课程名称：测量与控制技术
课程代码：BE325
学分/学时：4学分/68学时
开课学期： 春季学期
适用专业： 机械工程及自动化、热能与动力工程、核工程、航空航天工程
先修课程：《大学物理》、《高等数学》、《电工与电子技术》、《模型、分析与系统控制》、《理论力学》、《工程热力学》、《工程流体力学》
后续课程：《机械与动力综合实验》
开课单位： 机械与动力工程学院
主讲教师：曹其新教授，史熙副教授
上课安排：第1周-第16周
周一 第1节-第2节 08:00-09:40 教室 东下院502室
周五 第3节-第4节 10:00-11:40 教室 东下院306室
讲课内容：
第08周 周五 Lecture1
第09周 周一 Lecture2
周五 Lecture3
第10周 周一 Lecture4
周五 Lecture5
一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表）
课程性质：
《测量与控制技术》是机械工程、热能动力工程、核科学与工程、航空航天工程等专业的一门重要技术基础课，是机械、能源动力类专业必修主干课。
教学目标：
《测量与控制技术》是一门与工程实际密切结合的课程，它的主要任务是通过各教学环节，应用各种教学手段，使学生掌握如何测量、处理和分析信号，掌握工程中常用的控制技术和方法，并将两者结合，实现完整的测控系统。本课程不仅为学生提供必要的基础理论知识，重点培养学生利用专业技能分析解决问题的能力，为学生从事与测试、控制相关专业技术工作、科学研究工作等打下坚实的基础。具体来说：
（1） 测量与控制技术的概述，了解传感、信号获取、处理和反馈控制、计算机集成应用等各关键技术环节。
（2） 掌握机械自动化系统中常用的测量传感器和测量装置的特性。
（3） 掌握常用的信号测量和处理方法，能根据工程实际的要求，对静动态实验数据的描述，设计基本的测量系统。
（4） 掌握常用的控制方法（数字和模拟控制），初步具有从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。
（5） 了解常用的控制电路的与控制器件，掌握从测量、传感与控制系统的设计和实现方法。
（6） 测量与控制系统工程设计实例讲解。
（7） 强化实践教学，通过信号测量、单片机和可编程控制器的实践环节，培养学生对系统分析能力和动手能力。
二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）
1. 绪论（2课时）
2. 测量技术；（12课时）
2.1测量的基本知识
量和测量，测量方法、误差，测量结果的表达，间接测量结果的综合，随机误差与粗大误差剔除；
2.2静动态实验数据的描述
实验数据的分类，周期信号与离散谱，瞬变信号与连续谱，随机信号；
2.3 测量装置的基本特性
静态特性，动态特性，测试装置对任意输入的响应，不失真测量的条件，动态特性的测量，负载效应，测量装置的抗干扰；
3. 传感器与信号处理技术（20课时）
3.1 传感器基本形式及原理
电阻式，电感式，电容式，压电式，磁电式，光电式，新型传感器，传感器的选用原则；
3.2模拟信号的调理、记录与传输
电桥的基本特性，信号的放大，信号的调制与解调，滤波、记录装置；
3.3 数字信号处理初步
数字信号处理的基本步骤，离散傅立叶变换，信号数字化出现的问题，几种常用的处理方法；
3.4常用参量的测试
几何量的测量，力学量的测量，热物理量的测量；
4. 控制技术（28课时）
4.1 控制系统构成
机电控制系统的结构和组成、数字接口、前向通道和后向通道，了解系统检测和驱动技术；
4.2 常用机电控制系统的软硬件基础
介绍单片微控制器，数字信号处理器，可编程控制器，嵌入式微处理器等计算机控制系统硬件的基本功能，特点，结构和原理。结合实验条件介绍具体的单片机指令系统及可编程控制器基本编程语言及编程方式，并会编制简单的应用程序；
4.3 机电控制系统的分析与设计
机械驱动系统、电子电路、控制以及软件设计之间的参数耦合及动力学耦合；数字状态空间的分析和设计方法；系统总体设计原理和方法；
5. 现代测控系统与应用（6课时）
5.1 典型测控系统构成
以典型系统为例，讲解系统的输入、输出、传递函数，及反馈、控制等的构成。
5.2 典型测控系统应用实例
2个案例：倒立摆和温度控制
三、教学方法
课程教学以课堂讲学为主，综合讨论、实验、作业、网络、录像等共同实施。
课堂讲解：
本课程将充分利用多媒体手段，通过PPT等手段，进行课堂讲解，由老师在课堂讲解课程的要义，并进行分析，点评。
课堂情景感受：
根据课程进程的需要，通过播放录相片段等，让学生感受控制工程实例的背景和设计过程。
课外阅读：
配合课堂的教学和讨论，指定课外阅读文献，发放电子阅读文献资料，通过网络、电子邮箱、FTP网站，向学生提供电子阅读文献与电子资料；通过本课程的教学网站中的交流功能，为学生提供一个互相学习与讨论的空间。
课程大作业：
本课程采取教师主讲，学生课堂做辅助报告的方式，选取某些团队大作业（关于技术前沿和发展动向方面的），要求学生整理成文档和PPT格式，进行演讲报告。
动手实践：
本课程重视实验环节的设置，培养学生的动手能力。实验安排在《机械与动力综合实验2》，12个学时。
实验室研讨：由老师引导，由全体学生参与，通过在实验室参观和研讨、对课堂内容、学生演讲内容进行研讨，同学们通过在实验室中研究成果的感性认识，各抒己见、提出自己独立的见解和报告，然后由老师进行点评。
课外兴趣小组：
让学生参加相关科研课题，要求学生能综合运用本课程的基础知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的任务，使得学生对如何设计和开发一个控制系统有一定的感性认识，培养和提高学生解决工程问题的能力，为今后的实际工作和进一步学习深造打下基础。
四、考核及成绩评定方式
本课程的考试，注重对学生综合运用所学知识解决问题能力的考核，考试成绩包括三个方面：
（1）考试，占考试成绩的60％。
（2）课程大作业成绩，占20％。
（3）作业成绩（课堂报告＋出勤），占20％。
五、教材及参考书目
教材：
杨汝清等，机电控制技术，科学出版社， 2009
黄长艺、卢文祥、熊诗波，机械工程测量与试验技术，机械工业出版社，2001
动力机械测试技术， 罗次申，上海交通大学出版社，2001
参考书目：
机械工程测量技术（讲义），上海交通大学，2009
杨汝清等，智能控制工程，上海交通大学出版社，2001
张迎新等，单品微型计算机原理、应用及接口技术，国防工业初版社，1998
邓星钟. 机电传动控制（第四版），华中科技大学出版社，2001
刘允嘉 杨本法主编，《动力机械测试基础》，上海交通大学出版社，1985
戴昌晖等编，《流体动力测试》，航空工业出版社，1991
吕崇德等编，《热工参数测量与处理》，清华大学出版社，1990
金篆芷 王明时主编，《现代传感技术》，电子工业出版社，1995