机械控制工程基础复习课.ppt

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1、机械控制工程基础总复习本课程中各章节之间的关系：绪论（1）补充拉氏变换系统的数学模型系统的分析系统的稳定性第一章绪论本章主要内容1.控制理论的发展2.控制的基本工作原理3.控制系统的分类4.控制系统的基本要求本章重点与难点1、理解控制系统中的各个物理量的含义2、理解开环控制和闭环控制的含义3、理解反馈的含义4、掌握基本控制系统的组成本章主要内容：1.建立数学模型的方法2.传递函数的定义与概念3.典型环节的传递函数4.传递函数方框图的简化本章重点与难点1.如何建立系统的数学模型2.对传递函数的理解及方框图的简化第二章系统的数学模型例1：列写下图所示机械系

2、统的微分方程解：1)明确系统的输入与输出输入为f(t),输出为x(t)2)列写微分方程，受力分析3)整理可得：微分方程列写（a）以平衡状态为基点（不再考虑重力影响），对质块进行受力分析，如图所示。整理得根据牛顿定理可写出（b）如图解所示，取A,B两点分别进行受力分析。对B点有联立式（1）、（2）可得：对A点有在相加点，对反馈信号为相加时取负号，对反馈信号为相减时取正号。条件：1）整个方框图只有一条前向通道；2）各局部回路存在公共的传递函数方框。方块图的等效变换和简化梅逊公式例1：试化简下述系统结构图，并求传递函数C(s)/R(s)显然若不移动综合点或分支

3、点的位置就无法化简。1)首先将间的分支点后移到方框的输出端，得到下图：2)接着将组成的内反馈网络简化，其等效传递函数为得到图为3)然后将组成的内反馈网络简化，其等效传递函数为：得到图为4)最后将求得其传递函数为：例2：系统传递函数方框图简化例3：求如图所示系统的传递函数例4：求如图所示系统的传递函数例5：求如图所示系统的传递函数本章主要内容☆典型时间信号☆一阶系统的时间响应☆二阶系统的时间响应☆系统的误差分析与计算本章重点与难点☆一阶系统的单位阶跃响应☆二阶系统的单位阶跃响应☆二阶系统的性能指标☆稳态误差分析与计算第三章时间响应分析Asint正弦信号

4、1(t)，t=0单位脉冲信号单位加速度信号t，t0单位速度(斜坡)信号1(t)，t0单位阶跃信号复数域表达式时域表达式名称常用的典型输入信号一阶系统的时间响应1、一阶系统的单位脉冲响应xo(t)1/T0t0.3681T斜率xo(t)T2、一阶系统的单位阶跃响应10.6321TA0B斜率=1/T2T3T4T5Txo(t)t63.2%86.5%95%98.2%99.3%99.8%6T由上图可知，T越大，惯性越大。调整时间越长，响应越慢。一阶系统的性能指标：Ts,它是一阶系统在阶跃输入作用下，达到稳态值的(1-△)所需的时间(△为容许误差)。△=2%,t

5、s=4T,△=5%,ts=3T，调整时间反映系统响应的快速性。系统对输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数。这种输入－输出间的积分微分性质不仅适用于一阶线性定常系统，而且适用于任何线性定常系统。1注意到：例1单位脉冲信号输入时，系统的响应为：求系统的传递函数。解：由题意Xi(s)=1，所以：例2解：1）单位阶跃输入时已知系统传递函数：求系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应。从而：2）单位脉冲输入时，由于因此：例3已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为，试求系统的传递函数和脉冲响应。解单位阶跃输入时，有依题意二阶系统的时间响应1、二阶系统其中，T为

6、时间常数，也称为无阻尼自由振荡周期，为阻尼比；n＝1/T为系统的无阻尼固有频率。二阶系统的特征方程：极点（特征根）：2、二阶系统的单位脉冲响应0<<1：=0：=1：>1：3、二阶系统的单位阶跃响应欠阻尼（0<<1）状态欠阻尼二阶系统单位阶跃响应曲线5101500.20.40.60.811.21.41.61.82tpxo(t)=0.2=0.4=0.6=0.8txo()=1，无稳态误差；瞬态分量为振幅等于的阻尼正弦振荡，其振幅衰减的快慢由和n决定。阻尼振荡频率；振荡幅值随减小而加大。10txo(t)特点单调上升，无振荡、无超调；

7、xo()=1，无稳态误差。临界阻尼（=1）状态过阻尼（>1）状态01txo(t)特点单调上升，无振荡，过渡过程时间长xo()=1，无稳态误差。无阻尼（=0）状态210txo(t)特点频率为n的等幅振荡。负阻尼（<0）状态0txo(t)-1<<0t0xo(t)<-1特点：振荡发散特点：单调发散几点结论二阶系统的阻尼比决定了其振荡特性：<0时，阶跃响应发散，系统不稳定；1时，无振荡、无超调，过渡过程长；0<<1时，有振荡，愈小，振荡愈严重，但响应愈快，=0时，出现等幅振荡。一定时，n越大，瞬态响应分量衰减越迅速，即系统能够

8、更快达到稳态值，响应的快速性越好。10tMp允许误差=0.05或0.02tr