机械控制工程基础-总复习

绪论1-1机械工程控制论的研究对象与任务1．什么叫被控对象、被控量、给定值或希望值〔参考输入〕？被控对象：工作的机器设备被控量：表征机器设备工作状态的物理量给定值：对物理参量〔被控量〕在运行过程中的要求。2．自动控制的任务是什么？在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的被控量自动地按照预定的规律运行。3．自动控制系统的组成控制装置和被控对象1-2自动控制的根本方式1．控制装置必须具备哪三个职能部件？比拟元件、执行元件、测量元件。2．自动控制的三种根本控制方式是什么？①按给定值操纵的开环控制；②按干扰补偿的开环控制；③按偏差调节的闭环控制3．能画出按给定值操纵的开环控制的系统原理框图、按干扰补偿的开环控制的系统原理框图、按偏差调节的闭环控制的系统原理框图①按给定值操纵的开环控制②按干扰补偿的开环控制③按偏差调节的闭环控制4．什么叫开环控制？控制装置与被控对象之间只有单方向的联系，信号由给定值至被控量是单向传递的。5．什么叫闭环控制？被控量要返回来与给定值进行比拟，控制信号必须沿前向通道和反应通道往复循环地闭路传送，形成闭合回路，故称闭环控制。1-3对控制系统的性能要求1．什么叫动态过程或过渡过程？通常把系统受到外作用后，被控量随时间变化的全过程，称为动态过程或过渡过程。2．工程上常常从稳、快、准三个方面来评价自动控制系统的总体精度自动控制系统的数学模型1．什么叫数学模型？描述系统的输入、输出变量以及系统内部各个变量之间关系的数学表达式称为系统的数学模型。2．建立数学模型有哪两种方法？解析法和实验法3．线性定常系统的数学模型的种类有哪些？微分方程、传递函数、频率特性等2-1系统的微分方程1．什么是线性系统？其最重要的特性是什么？当系统的数学模型能用线性微方程描述时，该系统称为线性系统。线性系统最重要的特性是可以运用叠加原理。2．RC网络相关系统的微分方程的建立〔课件12年第2次课〕练习题1.列写如下图无源网络的微分方程。解答见课件12年第2次课P33练习题2.列写如下图无源网络的微分方程。〔课件12年第2次课〕解答见课件12年第2次课P403．力学相关系统的微分方程的建立〔课件12年第2次课〕练习题1.建立图示机械系统的动态方程。图中,x(t)为输入位移量，y(t)为输出位移量。〔P752.2〕〔课件12年第2次课〕解答见课件12年第2次课P62补充知识〔1〕6个常用的拉氏变换〔2〕求拉氏变换的方法〔参考12年第3次课课件〕〔3〕求拉氏逆变换的方法〔参考12年第3次课课件〕2-2传递函数1．传递函数的定义线性定常系统或元件的传递函数为在零初始条件下，系统或元件的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换之比。2．零初始条件的意义〔1〕输入作用是在t=0以后才加于系统。即在t=0-时，输入量及其各阶导数为0。〔2〕输入信号作用于系统之前系统是静止的。即在t=0-时，输出量及其各阶导数为零。3、6个典型环节的传递函数〔只是表达式〕〔1〕比例环节；〔2〕惯性环节；〔3〕微分环节；〔4〕积分环节；〔5〕振荡环节；〔6〕延迟环节。2-3系统的传递函数方框图及其简化1．动态结构图的根本单元有哪些？信号线、方框、分支点、想加点2．建立系统动态结构图的方法〔课件12年第5次课〕〔1〕绘制下列图所示无源网络的方框图。解答参考课件12年第5次课P43．利用动态结构图的等效变换求传递函数〔课件12年第5次课〕〔1〕化简如下方框图〔参考课件12年第5次课〕解答参考课件12年第5次课P31解答参考课件12年第5次课P432.4考虑扰动的反应控制系统的传递函数1．练习题：课本P79，2.16〔课件12年第6次课〕解答参考课件12年第6次课P28系统的时间响应分析3-1时域分析根底1．掌握四种典型外作用的函数表达式、拉氏变换、图形〔课件12年第7次课〕单位阶跃作用、单位斜坡作用、单位脉冲作用、正弦作用2．掌握阶跃响应的性能指标的定义：峰值时间、超调量、调节时间、稳态误差超调量：指在响应过程中，超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比。调节时间ts：在单位阶跃响应曲线的稳态值附近，取±5%(有时也取±2%〕作为误差带，响应曲线到达并不再超出该误差带的最小时间，称为调节时间。峰值时间tp：指h(t)曲线中超过其稳态值而到达第一个峰值所需的时间。稳态误差ess：当时间趋于无穷时，系统的单位阶跃响应的实际值〔稳态值〕与期望值之差。3-3一阶系统1．一阶系统传递函数的标准形式2．一阶系统调节时间的计算公式〔课件12年第7次课〕解答参考课件12年第7次课P403-4二阶系统1．二阶系统传递函数的标准形式2．负阻尼、零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的时间响应特性及曲线〔课件12年第8次课〕负阻尼：发散零阻尼：等幅振荡〔掌握图形形状〕欠阻尼：衰减振荡〔掌握图形形状〕临界阻尼：无振荡〔掌握图形形状〕过阻尼：无振荡〔掌握图形形状〕3．欠阻尼系统的平稳性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数越大，平稳性越好；在一定的阻尼比下，固有频率越大，平稳性越差4．欠阻尼系统的快速性与阻尼系数和固有频率的关系阻尼系数小于0.707时，阻尼系数越大，快速性越好，阻尼系数大于0.707时，阻尼系数越大，快速性越差；在一定的阻尼比下，固有频率越大，快速性越好5．欠阻尼系统单位阶跃响应性能指标的计算公式〔课件12年第9次课〕解答参考12年第9次课P25插入第5章系统的稳定性1．系统稳定的数学条件：所有特征根均具有负实部，即所有特征根都在s平面虚轴的左边。2．稳定性判据：劳斯判据〔课件12年第10次课〕〔1〕设系统的特征方程为：试用劳思判据判别该系统的稳定性，并确定正实部根的数目。解答参考12年第10次课P30〔2〕设系统的特征方程为：，试用劳思判据确定正实部根的个数。解答参考12年第10次课P31〔3〕设系统的特征方程为：，试用劳思判据确定正实部根的个数。解答参考11年第10次课P333-4稳态误差分析及计算1．利用终值定理求稳态误差〔课件12年第11次课〕例系统结构如下列图所示。当输入信号r(t)=1(t)，干扰信号n(t)=1(t)时，求系统总的稳态误差ess。解答参考课件12年第11次课P192．输入信号、干扰信号作用下的稳态误差与系统结构参数的关系〔课件12年第11次课〕系统如下图。试判别系统闭环稳定性，并确定系统的稳态误差essr及essn。解答参考课件12年第11次课P56作业：I k〔1〕系统如下列图所示，使用2种方法计算系统的稳态误差ess〔不用判别稳定性〕。①使用终值定理；②使用稳态误差与系统结构和参数的关系。第4章系统的频率特性分析4-1频率特性概述1．什么叫频率特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，输出的稳态分量与输入的复数比，称为系统的频率特性2．什么叫幅频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的振幅与输入振幅之比，称幅频特性。2．什么叫相频特性？线性定常系统，在正弦信号作用下，稳态输出的相位与输入相位之差，称相频特性。4.能求系统的频率特性、幅频特性、相频特性、并写成欧拉公式的形式。〔课件12年第12次课〕例求RC网络的频率特性解答参考课件12年第12次课P16写成欧拉公式的形式练习题P1594.11解答参考课件12年第12次课P194-2频率特性的图示方法1．掌握开环对数幅频渐近特性曲线的绘制方法〔课件12年第13次课〕画出如下系统的开环对数幅频渐近特性曲线解答参考课件12