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1、控制工程考纲南京理工大学编（高纲号0536）I、课程的性质与设置目的控制工程基础是电子工程专业本科段考试计划规定必考的一门专业基础课。其目的在于使考生能以动态的观点而不是表态的观点去看待一个电子工程系统；其特点是从信息的传递、转换和反馈角度来分析系统的动态行为；为采用控制的观点和思想方法解决生产过程中存在的问题以及为了使系统按预定规律运动，达到预定的技术指标，实现最佳控制打下基础；也为后续课程以及从事电子工程系统设计打下理论基础。本课程的基本要求是：1、突出机械运动作为主要控制对象，重点掌握数学模型和分析综合方法。深刻理解并熟练掌握典型系统（特别是一阶系统和二阶系统）的时域和频域特性。2、掌握
2、判别线性系统的稳定性的基本概念和常用判据的基本方法，并能判别系统的稳定性。3、掌握线性系统性能指标以及相应的系统静、动态性能分析方法和系统综合、校正的方法。4、掌握反映机电一体化新技术和新分析方法。三、本课程与相关课程的关系：学习本课程之前，考生应具有一不定期的数学、力学和电工、电子学基础，同时应具有一定的电子工程基础知识，以便使考生顺利掌握机械、电子工程数学模型的建立以及相应的运算。、课程内容与考核目录1概论一、学习目的和要求：本章带领考生走进控制工程领域，主要了解控制理论在工程中的应用发展，了解自动控制系统的基本概念以及控制理论在机械制造工业中的一些具体应用；同时也了解了本书主要内容以及作
3、为教材的讲授时间安排建议。本章中介绍的一些技术上名词术语、定义等在以后章节中会经常用到，需要熟记。二、课程内容：1.1控制理论在工程中的应用发展（一）控制工程基础是一门技术科学，是研究控制论在机械电子工程中的应用的技术科学。（二）控制理论是在产业革命的背景下，在生产和军事需求的刺激罡，自动控制、电子技术、计算机科学等多种学科相互交叉发展的产物。（三）中心思想是通过信息的传递、加工处理并加以反馈来进行控制，控制理论也是信息学科的重要组成方面。（四）控制工程基础是研究系统的动态特性、系统输入和输出之间的动态关系。1.2自动控制系统的基本概念（一）自动控制的概念。（二）控制系统所要解决的基本任务。（
4、三）学习本课程要解决的两个方面的问题。（四）系统的输入量、扰动量和输出量的概念。1.2.1自动控制系统工作原理（一）人工控制的恒温箱。（二）恒温箱的自动控制。1.2.2开环控制与闭环控制（一）控制系统基本原理：1、开环系统；2、闭环系统。（二）电机转速控制系统。（三）闭环调带系统。1.2.3反馈控制系统的基本组成（一）典型反馈控制系统的组成。（二）反馈校正和串联校正的概念。1.2.4自动控制系统的基本类型（一）模拟控制系统和数字控制系统。（二）恒值调节系统和随支系统。（三）连续控制系统和离散控制系统。（四）线性控制系统和非线性系统。1.2.5对控制系统的基本要求（一）稳定性。（二）快速性。（三
5、）准确性。1.3控制理论在机械制造工业中的应用（一）离心调速器（二）机器人关节伺服系统。（三）三坐标数控机床。（四）六自由度工业机器人。（五）感应导线式自动导引车。（六）柔性制造系统。1.4课程主要内容及学时安排（一）本课程特点。（二）本课程各章节内容安排。三、考核知识点：（一）自动控制的基本含义：1、自动控制的含义；2、控制系统的基本任务和要解决的问题。（二）自动控制系统的工作原理：1、开环系统和闭环系统；2、典型控制系统的组成；3、对控制系统的基本要求。四、考核要求：（一）自动控制的基本含义要达到识记层次：1、控制理论的中心思想；2、自动控制的含义；3、控制系统的基本任务和要解决的问题。（
6、二）自动控制系统的组成、工作原理，要求达到领会层次：1、自动控制系统的组成；2、自动控制系统的分类；3、对控制系统的基本要求。五、本章重点：（一）自动控制系统的基本含义。（二）自动控制系统的组成，信息的传递，反馈及反馈控制的概念。（三）对自动控制系统的基本要求。2控制系统的动态数字模型一、学习目的与要求：通过本章学习明确为了分析、研究机械电子工程系统的动态特性，或者对它们进行控制，最重要的一步首先是建立系统的数学模型，明确数学模型的含义，掌握采用解析方法建立一些简单机、电系统的数学模型。明确拉普拉斯（简称拉氏）变换是分析研究线性动态系统的有力工具，通过拉氏变换将时域的身分方程变换为复数域的代数
7、方程，掌握拉氏变换的定义，并用定义求常用函数的拉氏变换，会查拉氏变换表，掌握拉氏变换的重要性质及其应用，掌握用部分分式法求拉氏变换的方法以及了解用拉氏变换求解线性身分方程的方法。掌握传递函数定义、特点及推导方法，方块图及其简化法则。了解信号流程图及梅逊公式的应用，以及数学模型、传递函数、方块图和信号流程图之间的关系。二、课程内容：2.1基本环节数学模型2.1.1质量弹簧阻尼系统应用牛顿第二定律建立质量弹簧阻尼系统的运动微分方程。2.1.2电路网络应用基尔霍夫定律和区姆定律建立电路网络系统的微分方程。2.1.3电动机应用力学、电学方面定律建立电枢控制式直流电动机的数学模型。2.2数学模型的线性化
8、（一）各类非线性现象。（二）系统线性化处理的方法。2.3拉氏变换及反变换2.3.1拉氏变换定义2.3.2简单函数的拉氏变换1、单位阶跃函数l（t）；2、指数函数eatI（t）；3、正弦函数sint和余弦函数costI（t）；4、幂函数tnI（t）。2.3.3拉氏变换的性质1、满足叠加原理；2、微分定理；3、积分定理；4、衰减定理；5、延进定理；6、初值定理；7、终值定理；8、时间比例尺改变的象函数；9、tx（t）的象函数；x（t）10、的拉氏变换；t11、周期函数的象函数；12、卷积分的象函数。2.3.4拉氏反变换1、只含不同单极点的情况；2、含共轭复数极点情况3、含多重极点的情况。2.3.5
9、用拉氏变换解常系数线性微分方程2.4传递函数以及典型环节的传递函数（一）传递函数的定义。（二）传递函数的特点。2.4.1比例环节G（s）=K（其中K为常数）12.4.2一阶惯性环节G（s）=（其中T这时间常数）TS+12.4.3微分环节1、理想微分环节G（s）=KS（其中K为常数）；KTS2、近似微分环节G（s）=（其中K、T为常数）。TS+1K2.4.4积分环节G（s）=（其中K为常数）S12.4.5二阶振荡环节G（s）=（01）T2S2+2TS+12.5系统函数方块图及其简化1、方块图单元；2、比较点；3、引出点；4、串联；5、并联；6、反馈；7、方块图变换法则；8、方块图简化2.6系统信
10、号流图及梅逊公式（一）信号流图的表示方法。（二）梅逊公式。2.7受近期机械对象数学模型1、高谐振振频率；2、高刚度；3、适当阻尼；4、低转动惯量。2.8绘制实际物理系统的函数方块图（一）各种典型机械系统的传递函数。（二）各种电网络及电气系统的传递函数。*2.9状态空间方程基本概念三、考核知识点（一）数学模型的概念：1、数学模型的含义；2、线性系统含义及其最重要的特征可以运用叠加原理；3、线性定常系统和线性时变系统的定义；4、非线性系统的定义及其线性化方法。（二）系统微分方程的建立：1、对于机械系统运用牛顿第二定律建立运动微分方程式；2、对于电气系统运用基尔霍夫定律建立微分方程式。（三）拉氏变换
11、与拉氏反变换定义：（四）典型时间函数的拉氏变换：1、单位阶跃函数的拉氏变换；2、指数函数atl（t）的拉氏变换3、正弦函数Sintl（t）和余弦函数Costl（t）的拉氏变换；4、幂函数tnl（t）的拉氏变换。（五）拉氏变换的性质1、满足叠加原理；2、微分定理；3、积分定理；4、衰减定理；5、延进定理；6、初值定理；7、终值定理；8、时间比例尺改变的象函数；9、tx（t）的象函数；x（t）10、的拉氏变换；t11、周期函数的象函数；12、卷积分的象函数。（六）拉氏反变换1、拉氏反变换2、拉氏反变换的部分分式法：无重极点和有重极点的情况。（七）用拉氏变换解常微分方程：（八）传递函数：1、传递函数
12、的定义；2、传递函数的主要特点。（九）方块图及系统的构成：1、方块图表示方法及其构成；2、系统的构成：（1）串联环节的构成及计算；（2）并联环节的构成及计算；（3）反馈联结的构成及计算；（4）误差传递函数、前向通道传递函数、闭环传递函数、反馈通道传递函数和开环传递函数的定义及计算。3、方块图的简化；4、画系统方块图及求传递函数步骤。（十）信号流图与梅逊公式：1、信号流图表示方法及其构成；2、信号流图与方块图之间的关系；3、梅逮公式的应用。（十一）受控机械对象的数学模型：1、高谐振频率；2、高刚度；3、适当阻尼；4、低转动惯量。（十二）实际物理系统的传递函数方块图：1、各种机械系统的传递函数；2
13、、各种电网络及电气系统的传递函数。四、考核要求：（一）系统数学模型概念要求达到识记的层次：1、知道数学模型的概念；2、知道线性系统和非线性系统的特性；3、知道线性系统的叠加原理；4、知道非线性系统定义及其线性化的方法。（二）系统微分方程建立要求达到简单应用的层次：1、应用牛顿定律，建立机械系统的数学模型；2、会选取系统中间变量；3、应用基尔霍夫定律建立电气系统的数学模型。（三）拉氏变换与拉氏反变换的定义，要求达到领会层次：1、拉氏变换的定义，原函数和象函数的概念；2、函数拉氏变换存在的条件；3、拉氏反变换的定义。（四）典型时间函数的拉氏变换，要求达到领会层次：1、能知道各种典型时间函数的拉氏变
14、换；2、能查表求得常用函数的拉氏变换。（五）拉氏变换的性质，要求达到简单应用的层次：1、熟记脉冲函数、阶跃函数、斜坡函数和指数函数的拉氏变换；2、各个定理的证明；3、利用拉氏变换的性质对各种函数和规则波形求拉氏变换。（六）拉氏反变换的数学方法，要求达到简单应用的层次：1、能采用部分分式法对无重极点的象函数求出原函数；2、能采用部分分式法对有重极点的象函数求出原函数。（七）用拉氏变换解常微分方程，要求达到简单应用的层次：能用拉氏变换方法求解常微分方程。（八）传递函数要求达到领会的层次：1、知道传递函数的概念；2、知道系统各环节与方块图之间的关系，串联、并联、反馈联接的概念，并能计算反馈通道传递函数、闭环传递函数、误差传递函数、开环传递函数和前向通道传递函数；3、熟知方框图的简化方法及求解；4、熟知画方框图的步骤及综合过程；5、知道信号流图的概念用构成；6、记住梅逊公式并理解其含义。（十）机、电系统的传递函数要法度达到综合应用的层次：1、会求各类机械系统的传递函数；2、会求各类电网络的传递函数；3、机械系统传递函数的求解过程；4、机、电系统传递函数的求解。（十一）本章重点：建立简单机电系统的微分方程，运用综合基础知识，对系统正确地取分离体并分析受力，注意力和方向，列写系统微分方程式。拉氏变换，拉氏变
