【正文】 內(nèi)，按照理論聯(lián)系實(shí)際原則，考察學(xué)員對所學(xué)知識應(yīng)用能力的試題，不屬于超綱。 了解：要求學(xué)生能夠一般地了解所學(xué)內(nèi)容 。 終結(jié)性考試的要求和形式： 考試要求：本課程以應(yīng)用為最終目的，考核重點(diǎn)是考察學(xué)員是否掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、靜特性的分析計(jì)算方法，具體考核要求分為幾個(gè)層次： 熟練掌握：要求學(xué)生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，并能夠用所學(xué)的內(nèi)容分析、初步設(shè)計(jì)和解答與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的問題，能夠舉一反三。 形成性考核的要求和形式：形成性考核的形式有平時(shí)作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)。 課程總成績的記分方法：形成性考核成績在課程總成績中占 20%，終結(jié)性考試成績在課程總成績中占 80%。 考核依據(jù)：本課程所用教學(xué)大綱為 2020 年審定通過并下發(fā)執(zhí)行的、電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)教學(xué)大綱》；所用文字教材為劉恒玉編著的 2020年 12 月由中央電大出版社出版的 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》 。 現(xiàn)將有關(guān) 考核的幾個(gè)問題說明如下： 考核對象：電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生。 一、考核說明 本課程主要內(nèi)容包含相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；數(shù)學(xué)模型的建立；時(shí)域分析；頻域分析；綜合校正；采樣系統(tǒng)的基本理論及基本分析計(jì)算方法。 本課程的基本任務(wù)，是使學(xué)生獲得機(jī)電控制系統(tǒng)的基本理論，掌握系統(tǒng)的基本分析方法和計(jì)算方法。 系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)，就是在給定對系統(tǒng)瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能要求情況下，根據(jù)己知的被控制對象，合理的確定控制器的數(shù)學(xué)模型，控制規(guī)律和參數(shù)，并驗(yàn)證所綜合的控制系統(tǒng)是否是滿足性能指標(biāo)要求。 控制系統(tǒng)分析，就是建立給定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在規(guī)定的工作條件下，對它的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究。 負(fù)反饋是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制策略。 本課程中應(yīng)用的數(shù)學(xué)較多，但是，所討論的問題都是和工程實(shí)踐緊密聯(lián)系著的。因此，討論問題的周期長是本課程特點(diǎn)之一?！稒C(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 1 概 述 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》是以控制理論為基礎(chǔ)，密切結(jié)合工程實(shí)際的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)必修課。 本課程所討論的問題，都是在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上抽象出來的問題，是分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的共性問題，這些問題理論較強(qiáng)，涉及的面也十分廣泛。為了學(xué)好本課程，在學(xué)習(xí)過程中就應(yīng)對學(xué)過的內(nèi)容經(jīng)常復(fù)習(xí)，明確前后問題的聯(lián)系，掌握進(jìn)度。因此，學(xué)習(xí)本課程要特別重視理論聯(lián)系實(shí)際，重視在物理概念的基礎(chǔ)上對 問題的理解。因此，牢固地掌握反饋在工程系統(tǒng)中的應(yīng)用是學(xué)好本課程的關(guān)鍵。其研究的內(nèi)容就是穩(wěn)態(tài)性能和瞬態(tài)（暫態(tài)）性能，以及分析某些參數(shù)變化對上述性能的影響，決定如何選取合理的參數(shù)等。 機(jī)電控制工程基礎(chǔ) 的基本問題是：建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；系統(tǒng)分析計(jì)算；綜合校正確定控制規(guī)律。為設(shè)計(jì)機(jī)電控制系統(tǒng)及后繼課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)控制理論打下一定的基礎(chǔ)。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、靜特性的分析計(jì)算方法，具有初步分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力。 考核方式：采用形成性考核和終結(jié)性考試相結(jié)合的方式。本課程考核說明是形成性考核和終結(jié)性考試命題的基本依據(jù)。課程總成績?yōu)榘俜种疲?60分為合格。能夠按時(shí)、按質(zhì)、《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 2 按量完成平時(shí)作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)者方可得滿分。 掌握：要求學(xué)生能夠較好地理 解和掌握相應(yīng)內(nèi)容，并能夠進(jìn)行簡單分析和判斷。 組卷原則： 在教學(xué)大綱和考核說明所規(guī)定的目的、要求和內(nèi)容范圍之內(nèi)命題。 試題的考察要求覆蓋面廣，并適當(dāng)突出重點(diǎn)。 試題的難易程度和題量適當(dāng)，按難易程度分為三個(gè)層次：較易占 30%，一般占 50%，較難占 20%。 試題類型及試卷結(jié)構(gòu)：填空 15%，單項(xiàng)選擇題 15%，判斷 10%，分析及計(jì)算 40%，綜合題20%，具體形式見后面所附“試題類型及規(guī)范解答舉例”。 答題時(shí)限： 120分鐘。 二、考核內(nèi)容和要求 (一 )控制系統(tǒng)的基本概念 [考核目的 ]： 考核學(xué)員對控制系統(tǒng)的含義及有關(guān)概念的掌握情況 [考核內(nèi)容 ]： （ 1）控制的任務(wù)，被控制對象、輸入量、輸出量、擾動(dòng)量的概念。 （ 3）控制系統(tǒng)的組成、基本環(huán)節(jié)及對控制系統(tǒng)的基本要求。 掌握：控制系統(tǒng)概念，反饋及反饋控制概念，開環(huán)系統(tǒng)及閉環(huán)系統(tǒng)概念。 （ 2）初等函數(shù)定義，復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。 （ 4）羅朗級數(shù)、留數(shù)定理。 [考核 要求 ]： 熟練掌握：拉氏變換的定義；拉氏變換性質(zhì)及應(yīng)用，用部分分式法求拉氏反變換。通過拉氏變換這一數(shù)學(xué)工具將時(shí)間函數(shù)變?yōu)閺?fù)域的函數(shù)。 （三） 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 [考核目的 ]： 考核學(xué)員是否掌握傳遞函數(shù)的概念、拉氏變換基本內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)圖簡化方法求取傳遞函數(shù)的方法。 [考核內(nèi)容 ]： （ 1）數(shù)學(xué)模型概念。 （ 2）傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)、求法，典型環(huán)節(jié)的傳遞函 數(shù)及瞬態(tài)（動(dòng)態(tài)）特性。 [考核要求 ]： 熟練掌握： （ 1）傳遞函數(shù)的概念、定義、性質(zhì)及求法，典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)及 瞬 態(tài)特性。 （ 2） 結(jié)構(gòu)圖等效 變換 原則，用結(jié)構(gòu)圖簡化方法求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 [考核內(nèi)容 ]： （ 1）典型輸入信號和時(shí)域性能指標(biāo)。 （ 4）二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，性能指標(biāo)。 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 4 [考核要求 ] 熟練掌握： （ 1）定常系統(tǒng)時(shí)域性能分析的基本內(nèi)容。一階系統(tǒng) 的瞬態(tài) 響應(yīng)。 掌握： （ 1）時(shí)間響應(yīng)的基本概念。 了解： （ 1）動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)。 [考核內(nèi)容 ]： （ 1）頻率特性基本概念。 （ 3）典型環(huán)節(jié)頻率特性，系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線繪制方法。 （ 5）對數(shù)幅頻 2/1/ 2/1/3特性。 [考核要求 ] 熟練掌握： （ 1）頻率特性基本概念；頻率特性兩種表示方法；典型環(huán)節(jié)頻率特性曲線圖。 （ 3）奈氏穩(wěn)定判據(jù)的基本原理及其判別方法。 （ 2） 相角裕量，幅值裕量定義及計(jì)算方法，頻域性能指標(biāo) 了解：對數(shù)幅頻 2/1/ 2/1/3特性； (六 ) 用頻率法綜合控制系統(tǒng) [考核目的 ]： 考核學(xué)員是否理 解校正的含義，是否能夠根據(jù)要求進(jìn)行系統(tǒng)校正 [考核內(nèi)容 ]： （ 1）校正的基本概念 （ 2）校正方式 [考核要求 ] 熟練掌握 ： （ 1）系統(tǒng)綜合的基本概念；超前校正，遲后校正，遲后 —— 超前校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特 點(diǎn)。 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 5 第 1 章 控制系統(tǒng)的基本概念 主要學(xué)習(xí)內(nèi)容： （ 1） 控制任務(wù)，被控制對象、輸入量、輸出量、擾動(dòng)量。 （ 3） 控制系統(tǒng)的組成、基本環(huán)節(jié)及對控制系統(tǒng)的基本要求。 輸出量（被控制量） ── 將表征這些機(jī)器裝備工作狀態(tài)需要加以控制的物理參量，稱為被控制量（輸出量）。 控制的任務(wù)實(shí)際上就是形成控制作用的規(guī)律，使不管是否存在擾動(dòng)，均能使被控制對象的輸出量滿足給定值的要求。 開環(huán)控制系統(tǒng)可以用結(jié)構(gòu)示意圖表示，如圖所示。因此，整個(gè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉合環(huán)路。由于系統(tǒng)是根據(jù)負(fù)反饋原理按偏差進(jìn)行控制的，也叫作反饋控制系統(tǒng)或偏差控制系統(tǒng)。 ur ue ua n 輸入量 輸出量 ucf 反饋 圖 閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 歸納一下開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)各自的特點(diǎn)如下： 控制器 被控制對象 控制器 被控制對象 檢測裝置 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 6 （ 1） 開環(huán)控制系統(tǒng)中，只有輸入量對輸出量產(chǎn) 生控制作用；從控制結(jié)構(gòu)上來看，只有從輸入端到輸出端的信號傳遞通道（該通道稱為前向通道），控制系統(tǒng)簡單，實(shí)現(xiàn)容易。閉環(huán)控制系統(tǒng)就是由前向通道和反饋通道組成的，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，可采用不太精密和成本較低的元件來構(gòu)成控制精度較高的系統(tǒng)。 （ 3） 對閉環(huán)控制系 統(tǒng)來說，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，始終是一個(gè)首要問題。對于開環(huán)控制系統(tǒng)，或者不存在不穩(wěn)定問題，或者容易解決。把輸出量反饋到系統(tǒng)的輸入端與輸入量相減稱為負(fù)反饋。 答：若系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)沒有控制作用，即系統(tǒng)沒有反饋回路時(shí)，則該控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。 (3) 什么叫閉環(huán)控 制系統(tǒng)？舉例說明之。機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)控制，火炮跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)彈飛行運(yùn)動(dòng)控制等等。現(xiàn)在將經(jīng)常討論的幾種自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型概括如下： 1． 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) 按組成自動(dòng)控制系統(tǒng)主要元件的特性方程式的性質(zhì)，可以分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。 線性系統(tǒng)主要特點(diǎn)是具有迭加性和齊次性。 如果微分方程式或差分方程式的系數(shù)，不隨時(shí)間的變化而變化即是常數(shù)，則稱這類系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng)，或稱為常參數(shù)系統(tǒng)。 1． 非線性系統(tǒng)是由非線性微分方程式來描述的系統(tǒng)稱非線性系統(tǒng)。 2． 2. 連續(xù)系 統(tǒng)和離散系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng) ── 控制系統(tǒng)中各元件的輸入、輸出信號都是時(shí)間 t的連續(xù)函數(shù)時(shí)，則稱此系統(tǒng)為連續(xù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（或稱連續(xù)系統(tǒng)）。 離散系統(tǒng) ── 是指系統(tǒng)的某一處或幾處，信號是以脈沖系列或數(shù)碼的形式傳遞。離散信號取脈沖形式的系統(tǒng)，稱為脈沖控制系統(tǒng)；離散信號以數(shù)碼形式傳遞的系統(tǒng)，稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié) （ 1） 被控對象或調(diào)節(jié)對象：是指要進(jìn)行控制的設(shè)備或過程。在多數(shù)控制系統(tǒng)中，比較元件常常和測量元件或測量線路結(jié)合在一起。因此控制系統(tǒng)必須具有放大環(huán)節(jié)。 （ 4） 執(zhí)行環(huán)節(jié)（執(zhí)行元件）：用來實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作，直接操縱被 控對象的元件。 （ 5） 檢測環(huán)節(jié)（測量元件）：是用來測量被控制量的元件。 （ 6） 校正環(huán)節(jié)（校正元件）：對控制性能要求比較高的系統(tǒng)或者比較復(fù)雜的系統(tǒng)，為了改善系統(tǒng)的控制性能，提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，需要在系統(tǒng)中加入校正環(huán)節(jié)。 擾動(dòng)量 比較 輸入量 輸出量 － － 偏 差 反 量 饋 （局部反饋） 量 （主反饋） 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 對控制系統(tǒng)的基本要求 穩(wěn)定性 如果系統(tǒng)受擾動(dòng)后偏離了原工作狀態(tài)，擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)稱為 穩(wěn)定系統(tǒng)，否則為不穩(wěn)定系統(tǒng)。 放 大 執(zhí) 行 反饋校正 檢 測 被控對 象 放大 串聯(lián)校正 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》書面輔導(dǎo)（ 16） 安慶電大 程曦 8 xc(t) 1 0 t 圖 欠阻尼單位階躍響應(yīng)曲線 一般要求響應(yīng)速度快，超調(diào)小。 2 機(jī) 電控制工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 復(fù)變量及復(fù)變函數(shù) 復(fù)變函數(shù)的概念 (1) 復(fù)變函數(shù)的定義 設(shè) G 是一個(gè)復(fù)數(shù) iyxz ?? 的集合，如果有一個(gè)確定的法則存在，按照這一法則，對于集合 G 中的每一個(gè)復(fù)數(shù) z，就有一個(gè)或幾個(gè)復(fù)數(shù) jvuw ?? 與之對應(yīng)，那未稱復(fù)變數(shù) w是復(fù)變數(shù) z 的函數(shù) 簡稱復(fù)變函數(shù) ，記作 )(zfw? 導(dǎo)數(shù) 例 求 2)( zzf ? 的導(dǎo)數(shù) 解：因?yàn)? zzzzzzzzzfzzfzzz2)2(lim)(lim)()(lim02200??????????