机械工程控制基础.ppt

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1、机械工程控制基础主讲人：王程远河南科技大学自考课程系列第一章绪论本章主要内容:I.I机械工程控制基本含义I.2机械工程控制研究对象及任务I.3信息、信息传递、反馈及反馈控制概念I.4闭环控制系统工作原理I.5闭环控制系统组成I.6控制系统分类1.7控制系统的性能要求1.1研究对象研究以机械工程技术为对象的控制论问题。具体讲是研究该领域广义系统的动力学问题，即研究系统在一定的外界条件下，系统从某一初始状态出发，所经历的整个动态历程，也就是研究系统及其输入、输出三者之间动态关系。（反应、响应）系统输入输出（激励、干扰）1.2控制论要解决的五大任务（问题）1、系统分析：已知系统和输入，据系

2、统特性分析一下会有何输出？2、最优控制：已知系统和理想的输出，确定该用何输入？3、最优设计：已知输入和理想（想要）的输出，设计符合要求的系统。4、系统辨识：通过试验，通过不同的输入及所得到的输出，来分析求解系统的结构和参数。5、滤波与预测:已知系统和输出，分析识别输入及与输入有关的信息。1.3信息、反馈及反馈控制概念信息：把一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息等称为信息。信息传递：是指信息在系统中以某种关系动态的传递或转换的过程。数控机床毛胚尺寸工件尺寸控制论的中心思想：通过信息传递、加工处理和反馈来实现控制反馈：系统的输出不断（直接或经中间变换后全部或部分）返回到系统的输入端

3、（再输入到系统中去）。可分为正反馈和负反馈。反馈控制:利用反馈来控制。检测输出量（被控制量）的实际值；将输出量的实际值与设定值（输入量）进行比较得出偏差值；用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。1.4闭环控制系统的工作原理反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。1.5闭环控制系统的组成系统输入输出1.6控制系统的分类闭环系统：输出对系统有控制作用（有反馈）开环系统：输出对系统无控制作用（无反馈）系统输入输出H(S)稳定性精度抗干扰能力结构备注闭环系统振荡、稳定性问题高强复杂分析、设计麻烦开环系统稳定较低较弱简单设计简单，但对元器件要求高按

4、输入量的变化规律分为：自调节（恒值）系统：系统的输出为恒值。如恒温箱控制、电网电压、频率控制等。随动（伺服）系统：系统的输出能迅速准确地跟随输入的变化而变化。如仿形加工系统及雷达跟踪系统等。程序系统：输出能按预定程序变化。如数控机床、交通信号灯等。稳定性是控制系统正常工作的首要条件。控制系统稳定性由系统自身结构所决定，与外界因素无关准确性以稳态误差来衡量快速性（灵敏性）以时间响应的tr、tp、ts（时域）和频率响应的ωc、ωb（频域）来衡量1.7对控制系统的基本要求---稳、准、快C()C(t)2t0稳定性、精确性、快速性相互制约，应根据实际需求合理选择（各有侧重）。工作原理本章

5、主要内容:2.1拉氏变换和拉氏反变换含义2.2典型时间函数的拉氏变换2.3拉氏变换的性质2.4拉氏变换的方法2.5拉氏反变换的方法2.6用拉氏反变换求解常微分方程第二章拉氏变换2.1拉氏变换和拉氏反变化的定义复数s复数的几种表示方法（？）复变函数G(s)复变函数的零点、极点（？）Re（w）Im（w）s设时间函数f(t)满足：（1）f(t)实函数，（2）当t<0时，f(t)=0，（3）当t0时，f(t)的积分在s的某一域内收敛则函数f(t)的拉普拉氏变换存在，并定义为：一、拉氏变换的定义二、拉氏反变换的定义2.2典型时间函数的拉氏变换（2）单位阶跃（5）指数函数（1）单位脉冲（3）单

6、位斜坡（4）单位加速度（6）正弦函数（7）余弦函数2.3拉氏变换的性质线性定理微分定理积分定理位移定理延时定理卷积定理初值定理终值定理2.4拉氏变换的方法1、定义法2、查表法3、利用拉氏变换性质（推荐使用）例2例1例3例4解注：t-a≥0例5例6例7例11已知，且例8例9例10?，则为（）1、定义法（留数定理）2、查表法3、部分分式法(留数法，待定系数法，试凑法)2.5拉氏反变换的方法1.F(s)有不相同的极点部分分式法：例12例132.F(s)含有共轭复数极点（试凑法，推荐使用）单根的系数的计算仍是公式重根项系数的计算公式：3.F(s)含有重复极点例14，求解：拉氏变换求微分方程解

7、的步骤：①对微分方程两端进行拉氏变换，将时域方程转换为s域的代数方程②求出Y(s)③求Y(s)拉氏反变换，求得输出函数的时域解y(t)2.6用拉氏变换求解常微分方程本章主要内容:3.1数学模型概述3.2微分方程建立3.3典型环节的传递函数3.4系统的方块图3.5系统的传递函数第三章系统的数学模型时间域：微分方程差分方程（离散系统）状态方程复数域：传递函数系统结构图频率域：频率特性3.1数学模型概述1、解析法依据系统及元件各变量之间所遵循的物理或化学规律列写