机械控制工程基础复习

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1、控制工程总复习1.控制的概念及学习的主要内容自动控制：就是应用自动化仪表或控制装置代替人，自动地对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求。主要内容：给定输入求输出；输出是否满足要求；对控制系统的了解例：篮球运动员投篮：人力对篮球的控制收音机调台：调谐旋钮与电台频率的关系收音机音量控制：旋转角度与音量的关系输入量控制器输出量执行、控制关系2.自动控制系统的基本构成①被控对象：要求实现自动控制的机器设备或生产过程②被控制量：（指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量）③给定值：根据生产要求，被控制量需要达到的数值④扰动：给定值和

2、扰动通称为输入量。⑤控制装置：能够对被控对象起控制作用的设备总称3.控制系统的分类开环系统闭环系统按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；系统的稳定性不是主要问题；开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。主要特点：控制方式：控制器被控

3、制对象给定值输出量按给定值控制的原理方框图开环控制方式输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。闭环控制：是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。主要特点：控制方式：反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反馈，负反馈。控制器被控制对象输入量输出量闭环控制典型方框图扰动4.本书主要内容输入信号系统输出信号典型信号计算结果建模时间响应频率响应稳定性分析核心内容：输入与输出的关系一、典型输入信号为了便于对系统进行分析，设计和比较，根据系统常遇到的输入信号形式。在数学

4、描述上加以理想化的一些基本输入函数，称为典型输入信号。控制系统中常用的典型输入信号有：单位阶跃、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。二、系统建模的主要内容①物理系统微分方程的建立②传递函数的概念③典型环节的传递函数④系统的方框图及其变换⑤求解微分方程：即求系统的输出用解析法建立运动方程的步骤是：1）分析系统的工作原理和系统中各变量间的关系，确定出待研究元件或系统的输入量和输出量；2）从输入端入手（闭环系统一般从比较环节入手），依据各元件所遵循的物理，化学，生物等规律，列写各自方程式，但要注意负载效应。所谓负载效应，

5、就是考虑后一级对前一级的影响。3）将所有方程联解，消去中间变量，得出系统输入输出的标准方程。所谓标准方程包含三方面的内容：①将与输入量有关的各项放在方程的右边，与输出量有关的各项放在方程的左边；②各导数项按降幂排列；③将方程的系数通过元件或系统的参数化成具有一定物理意义的系数。微分方程式的编写例RC电路取u1为输入量,u2为输出量例　弹簧阻尼系统f—粘滞摩擦系数k—弹簧系数v—物体相对的移动速度两边取拉氏变换整理得结构图等效变换方法1三种典型结构可直接用公式2相邻综合点可互换位置3相邻引出点可互换位置注意事项：1不是典型结构不可直接用公式2引出点综合

6、点相邻，不可互换位置三、时域法典型控制过程瞬态响应指系统在典型输入信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。又称动态过程或过渡过程。瞬态响应可以提供关于系统稳定性、响应速度及阻尼情况等信息。稳态响应指系统在典型输入信号作用下，当时间t趋于无穷时，系统输出量的表现方式。稳态响应又称稳态过程。稳态响应可以提供系统有关稳态误差的信息。一阶系统时域分析无零点的一阶系统Φ(s)=Ts+1k,T时间常数(画图时取k=1,T=0.5)k(t)=T1e-Tth(t)=1-e-t/Tc(t)=t-T+Te-t/T一阶系统响应小结闭环传递函数输入信号时域输出

7、响应ess01(t)0tT无穷大等价关系：系统对输入信号导数的响应，就等于系统对该输入信号响应的导数；系统对输入信号积分的响应，就等于系统对该输入信号响应的积分。二阶系统的时域分析标准形式典型响应分析特征参数对系统性能的影响典型二阶系统的时域分析R(s)C(s)R(s)C(s)微分方程的标准形式：—阻尼比，—无阻尼自振频率。传递函数及方框图：等效的开环传函及方框图：特征根在根平面上的分布：z>1不等负实根z＝1相等负实根1>z>0共轭复根z=0共轭虚根z<0正（正实部）根特征方程：特征根：√ξ2-1S1,2=-ξωn±ωnS1,2=-ξωn-ωn=S

8、1,2=±jωn0＜ξ＜1ξ＝1ξ＝0ξ＞1j0j0j0j0二阶系统单位阶跃响应定性分析2Φ(s)=s2+