02240机械工程控制基础

02240机械工程控制基础 第一章 绪论 1.1 控制理论的发展简史（了解） 1.2 机械工程控制论的研究对象 1） 机械工程控制理论主要是研究 机械工程技术为对象的控制论问 题。 2） 当系统已经确定，且输出已知 而输入未知时，要求确定系统的输 入以使输出并根据输出来分析和研 究该控制系统的性能，此类问题称 为系统分析。 3） 最优控制制：当系统已经确 定，且输出已知而输入已施加但未 知时，要求识别系统的输入以使输 出尽可能满足给定的最佳要求。 4）滤波与预测问题当系统已经确 定，且输出已知，输入已施加当未 知时，要求识别系统的 输入（控制）或输入中的有关信 息 。 5） 当输入与输出已知而系统结构 参数未知时，要求确定系统的结构 与参数，即建立系统的数学模型， 此类问题及系统辨识。 6） 当输入与输出已知而系统尚未 构建时，要求设计系统使系统在该 输入条件下尽可能符合给定的最佳 要求，此类问题即最优设计。 1.3 控制系统的系统的基本概念 1） 信息传递是指信息在系统及过 程中以某种关系动态地传递的过 程。 2） 系统是指完成一定任务的一些 部件的组合。 3） 控制系统是指系统的可变输出 能按照要求的参考输入或控制输入 进行调节的系统。 4） 系统分类: 按照控制系统的微 分方程进行分类分为 线性系统 、 非线性系统 。 按照微分方程系数是否随时间变化 分为 定常系统和时变系统。 按照控制系统传递信号的性质分类 分为连续、离散系统 。 按照系统中是否存在反馈将系统分 为开环控制、闭环控制系统 。 5） 对控制系统的基本要求有稳定 性、快速性、准确性 第二章 拉普拉斯变换的数学方法 2.3 典型时间函数的拉式变换（必 须牢记） 1） 单位阶跃函数为， 2） 单位脉冲函数为，单位脉冲函 数具有以下性质 3） 单位斜坡函数为，L(t)? 4） 指数函数为，。第三章 系统的数学模型 3） 传递函数的典型环节有 5） 正弦函数为，3.1 概述比例环节 、 积分环节 、 微分环 节 、惯性环节 、 一阶微分环 6） 余弦函数为，1） 数学模型概念 在控制系统中为 节 、 震荡环节 、二阶微分环 研究系统的动态特性而建立的一种 节 、 延时环节 。 7） 幂函数为 模型 。 3.4 框图 8） 几种常用的拉式变换公式 2） 建立数学模型的方法有 分析法 和 实验法 。1) 框图的定义 系统中各个环节的 2.4 拉氏变换的性质 功能和信号流向的图解表示方法 。 3）线性系统最重要的特性是 叠加 1） 线性性质 L[2sin3t?5]?2） 实 原理 ，具体内容是 系统在几个外2) 框图的组成元素有 方块 、 信 数域的位移定理。 加作用下所产生的响应等于各个外号线 、 分支点 、 相加点 。 加作用单独作用下的响应之和 。 3） 复数域的位移定理。 3) 动态系统构成有 串联 、 并 4） 本课程中主要研究 线性定常联 、 反馈 三种形式。 4） 微分定理，L[f 系统。 4) 请分别画出三种结构图并写出总 （解微分方程时使用最多） 5） 对于非线性系统如何处理 线性传递函数。 化 、 忽略非线性因素 、用非线性 5） 积分定理，L[.f(t)(dt)]? 系统的分析方法来处理 。 。 6） 在时域中用 微分方程 描述系 统动态特性，在复数域或频域中用 6） 初值定理。 传递函数或频率特性 来描述系统的 动态特性。 7） 终值定理。 3.2 系统微分方程的建立 5) 根据 4）中所画的框图请写出闭 环传函为 ，前向传函为 反馈传函 8） 卷积定理。 为 。 1）机械系统通常根据 达朗贝尔 原 2.5 拉式反变换的数学方法 理列写微分方程，该原理具体内容 为 作用于每一个支点上的合力，同 6） 框图的等效变换及化简规则： 分支点的前移规则后移规则、相加 质点惯性力形成平衡力 ，直线运动 应用该原理可列写平衡状态下的微 点的前移规则相加点的后移规则、 分方程 。 分支点和相加点之间的移动规则 。 转动的运动微分方程为 。 3.5 机电系统的传递函数（P89 能列 写表 3-2、表 3-3 的机械网络图的传 函） 2）液压系统应用 流体的质量守恒 定律，内容为 系统的总流入流量与 总流出流量之差与系统中流体受压 第四章 控制系统的时域分析 缩产生的流量变化及系统容积变化 率产生的流量变化之和相平衡 。 4.1 时间响应 3)电网络系统采用 基尔霍夫电流 时间响应的概念 机械系统在外加作 定律和 基尔霍夫电压 定律，具体 用激励下，其输出随时间变化的函 内容分别为 若电路由分支就有节 数关系称之为系统 点，汇聚到某节点的所有电流的代 数和应等于 0，即所有流出节点的电 的时间相应 。 流之和等于所有流进节点的电流之 和 、 电网络的闭合回路中电势的 1）瞬态响应瞬态响应 当系统受到外加作用 代数和等于沿回路的电压降的代数 激励后，从初始状态到最后状态的 和 。 响应过程 3.3 传递函数 稳态响应稳态响应当时间趋于无穷大时，系 统的输出状态 传递函数的定义 对于单输入单输出 瞬态响应反应了系统的动态性能 线性定常系统，在初始条件为零的 条件下，系统输出量的拉氏变换与 稳态响应反应了系统的精确程度 。 输入量的拉氏变换之比 。 2）脉冲响应函数 当一个系统受到 一个单位脉冲激励时，它所产生的 传递函数的特征方程是 传递函数的 分母多项式 A(s)=0 。 反映或者是响应 。 1）传递函数主要特点：1、 传递函 线性定常系统的重要特性（P103） 系统对输入信号积分的响应等于系 数只适用于线性定常系统，它只反 映在零初始条件下的动态性能，2、 统对该输入信号响应的积分，同样 系统的传递函数只与系统本身的参 系统对输入信号倒数的响应，等于 数有关，与外界输入无关。3、对于 系统对该输入信号响应的导数 。 物理可实现系统4、一个传递函数只 ）能表示一对输入、输出之间的关 4.2 一阶系统的时间响应 系，5、传递函数不能说明被描述的 2.6 用拉式变换求解常微分方程 系统的物理结构 3）一阶系统的传递函数的一般形式 为 1) 思路：常微分方程--利用微 2） 传递函数 分定理进行拉式变换求F(s)--拉 4）一阶系统的单位阶跃响应、脉冲 式反变换求解 f(t)。当 S=Zi（i=1,2，…，m）时， 响应、单位斜坡响应（注意看图形 的零点是 变化趋势） 2) 如：求微分方程 极点 4.3 二阶系统的时间响应 是 。 5）二阶系统的传递函数的一般形式 （震荡环节） 。 6）二阶系统的欠阻尼情况是 4）静态速度误差系数公式 速度误差为 5）静态加速度误差系数公式 5.5 开环频率特性与系统时域性能 的关系（要知道，自己整理知识 点） 5.6 闭环频率特性与频域性能指标 （注意区分一阶和二阶系统） 1）谐振峰值 Mr，谐振频率?r2）截 止频率?b? ，频宽定义 。 第六章 系统的稳定性 6.1 稳定性 1）稳定性的定义 系统在受到外界 干扰作用时，其被控制量将偏离原 平衡位置，当这个干扰作用取出 后，若系统在足够长的时间内能够 恢复到原来的平衡状态或者是趋于 一个给定的新的平衡状态，则系统 是稳定的 。 2）一个系统稳定