尝试的学习能力。M12.终身学习12.2能适应职业发展要求，及时关注并跟踪、把握车辆工程及相关专业领域前沿理论、技术的发展动态，具备不断获取新的知识、技能，持续自我提升的能力。课程目标3：自觉跟踪自动控制理论发展的科学前沿，了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感。树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识，善于将自动控制原理的分析方法应用于车辆工程控制等领域，理解自动控制系统开发设计的流程。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点¾郸对应的课程目标L绪论1.1 概述1.2 控制系统的基本概念1.3 控制工程基础的主要任务与知识体系教学要求:正确理解控制系统的基本概念，并充分理解开环控制系统与闭环控制系统及其组成。普及控制理论的发展史，激发学生的学习兴趣，培养学生热爱科学，为国家科学事业做贡献的情怀。重点：开环控制系统与闭环控制系统。难点：控制系统的工作原理。21、32.控制系统的数学模型2.1 控制系统的微分方程及线性化方程2.2 拉普拉斯变换及反变换2.3 传递函数及基本环节的传递函数2.4 框图及其简化教学要求：能够根据实际的控制问题画出系统方框图，建立系统的微分方程模型和传递函数模型；建立传递函数方框图并进行等效简化。重点：控制系统的微分方程和传递函数。难点:拉氏变换及控制系统的动态结构图。81、23.控制系统的时域分析3.1 控制系统的时间响应及性能指标3.2 一阶系统的时域分析3.3 二阶系统的时域分析3.4 高阶系统的时域分析3.5 稳定性及其劳斯稳定判据3.6 稳态误差分析与计算教学要求：正确理解系统时间响应的各项性能指标，掌握一阶系统、二阶系统的时域分析方法；掌握线性系统的稳定性分析方法，线性系统的稳态误差计算方法。重点：系统时间响应的性能指标，一阶、二阶系统的时域分析，线性系统的稳定性分析。讲系统稳定性分析时，教育学生遇到麻烦时，要学会反思自己，做一个情绪稳定的人。难点：稳定性及稳态误差分析与计算。81、24.控制系统的频域分析4.1 频率特性的基本概念4.2 频率特性图形表示法4.3 几何稳定判据4.4 相对稳定性4.5 闭环频率特性教学要求：正确理解频率特性和最小相位系统的概念；能够运用传递函数计算系统的频率特性和响应；能够绘制系统的Nyquist图和Bode图；了解用频率特性法分析系统性能的方法。重点：频率特性的表示方法，频率特性的NyqUiSt图和BOde图，用频率特性法分析系统稳定性。难点：绘制系统的NyqUiSt图和BOde图。81、25.控制系统的综合与校正5.1 概述5.2 基本控制规律及PID参数整定5.3 串联校正教学要求：理解系统校正的概念和方法，将自动控制原理的分析方法应用于车辆工程控制等领域；理解自动控制系统开发设计的流程。讲系统的校正时，将系统比做人，我们人只有不断反思（反馈）和完善（校正）自己，才能变得更优秀。重点：PlD参数整定。难点：PlD参数整定。61、2、3合计32五、教学方法及手段本课程采用启发式教学、引导发现法、讨论法、目的教学、讲练结合法和实例教学法等,根据不同的教学内容选择不同的教学方法。改变以教师为中心，强调以学生为主体，给学生更多的活动空间，让他们积极参与教学过程，提高学生的学习主动性。在课堂教学中注意精讲精练，适当增加课堂练习时间，以减少学生课外负担。在讲课的过程中贯彻设疑(提出矛盾)、析疑(分析矛盾)、解疑(解决矛盾)三个环节的启发教学，引导学生的好奇心，并能进行独立思考，提出解决问题的方法和探索问题的思路。教学中尽量使用现代教学技术和现代信息技术等，提高教学质量和教学效果。六、课程资源1 .推荐教材：(1)孔祥东,姚成玉.控制工程基础(第4版)M.北京:机械工业出版社.2019.2 .参考书：(1)胡寿松.自动控制原理(第七版)M.北京:科学出版社.2019.(2)杨秀萍.控制工程基础M.北京:机械工业出版社.2020.(3)熊晓君.自动控制原理实验教程(硬件模拟与MATLAB仿真)M.北京:机械工业出版社.2019.(4)张志涌,杨祖樱.MATLAB教程M.北京:北京航空航天大学出版社.2019.3 .期刊:(I)唐文.基于视觉的车辆自动控制的方法分析J.内燃机与配件,2021(24):224-226.(2)晋军.基于神经网络下的车辆自动控制系统决策算法分析研究J.环境技术,2020,38(02):16-20.(3)陈虹,郭露露,宫洵,等.智能时代的汽车控制J.自动化学报,2020,46(07):1313-1332.(4)胡世广,苏全在.汽车传动系耐久试验自动控制系统研究J.自动化与仪器仪表,2020,(02):150-154.(5) H.R,P.I.VehicleFollowingControlDesignforAutomatedHighwaySystemsJ.IEEECONTROLSYSTEMSMAGAZINE,2021,41(6):58-62.4 .网络资源：(1)华中科技大学.王永骥.国家级精品课程自动控制原理：https:/www.icourse163.org/course/HUST-1001531001?tid=1001614004.(2) 中国工控网:http:WWW(3)中国大学MOOC,控制工程基础：https:/www.icoursel63.org/course/JLU-1205800824?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则兽艮程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。424阶段测试10（1）根据阶段测试的完成情况和正确率评分，满分100分。（2）以阶段测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。424作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。776期末考核60（1）期末考核成绩100分，以期末考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）考核方式：结课大作业；考核内容：与教学大纲各章节的学时基本成比例；考核题型：选择题、判断题、简答题、计算题、综合分析题、论述题等。251025合计：100402139八、考核与成绩评定1 .考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、阶段测试、作业、期末考核（结课大作业）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重为60%）；课堂表现、作业评价、阶段测试等过程性评价成绩为100分（权重为40%）；过程性评价和期末考核（结课大作业）内容分值应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2 .过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重（）100x9090>x8080>x7070>x60X<60课堂表现25笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%O笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%o笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。阶段测试25阶段测试态度端正，答案正确率大于90%O阶段测试态度端正，答案正确率大于80%o阶段测试态度端正，答案正确率大于70%。阶段测试态度较端正，答案正确率大于60%o阶段测试态度不端正，答案正确率小于90%。作业50作业完整，思路清晰，准确率大于90%,字迹工整。作业完整，准确率大于80%,字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%o不交作业4次以内，准确率大于60%o不