《机电控制理论及应用》教案

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1、《机电控制理论及应用》概论（2课时）一、控制理论的产生和发展1.控制论的定义二、控制理论的一些基本概念1.习题、控制系统2.开环控制开环控制系统：各环节间的信号只有前向前向通道而没有反馈通道，这种系统被称为开环控制系统例1.直流电机开环控制系统3.闭环控制闭环控制系统：系统控制过程是双向进行的，信号变量既有前向通道又有反馈通道，它们形成一个闭环，这种系统被称为闭环控制系统或反馈控制系统。例2.直流电机闭环控制系统4.固有反馈5.平衡与稳定三种运动状态：稳定，临界稳定和不稳定。三、控制系统的分类1.按信息

2、传递特征：（1）开环系统（2）闭环系统（3）复合环系统1.按输出变化规律：（1）恒值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2.按元件的输入输出的特性：（1）线性系统（2）非线性系统3.按系统参数及变量性质：（1）连续与离散系统（2）确定性与不确定性系统（3）定常系统和时变系统（4）单变量与多变量系统四、控制理论要解决的工程问题1、控制理论方法的重要特征2、步骤和主要内容：1.定义系统；2.建立数学模型；3.求解各种问题;4.实践验证五、应用实例实例1.关节坐标式机器人（课本P17）实例2.汽车发电

3、机电喷系统（课本P17）系统的数学模型(6课时)微分方程微分方程可以描述系统的动态过程1.系统微分方程的建立例1.试建立所示各系统的微分方程。其屮外力F(z),位移为输入量；位移y(z)为输山量；A(弹性系数)，/(阻尼系数)和m(质量)均为常数。解(a)以平衡状态为基点，对质块m进行受力分析(不再考虑重力影响)，如阁解2-l(a)所示。根据牛顿定理可写出整理得泣舰+A刈=_lF⑴dtmdtmm(b)如图解2-l(b)所示，取A，B两点分别进行受力分析。对A点有dx{么(X-&)=/(•dt(1)对B点

4、有令、G)/(lII2(2)可得:k'k2IIy6ZXI6/Z用解析法建立系统微分方程的一般步骤：1.分析系统及各元件的工作原理，选定系统及各元件的输入和输出；2.从系统输入端开始，依据各元件所遵循的物理规律，列出它们输入输岀的动力学方程。3.消去系统输入和输出以外的全部屮间变量，得出仅包含系统输入和输出及其各阶导数的系统微分方程。二、传递函数1.传递函数的定义：单输入、单输出线性定常系统，在零初始条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比，成为该系统的传递函数。拉氏变换的儿个重要定理(1)线性性质

5、：L[afl(t)+bf2(t)]=aFl(s)+bF2(s)(2)微分定理:L[f(t)]=s-F(s)-f(O)例2:求L[cos

6、-F(s)例3:求L[t]:?解：Vt=Jl(t)dtt=0•••L[t]=L[Jl(t)dt]=-•-Vcc例4:求LtdtL1It2ss了t=0S'(4)位移定

7、理实位移定理：L[f(t-r)]=e"rs•F(s例5:f(t)0t<0100例7:F(s)+a)(s+b)求f(oo)解：f(oo)=lims例8:F(s)=解：F(s)=s2+4s+3s+2(s+l)(s+3)s+1s+3nms；=—S^°s(s+a)(s+b)ab,=lim(s

8、+1)S+2s—>-1(s+l)(s+3)-1+2_1-1+3~2-3+21'-3+1~2.•.F(s)=>+1/2s+1s+3••期w-3t例9:F(s)解1:+2s+2(s+1-j)(s+l+j)s+1-js+l+j-lim(s+l-j)=扭s+1+j(s+l-j)(s+l+j)2j’2lim(s+l+j)s->-ls+3=2-j(s+l-j)(s+l+j)_-2j.,f(t)=^±je(-1+j)t-^e(-1-j)t2j2j士十，L(2-J)e叫(•••％e_j,.ejt+e'=sint,2jj

9、t—=cost)F(s)=s+3(s+l)2+ls+1+2(s+l)2+ls+1(s+l)2+l+2(s+l)2+l2j-e_l[2cost+4sint]j=e_t(cost+2sint)虚位移定理人f(t)=cost.e"1+2sint.e't解2:1(s+l)2+l2F(s)=_(s+l)2+l2(s+l)2+l2(s+l)2+lf(t)=e_t.cost+2e_t.sint(复位移定理)s+2例10•F(s)=————求f(t)=?s