控制工程基础

本课是机械类和仪器仪表类本科的专业基础课,是适应机电一体化技术需要,针对机械对象的控制,基于经典控制理论形成的课程,更加突出机电控制特点。

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清华大学
学堂在线
  • 完成时间大约为 8
  • 中级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

控制工程基础课程是机械学院本科生的一门专业基础课。控制工程基础课程的主要内容包括:机电系统建模、系统时域瞬态响应分析、频域分析、系统稳定性及误差分析、控制器的设计。清华大学控制工程基础课程的教学主要针对闭环控制系统的分析与校正,为学生提供了扎实的基础和丰富的应用。

课程大纲

第1章 概论
课程介绍1
课程介绍2
1.1 控制工程的发展
1.2 控制系统的分类
1.3 闭环系统的结构
第1章课后练习

第2章 控制系统的动态数学模型
2.1 系统的微分方程(一)
2.2 系统的微分方程(二)
2.3 Laplace变换的定义
2.4 Laplace变换的定理
2.5 Laplace反变换
2.6 Laplace变换法解微分方程
2.7 传递函数
2.8 传递函数的一般形式
2.9 控制系统的方块图
2.10 方块图的化简
2.11 建立数学模型——温控箱
2.12 方块图——直流电机
2.13 闭环与开环传递函数
第2章 课后习题

第3章 时域瞬态响应分析
3.1 时域响应概述
3.2 一阶系统的瞬态响应
3.3 二阶系统的瞬态响应
3.4 极点位置与响应特性的关系
3.5 高阶系统的瞬态响应
3.6 瞬态响应性能指标
第3章 课后练习

第4章 控制系统的频率特性
4.1 频域法概述
4.2.1 频率特性的定义
4.2.2 频率特性的意义及表示形式
4.2.3 频率特性的求取
4.3.1 典型环节的Nyquist图
4.3.2 Nyquist图的作图方法
第4章 课后练习(一)
4.4.1 典型环节的Bode图
4.4.2 一般系统Bode图的作图方法
4.4.3 最小相位系统的Bode图
4.5.1 Bode图与传递函数的对应关系
4.5.2 Bode图与传递函数的对应关系举例
4.6 系统的开环和闭环频率特性的关系
第4章 课后练习(二)

第5章 控制系统的稳定性分析
5.1 控制系统的稳定性
5.2 劳斯判据
5.3 映射定理
5.4 Nyquist稳定性判据
5.5 Nyquist判据具体应用1
5.5 Nyquist判据具体应用2
5.5 Nyquist判据具体应用3
5.6 控制系统的相对稳定性
第5章 课后习题

第6章 控制系统的误差分析和计算
6.1 闭环控制系统的稳态误差
6.2 输入引起的稳态误差1
6.2 输入引起的稳态误差2
6.3 干扰引起的稳态误差
6.4 叠加动态特性与输入无关
第6章 课后练习

第7章 控制系统的综合与校正
7.1 闭环系统瞬态响应与频率特性的关系
7.2 开环与闭环频率特性的关系
7.3 开环频率特性与闭环瞬态响应的关系
7.4 准确性及时频关系例子
7.5 期望的开环频率特性
第7章 课后练习(一)
7.6 控制器——比例、积分
7.7 控制器——比例-积分
7.8 控制器——比例-微分
7.9 控制器——PID
7.10 直流电机伺服系统
7.11 最优阻尼比
7.12 I型最优模型
7.13 PID控制器的参数计算
第7章 课后练习(二)

第8章 计算机控制系统
8.1 计算机控制系统的结构
8.2 z变换
8.3 s平面与z平面的映射关系
8.4 控制器的模拟化设计方法
第8章 课后练习

预备知识

微积分和模拟电路基础是必须的。

常见问题

请问教材和参考书是什么?
教材是《控制工程基础》第四版,清华大学出版社,2015年;习题集是《控制工程基础习题解》,清华大学出版社出版;参考书为《现代控制工程》(第四版中译本),主编:Katsuhiko Ogata,电子工业出版社。

课程成绩如何构成?
课后作业(30%);期末考试(70%)。

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