机械控制工程教案

天津职业技术师范大学教案-1-机械控制工程基础教案学科：机械控制工程基础课题控制系统的传递函数班级：机制0811人数：35授课时数：1课时课型：新授课周次：第6周授课时间：2011年四月十二日星期二第二节教学目的【知识目标】掌握控制系统的数学模型，传递函数的构造方法。【能力目标】1.通过观察，培养学生的洞察力，以及如何根据实际数学模型建立传递函数。2.通过本节的教学，培养学生分析问题解决问题的能力。【德育目标】培养学生严肃认真，实事求是的求学态度和探索精神。教学重点开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数的基本概念。教学难点系统开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数的求解。教具对媒体课件，实体数学模型，相应的视频教后小节1.利用相关实体数学模型，不仅增强了教学的直观性，而且能够使同学们更容易的理解这个知识点。2.利用相应的视频教学，不仅能够调动同学们学习的积极性，而且能够加深同学们对知识点的理解。3.遵循学生的认识规律，摒弃“灌输式”的空洞枯燥的说教，让学生主动积极的参与教堂活动，特别是一些学习基础较差的同学也表现出了浓厚的学习兴趣，并且在这些学习活动中提高思维能力，培养创新意识。4.通过学生们对课堂提问的反应现象，表明教学效果良好，同学们加深了对所学知识的理解和记忆，灵活运用所学知识解决实际问题的能力显著提高。但个别同学对传递函数的构造方法仍有待提高，但通过对实体数学模型的观察有了很大的提高，以后更该注重理论联系实际的教学方法。授课教师：王朝霞2011年四月十二日审签XXX2011年X月X日天津职业技术师范大学教案-2-题目：§2-2控制系统的传递函数附页1【教材分析】：控制系统的传递函数是，21世纪精品课程教材《机械控制工程基础》第二章第二节的内容，是本章的重点，也是本章的难点。控制系统的传递函数编排在自动控制系统的工作原理，控制方式，以及分类之后，这符合知识逻辑结构的系统性，反映了个知识点之间是相互联系的，符合学生由浅入深的认知能力。【学生情况分析】：1.学生认识事物的特点是：开始从具体的形象思维逐步向抽象逻辑思维过度，但思维过程常常与感性经验相联系，仍需具体形象来支持。2.学生在学习本章知识之前就已经了解了自动控制系统的工作原理以及控制方式，但这只是初步的了解，然而要根据实际模型建立系统的传递函数，对学生来说还是有一定的难度的。3.此班学生学习积极性高，基础较好，对专业课有浓厚的兴趣，但少数学生对问题的理解能力稍差。【教学方法】：1.通过相关视频引起学生对自动控制系统的兴趣，以及对在实际生活中是怎样应用自动控制系统为我们的生活生产服务的。2.教师通过直观教学，利用多媒体技术演示强化学生对控制系统的感性认识，从而达到理解的目的。3.让同学们观察实体数学模型，从而让他们知道理论联系实际的重要性，让他们知道理论联系实际更容易理解抽象的问题。4.考虑学生的认识特点，引导学生仔细观察，激励学生积极思考，尽可能的让学生运用所学过的理论知识主动的去探索自动控制系统在实际生活中的应用。教师在适当的时候作点拨，启发，梳理，归纳，概括。这样有利于学生养成主动学习的习惯，理论与实践相结合的能力，又有利于学生创新意识的培养。天津职业技术师范大学教案-3-附页2教学内容、方法、过程一、组织教学、展示重难点：（2分钟）安定课堂秩序，集中学生注意力。投影本节课的重难点:教学重点：开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数的基本概念。教学难点：系统开环传递函数，闭环传递函数和误差传递函数的求解。二、复习引入：（5分钟）上节课我们学习了控制系统的传递函数的一部分内容，今天我们继续学习这一节。【出示标题：】教师提问：学生回答：教师提问：学生回答：（为后面的综合做铺垫）引出课程内容：§2-2控制系统的传递函数一．传递函数的定义是什么？传递函数是在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。二．传递函数的性质是什么?（1）传递函数是复变量s的有理分式，他具有复变函数的所有性质。(2)传递函数只取决于系统的结构函数，与外作用无关。（3）传递函数与微分方程有直接联系。（4）传递函数的拉普拉斯逆变换即为系统的脉冲相应，因此传递函数能反映系统动态特性。上节课我们讲了传递函数的定义和性质，那么应该求传递函数呢？今天我们讲如何求传递函数。天津职业技术师范大学教案-4-附页3教学内容、方法、过程三、新课教学：（30分钟）强调应用范围教师设问：学生讨论：教师讲解：课件展示：教师讲解：教师设问：学生讨论：教师讲解：三，传递函数的求取方法1、直接变换法先建立微分方程，然后在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，即可根据传递函数的定义求得传递函数。例已知某环节的微分方程为)(100)(100)(10)(22trtcdttdcdttcd求此环节的传递函数解：在零初始条件下，对微分方程进行拉氏变换，有s2C(s)+10sC(s)+100C(s)=100R(s)根据传递函数的定义，有10010100)()()(2sssRsCsG2、电路复阻抗法在电工基础中，对于电阻、电感、电容，有电阻u=IR拉氏变换式为U(s)=I(s)R电感dtdiLu拉氏变换式为U(s)=L(s)I(s)电容dtduCi拉氏变换式为I(s)=C(s)U(s)由以上讨论可见，将电工基础复数阻抗中的JW换成S即可。例用复数阻抗法求RC串联电路的传递函数解：11)()(1)(1)()(1)(1)()()()(RCssUsURCssUCssIsURCsCssUCsRsUsZsUsIioioiii天津职业技术师范大学教案-5-附页4教学内容、方法、过程课件展示：演示课程内容引出所要研究的问题，并通过归纳总结，启发学生得出结论，以突出本节重点。教师提问：学生回答老师引导学生回忆所学过的拉普拉斯公式：典型环节的传递函数的求取1.比例环节其输出量与输入量成正比关系式中K——环节的放大系数，为一常数。传递函数为：2.惯性环节惯性环节中总含有储能元件，输出不能立即复现输入。其传递函数可以写成如下表达式。现求输入量为单位阶跃函数时，惯性环节输出量的函数关系求拉普拉斯反变换得3.积分环节输出正比于输入的积分的环节。传递函数为：4.微分环节输出正比于输入的微分的环节，其传递函数为：5.一阶微分环节传递函数为：)()(tKrtcKsRsCsG)()()(11)()()(TssRsCsGTsssC/111)()1()(/TtetcTssRsCsG1)()()(sTsRsCsGc)()()(1)()()(sTsRsCsGc天津职业技术师范大学教案-6-附页5教学内容、方法、过程课件展示各环节的题目老师填写各环节的传递函数（使同学们加深印象）学以致用：（通过习题使学生深刻理解这个知识点）6.二阶微分环节其传递函数为：比例环节：惯性环节：积分环节：微分环节：一阶微分环节：二阶微分环节：练习求如图所示RC电路的传递函数12)()()(22TssTsRsCsGKsG)(11)(TssGTssG1)(TssG)(1)(TssG12)(22TssTsG天津职业技术师范大学教案-7-教学内容、方法、过程老师讲解该习题：四·课堂小结：（6分钟）课件展示，（启发同学共同总结）五·布置作业：（2分钟）解：求此电路的微分方程为初始条件为零时，拉氏变换为该电路的传递函数为式中T=RC——RC电路的时间常数。1．传递函数的求取方法2．典型环节的传递函数P39课后习题2-2,2-3.)()(tutudtduRCioo)()()1(sUsURCsio1111)()()(sTRCssUsUsGio