机械工程控制基础知识点整合

第一章线程理论1、控制论的中心思想、三要素及研究对象。中心思想：通过信息的传递、处理和反馈进行控制。三个因素：信息、反馈和控制。研究对象：研究控制系统与其输入输出3的动态关系。2、反馈、偏差和反馈控制原理。反馈：系统的输出信号部分或完全返回输入点，在系统中一起工作的过程称为反馈。偏差：输出信号和反馈信号之间的差异。反馈控制原理：检测偏差并修正偏差的原理。3、反馈控制系统的基本组成部分。控件部分：给定链接、比较链接、扩展计算链接、执行链接、反馈(测量)链接起诉对象基本变量：受控量、数量(希望值)、受控量和扰动量(干扰)4、控制系统分类1)按反馈分类情况a，开环控制系统：当系统的输出量对系统没有控制，即系统没有反馈回路时统称开环控制系统。特点：结构简单，没有稳定性问题，抗干扰性能差，控制精度低。b，闭环控制系统：如果系统的输出量起到系统的控制作用，即系统具有反馈循环统称闭环控制系统。特性：抗干扰性能、控制精度高、可靠性问题、设计和部署困难、成本高。2)根据产出的变动规律分类自动调节系统伺服系统程序控制系统3)其他分类线性控制系统连续控制系统非线性控制系统离散控制系统5、控制系统的基本要求1)系统稳定性：主要条件动态过程的振动倾向和系统恢复平衡状态的能力。2)系统响应的快速性这是在系统出口量和给定出口量之间产生偏差时消除这种偏差的能力。3)系统响应的准确度(静态精度)表示调整过程结束后输出量与给定输入量之间的偏差量。第二章系统的数学模型1，系统的数学模型：描述系统、输入、输出三者之间动态关系的数学表达式。时域的数学模型：微分方程；时间周期说明输入与输出之间的关系。单位冲量响应函数复杂域的数学模型：传递函数；多个字段说明输入和输出之间的关系。频域的数学模型：频率特性；频率区域描述输入和输出之间的关系。2、线性系统和非线性系统线性系统：可以用线性方程式描述的系统。重要的特性是叠加原理。3、系统微分方程列写4、非线性系统线性化5、传递函数概念：1)定义：初始状态为0时输出的池转换百分比。也就是说G(s)=Y(s)/X(s)2)特性：(a)传递函数反映了系统的固有特性，与外部世界无关。(b)传递函数的尺寸取决于输入输出的特性，相同特性的物理量没有单位；不同性质的物理量有两者的比例。(c)不同的物理系统可能具有不反映系统实际物理结构的类似传递函数。(d)传递函数的分母是系统的特性多项式，因此分母被解释为0是系统的特性方程的特征根。(e)传递函数和单位冲激响应函数是拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换的关系。6、传递函数的基本链接7、系统链接之间的三种连接方法：8、方框图简化和约翰逊公式对等转换规则：保留转换前后输出和输入之间的关系。掌握杠杆、商店相对箱移动规律和相似元素交换规律。杠杆商店不能随便交换。梅森公式：9、系统传递函数第三章时间响应分析1、时间响应及其配置时间响应：系统受激励，系统输出随时间变化关系。时间响应可以分为零状态响应和零输入响应或自由响应和强制响应。零状态回应：如果没有输入，则系统初始状态为零，仅输入产生的回应。零输入回应：无输入时系统初始状态产生的自由回应。控制工程中研究的响应往往是零状态响应。对于稳定的线性系统，自由响应也称为瞬态响应。强制响应也称为正常状态响应。瞬态响应：系统从初始状态响应到最终状态的过程正常状态响应：时间无限时系统的输出状态。2、一般输入信号3、第一系统和时间响应一阶系统：用一阶线性微分方程描述的所有系统或传递函数的分母中，s的最大幂为1。数学模型：主系统的参数：静态：系统增益k动态：时间常数T()主系统的时间响应：一阶系统阶跃响应曲线为：结论：主系统的稳态值取决于系统增益，响应速度取决于时间常数t，t越大，响应速度越快速度越慢，响应速度与系统增益无关。4、辅助系统和时间响应二阶系统：用二阶线性微分方程解释或传递的函数的分母中，s的最大幂为2。数学模型：辅助系统有三个性能参数：静态：系统增益k动态：衰减比和未衰减的自然频率n二次系统的特征值及其在s平面上的分布：单位阶跃信号中的二次系统响应：无衰减状态：自然频率的等效振动曲线欠阻尼状态：衰减振动曲线：振动频率是阻尼固有频率临界阻尼状态：单调上升曲线过度阻尼状态：上升曲线5、时间响应瞬态性能指标瞬态响应性能指标导出自欠阻尼状态下二次系统的单位阶跃响应曲线。你需要掌握的是：1)上升时间：响应曲线首次从原始工作状态达到输出稳定值的时间。2)峰值时间：响应曲线到达第一个峰值所需的时间。3)最大过载：公共百分比值显示为：4)调整时间ts:如果使用接近响应曲线正常状态值(通常为0.02到0.05)作为错误频带，则响应曲线达到错误频带范围且不再超出所需时间。6、稳态性能指标的时间响应错误：实际输出信号和预期输出信号之间的差异。偏差：输入信号和反馈信号之间的差异。正常状态错误：错误的最终值。正常状态偏差：偏差的最终值。两者之间的关系：7、稳态误差(偏差)计算基本公式：8、静态错误系数：9、正常状态错误引起的一般输入信号结论：输入信号引起的稳态误差与输入信号、系统的类型、开环增益有关，系统的类型越高，系统就可以从静态系统变为非静态系统。开环增益越大，系统稳态误差越小。10、扰动信号引起的稳态偏差结论：为了减少扰动信号引起的稳态误差，只能在扰动作用点之前增加k值，并添加积分环区段数Ni。第四章频率特性分析1、频率响应和频率特性频率响应：线性稳态系统对谐波输入的稳态响应。幅频特性：谐波信号激励下线性稳态输出信号和输入信号的幅值比A ()。相位频率特性：谐波信号激励下线性稳态输出信号和输入信号的相位差()；频率特性：振幅-频率特性和相位-频率特性的总称。谐波信号激励下线性稳态系统的稳态输出和输入信号的振幅比，相位差根据激发信号频率改变特性。我记得频率特性也称为频率响应函数，是刺激频率的函数。频率特性：零初始条件下y(t)的傅立叶变换Y()与输入x(t)的傅立叶变换X()的比率，即2、频率特性计算方法：3、频率特性表达：1)代数表示法4、频率特性的特性和功能1)频率特性、微分方程、传递函数三种关系：频率特性是反映系统频域内固有特性的传递函数s=j的特殊情况，是系统单位冲激响应函数的傅立叶变换，因此频率特性分析是单位冲激响应函数的频谱分析。2)频率特性是为了获得系统的稳态特性，分析系统的稳态响应。3)根据频率特性，可以判断系统的稳定性和稳定性储备。4)通过频率特性进行参数选择或系统校准，选择系统运行频率范围，或者根据系统运行条件设计具有相应频率特性的系统。5、频率特性的极坐标图(Nyquist图)1)典型链路频率特性的Nyquist图2)绘制系统频率特性Nyquist图a)根据已知条件创建系统频率特性g (j)。B) A()、 ()、u()、v()；c)寻找特殊点座标，例如起点、终点和与座标轴的交点。d)必要时在0范围内再得到几个点。e)在复合面G(j)中标注实际轴、虚拟轴、复合平面名称G(j)。坐标系中的分钟不要着色上面的点，将上面的点合并成一条曲线(增量的方向)，并在该曲线旁边显示增量大方向。6、频率特性的对数坐标(Bode图)1)典型链路频率特性的Bode图2)绘制系统频率特性Bode图a)将系统的传递函数G(s)转换为与几个典型链接相乘的形式，并写出频率特性g (j)。b)确定每个典型链接的特征参数(例如比例系数k、位置参数频率或无阻尼自然频率)折叠频率以低频率到高顺序显示在水平轴上。c)绘制对数幅频特性L()=20lgG(j)低波段渐近线。如果系统为0系统，则低频带为水平线，高度为20lgK是。对于类型以上的系统，低频(或延长线)的振幅也为20lgK，梯度-20db/dec；d)从低频到高频，根据低频满足每个转折频率，根据连结的性质变更渐近斜率，并绘制渐近线，直到绘制转折频率最高的连结。坡度比变更的原则如下：遇到惯性链接时，拔模将增加。- 20dB/dec，遇到一阶微分链接时，斜率为20dB/dec，遇到振动链接时，斜率为-40dB/dec，遇到二阶微分链接时，斜率为40dB/dec。最后的渐近坡率必须为-20(n-m)dB/dec。e)必要时必须修改L()曲线。3) BOD图说明了系统频率特性的优点。a)根据典型链接BOD图的特征，使用叠加或顺序方法轻松绘制系统BOD图。b)可以使用代数幅频特性的渐近线代替精确曲线简化绘制。c)系统的频率特性可以在较大的频率范围内研究。d)方便纯化感兴趣乐队的Bode图。e)系统易于识别，便于调查链接或参数对系统性能的影响。7、闭环频率特性8、频率特性的特征1)零波段振幅a (0): 0中闭环系统的稳态输出大小与输入振幅之比。反映系统的稳态精度。2)重复频率 和重复带宽0 重复频率 :振幅-频率特性值和A()的差值首次反映(低频输入信号的允许)错误)时间频率值；再生带宽0 :表征再生低频输入信号的频带宽度。3)谐振频率r和相对谐振峰值Mr谐振频率r:振幅-频率特性A()出现最大Amax时的频率；共振峰值Mr: Mr=amax/a (0)谐振频率可以反映系统的瞬态响应速度，r越大，系统响应越快。对于次要振动连结：4)阻塞频率b和阻塞带宽0b截止频率：振幅-频率特性A()的值从A(0)减少到0.707A(0)时的频率。或A()值从A(0)下降到3dB时的频率；阻塞带宽(带宽):0到b范围；带宽表征系统可以运行的最大频率范围也反映了系统的快速性，带宽越大，响应速度越好。惯性链路阻塞频率是转角频率。9、最小相位系统和非最小相位系统最小相位系统：传递函数的所有零点和极点位于复合平面s的左半平面内的系统；非最小相位系统：复合平面s的右半平面内具有0或极的传递函数系统；最小相位系统和相应的非最小相位系统具有相同的对数幅频特性图，但具有不同的对数相位频特性图。对于稳定系统，最小相位系统的对数相位频率特性图相位变化最小。10、系统的传递函数由最小相位系统的对数幅频特性图确定1)利用低频渐近线的斜率确定系统积分链路或微分链路的数