“机械控制工程理论基础”实验教学大纲
Elements of Mechanical Control Theory
课程中文名称：机械控制工程理论基础
课程英文名称：Elements of Mechanical Control Theory
课程编码：MACH3435
实验学时：16
学分：2
适用专业：机械、能动类本科生
先修课程：高等数学，理论力学，电工电子技术等基础课
开课学院：机械工程学院
开课学期：第5学期
教材及实验指导书：
1. 董霞、陈康宁、李天石.机械控制理论基础.西安交通大学出版社,2005.ISBN 7-5605-2041-3.
2. “机械控制工程理论基础”实验指导书，自编
一、实验课程简介
本实验为配合“机械控制工程理论基础”课程的教学而设。主要实验内容有：MATLAB软件及其在控制系统分析中的应用，典型环节的瞬态响应与动态分析实验，零点对二阶系统瞬态响应的影响，系统频率特性实验，控制系统的稳定性分析，连续系统串联校正以及数字PID控制等实验。
二、实验课性质、目的和任务
性质：课程内实验
目的：通过课程实验，帮助学生增强对机械控制工程中反馈、控制以及稳定性、快速性、准确性等基本概念的理解，提高其对控制系统建立数学模型的能力以及对机电控制系统进行时域分析和频域分析的能力，进一步培养学生对机电控制系统进行分析、设计和综合的能力。
任务：以MATLAB、电路模拟系统、质量阻尼系统构建软件平台和实验平台，进行控制系统的时域与频域分析以及控制系统的设计与校正等。
三、实验课教学基本要求
1．课堂演示实验与讨论由讲课教师根据课程内容的进度安排，期间教师与学生进行主题讨论和提问。
2．在实验室进行的实验课应配合课堂教学，安排在相应课程内容中之后。学生在实验练习之前需要预习实验内容。实验结束后上交一份实验报告。实验环节先由指导老师介绍实验名称，期间老师与学生将进行实验名称的讨论及提问，以确保每一位同学理解实验内容。
四、实验教学的内容与要求
1．实验项目名称：典型环节的瞬态响应和动态分析 学时：2
教学基本要求：实验课应安排在课程内容中的第4章讲完之后。
实验内容提要：
（1）一阶环节的瞬态响应和影响参数；
（2）二阶环节的瞬态响应和影响参数；
（3）零点、极点分布对系统瞬态响应的影响
实验目的：掌握瞬态响应的基本概念和测试方法
实验类型：验证性实验
必做或选做：必做
使用的主要仪器：质量阻尼系统、电路模拟系统
2. 实验项目名称：典型环节的频率特性 学时：2
教学基本要求：实验课应安排在课程内容中的第5章讲完之后。
实验内容提要：
（1）一阶环节的频率特性和影响参数；
（2）二阶环节的频率特性和影响参数；
（3）高阶系统的频率特性
实验目的：掌握频率特性的测试方法，理解谐振频率、频宽等基本概念
实验类型：验证性实验
必做或选做：必做
使用的主要仪器：质量阻尼系统、电路模拟系统
3. 实验项目名称：控制系统的校正 学时：2
教学基本要求：实验课应安排在课程内容中的第7章讲完之后。
实验内容提要：
（1）控制系统的反馈校正；
（2）控制系统的串联校正；
目的：掌握改善控制系统性能的基本方法和工程实现
实验类型：设计性实验
必做或选做：必做
使用的主要仪器：电路模拟系统
4.实验四：直流电机驱动的转臂同步转动伺服控制实验 学时：3
教学基本要求：实验课应安排在课程内容中的第7章讲完之后。
实验内容提要：
（1）转臂处于某静止状态的位置时的阶跃输入跟踪实验；
（2）转臂以恒定的速度匀速转动时的斜坡输入跟踪实验；
（3）两套实验平台的同步实验；
目的：掌握直流电机驱动的同步转动伺服控制系统的工作原理与作用，角度传感器和倾角传感器的原理和特点，学会绘制直流电机控制原理图，推导相关传递函数，了解传递函数的校正方法，初步掌握同步控制原理，观察转屏同步控制过程。
实验类型：综合性实验
必做或选做：必做
使用的主要仪器：自行研制的直流电机驱动的转臂同步转动控制系统
5. 实验项目：针对各章重点和难点内容的课堂演示实验及讨论 学时：7
五、实验成绩的考核与评定办法
实验成绩以小组（2人为一组）为单位进行考核和评定，占课程综合成绩的15%
附：教学实验基本信息汇总表
大纲制定者：董霞（执笔）
大纲校对者：董霞
大纲审定者：段玉岗
大纲批准者：訾艳阳
教学实验基本信息汇总表（仿宋加粗3号）
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序
号
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课程名称
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课程
编码
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性质
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开课学期
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必修或选修
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实验项目名称
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实验内容提要
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学时
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类型
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每组
人数
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适用
专业
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必做或选做
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实验室名称
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主要仪器设备
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1
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机械控制工程理论基础
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MACH3435
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课程内实验
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5
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必修
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①典型环节的瞬态响应和动态分析
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一阶环节的瞬态响应和影响参数；二阶环节的瞬态响应和影响参数；数；零点、极点分布对系统瞬态响应的影响
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2
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验证性实验
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2
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机械与能动类
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必做
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电路模拟系统、质量阻尼系统
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②典型环节的频率特性
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一阶环节的频率特性和影响参数；二阶环节的频率特性和影响参数；高阶系统的频率特性
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2
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验证性实验
|
2
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机械与能动类
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必做
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电路模拟系统、质量阻尼系统
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③控制系统的校正
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控制系统的反馈校正；控制系统的串联校正
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2
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设计性实验
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2
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机械与能动类
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必做
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电路模拟系统、
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④直流电机驱动的转臂同步转动伺服控制实验
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转臂处于某静止位置时的阶跃输入跟踪实验； 转臂匀速转动时的斜坡输入跟踪实验；两套实验平台的同步实验；
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3
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综合性实验
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2
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机械与能动类
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必做
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自制转臂同步转动控制系统
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④课堂演示实验及讨论
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针对各章重点和难点内容的课堂演示实验及讨论
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7
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演示性实验
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机械与能动类
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必做
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MATLAB软件
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2
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3
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注：
1、序号应和课程名称一致，实验项目名称中的①②③号应与《实验教学的内容与基本要求》中的实验项目顺序一致。
2、课程名称、实验项目名称要准确规范,一律不得简写。
3、课程编号、课程名称、学时、实验项目必须与我校本科课程教学大纲一致。
4、实验内容提要在200字以内。
5、学时累计数要与实验总学时相同。
6、实验类型是指演示性、验证性、综合性、设计性、创新性（教育部本科教学评估要求，开出综合性、设计性实验的课程占有实验课程总数的比例应为：A级标准：≥80%；C级标准：50%--60%。）。
①设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。
②综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。
7、性质是指课程内实验、独立设置的实验课（具有独立的课程和学分）。
8、每组人数指实验时学生使用每台（套）实验仪器的人数。
9、表格内标题黑体五号；表格内内容，宋体五号；实验教学大纲标准格式可在教务处主页下载。
