3）根据给定性能指标，设计速度环与位置环的控制器参数。
1）机电控制系统时域瞬态响应的模拟仿真；
2）机电控制系统频率特性的模拟仿真；
3）机电控制系统综合校正的模拟仿真。
2
直流电动机调速系统
√
√
掌握速度环的设计和实验调试方法，从而从理论与实际结合上掌握自动控制系统的设计与校正方法。
直流电动机驱动的闭环速度控制系统
重点及难点为：（1）机电控制系统的动态数学模型；（2）Nyquist稳定性判据；（3）控制系统的综合校正；（4）计算机控制系统。
三、课程主要教学内容（细化到二级目录）
第一章 概论
1.1 控制理论在工程中的应用发展
1.2自动控制系统的基本概念
1.3 控制理论在机械制造工业中的应用
1.4课程主要内容及学时安排
课堂讲授突出授课内容的基本思路，着重课程基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明。除经典内容外，一方面引入MATLAB控制软件使学生既学会先进的控制系统分析综合工具，又加深对经典控制理论的理解；另一方面突出机械对象的系统控制，自行开发了贯穿整个课程内容的综合性实验，除进行系统综合校正的仿真外，并进行工作台控制系统的综合校正实验，使学生深化对机电控制系统的基本原理及必要的实用知识的理解和掌握。
10.2线性离散系统的数学模型
10.3线性离散系统的分析方法
10.4计算机控制系统的模拟化设计方法
10.5MATLAB在计算机控制系统中的应用
第十一章基于LabVIEW的控制系统动态仿真演示软件
11.1 LabVIEW介绍
11.2借助LabVIEW建立和分析控制系统
注：第八章、第九章和第十一章不作为基本教学内容。
闭卷考试占60%，平时成绩（作业、实验等）占40%；另外，提交与课程内容相关的论文并通过口试可代替闭卷笔试。
教材及主要参考书
中文
外文
教材
董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、刘云峰、李冬梅，控制工程基础（第4版），清华大学出版社，2015.1
Dong Jingxin,Zhao Changde,Xiong Shenshu,Guo Meifeng,Introduction to Control Engineering,Cengage Learning Asia Pte Ltd and
3.1时域响应以及典型输入信号
3.2 一阶系统的瞬态响应
3.3 二阶系统的瞬态响应
3.4 时域分析性能指标
3.5 高阶系统的瞬态响应
3.6 机电系统时域瞬态响应的实验方法
第四章 控制系统的频率特性
4.1机电系统频率特性的概念及其基本实验方法
4.2 极坐标图（Nyquist图）
4.3 对数坐标图（Bode图）
实验课：
1、Matlab仿真实验
2、直流电动机调速系统
3、直流电动机位置伺服系统
四、课程主要实验内容
序号
实验名称
实验性质（打）
学时
实验目的
实验内容
基础性
设计或综合性
课内
课外
1
Matlab仿真实验
√
√
1）熟悉MATLAB计算机仿真工具；
2）熟悉直流伺服电机调速系统的组成，电动机、电流环和速度环的数学模型；熟悉直流伺服电机控制系统各环节以及调速系统和位置控制系统的传递函数模型；
控制工程基础课程教学大纲
一、课程基本情况
课程名称
中文名称
控制工程基础
英文名称
Fundamentals of Control Engineering
教学目的与重点
本课程是清华大学机械学院（含仪器仪表类、机械类等大机类各专业）的一门专业基础平台课，是适应机电一体化的技术需要，针对机械对象的控制，主要基于经典控制理论形成的课程。本课程主要针对仪器和机械设备中位移、速度等机械量的控制，使学生掌握机电闭环控制系统的基本原理，能够建立机电系统动态数学模型、分析和综合控制系统，并了解基本的实验研究技能。该课程突出了机电控制的特点,使学生掌握机电闭环控制系统的基本原理及实用专业基础知识。
6.5 动态误差系数
第七章 控制系统的综合与校正
7.1系统的性能指标
7.2 系统的校正概述
7.3 串联校正
7.4 反馈校正
7.5 用频域法对控制系统进行设计与校正
7.6 典型机电反馈控制系统综合校正举例
7.7确定PID参数的其它方法
*第八章 根轨迹法
8.1根轨迹与根轨迹方程
8.2绘制根轨迹的基本法则
8.3其它参数根轨迹图的绘制
8.4根轨迹图绘制举例
8.5系统闭环零点、极点的分布与性能指标关系
8.6借助MATLAB进行系统根轨迹分析
*第九章 控制系统的非线性问题
9.1概述
9.2描述函数法
9.3相轨迹法
9.4李雅普诺夫稳定性方法
9.5借助MATLAB分析系统非线性
第十章计算机控制系统
10.1计算机控制系统概述
5.4 乃奎斯特稳定性判据（Nyquist判据）
5.5 应用乃奎斯特判据分析延时系统的稳定性
5.6 由伯德图判断系统的稳定性
5.7 控制系统的相对稳定性
* 5.8李雅普诺夫稳定性方法
第六章 控制系统的误差分析和计算
6.1稳态误差的基本概念
6.2 输入引起的稳态误差
6.3 干扰引起的稳态误差
6.4 减小系统误差的途径
3
直流电动机位置伺服系统
√
√
掌握位置环的设计和实验调试方法，从而从理论与实际的结合上掌握自动控制系统的设计与校正方法。
直流电动机驱动的闭环位置控制系统
第二章控制系统的动态数学模型
2.1基本环节数学模型
2.2 数学模型的线性化
2.3 拉氏变换及反变换
2.4 传递函数以及典型环节的传递函数
2.5 系统函数方块图及其简化
2.6 系统信号流图及梅逊公式
2.7 受控机械对象数学模型
2.8 绘制实际机电系统的函数方块图
* 2.9状态空间方程基本概念
第三章时域瞬态响应分析
先修要求、适用院系及专业
先修课程是高等数学、理论力学、电子技术、电工技术
适用于机械学院、航空航天学院等大机类各专业
二、课程内容简介
该课程是清华大学大机类的一门专业基础平台课，共48-64学时，4学分，是适应机电一体化的技术需要，针对机械对象的控制，基于经典控制理论形成的课程。该课程突出了机电控制的特点,内容包括了控制系统的动态数学模型、时域和频域分析方法、判断系统稳定性、误差分析、控制系统的综合与校正、计算机控制系统、MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用等。
4.4 由频率特性曲线求系统传递函数
4.5 由（Nichols图）
4.7 控制系统的闭环频响
4.8 机械系统动刚度的概念
第五章 控制系统的稳定性分析
5.1 系统稳定性的基本概念
5.2 系统稳定的充要条件
5.3 代数稳定性判据（Routh判据、Hurwitz判据）
课程负责人
董景新郭美凤陈志勇刘云峰李冬梅
课程类型
□文化素质课□公共基础课√学科基础课
□专业基础课□专业课 □其它
教学方式
√讲授为主□实验/实践为主□专题讨论为主
□案例教学为主□自学为主□其它
授课语言
√中文□中文＋英文（英文授课>50%）
□英文 □其他外语
学分学时
学分
3-4
总学时
48-64
考核方式及成绩评定标准
Tsinghua University Press
主要参考书
赵长德、郭美凤、董景新、王芃，控制工程基础实验指导，清华大学出版社，2007.2
Katsuhiko Ogata（美），现代控制工程（第四版中译本），北京：电子工业出版社，2002
Morris Driels,Linear Control Systems Engineering(国际知名大学原版教材)，北京：清华大学出版社，2000