機械控制工程基礎-總復習

緒論1-1機械工程控制論的研究對象與任務1．什么叫被控對象、被控量、給定值或希望值〔參考輸入〕？被控對象：工作的機器設備被控量：表征機器設備工作狀態(tài)的物理量給定值：對物理參量〔被控量〕在運行過程中的要求。2．自動控制的任務是什么？在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象的被控量自動地按照預定的規(guī)律運行。3．自動控制系統(tǒng)的組成控制裝置和被控對象1-2自動控制的根本方式1．控制裝置必須具備哪三個職能部件？比擬元件、執(zhí)行元件、測量元件。2．自動控制的三種根本控制方式是什么？①按給定值操縱的開環(huán)控制；②按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制；③按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制3．能畫出按給定值操縱的開環(huán)控制的系統(tǒng)原理框圖、按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制的系統(tǒng)原理框圖、按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制的系統(tǒng)原理框圖①按給定值操縱的開環(huán)控制②按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制③按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制4．什么叫開環(huán)控制？控制裝置與被控對象之間只有單方向的聯(lián)系，信號由給定值至被控量是單向傳遞的。5．什么叫閉環(huán)控制？被控量要返回來與給定值進行比擬，控制信號必須沿前向通道和反應通道往復循環(huán)地閉路傳送，形成閉合回路，故稱閉環(huán)控制。1-3對控制系統(tǒng)的性能要求1．什么叫動態(tài)過程或過渡過程？通常把系統(tǒng)受到外作用后，被控量隨時間變化的全過程，稱為動態(tài)過程或過渡過程。2．工程上常常從穩(wěn)、快、準三個方面來評價自動控制系統(tǒng)的總體精度自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型1．什么叫數(shù)學模型？描述系統(tǒng)的輸入、輸出變量以及系統(tǒng)內(nèi)部各個變量之間關系的數(shù)學表達式稱為系統(tǒng)的數(shù)學模型。2．建立數(shù)學模型有哪兩種方法？解析法和實驗法3．線性定常系統(tǒng)的數(shù)學模型的種類有哪些？微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性等2-1系統(tǒng)的微分方程1．什么是線性系統(tǒng)？其最重要的特性是什么？當系統(tǒng)的數(shù)學模型能用線性微方程描述時，該系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)最重要的特性是可以運用疊加原理。2．RC網(wǎng)絡相關系統(tǒng)的微分方程的建立〔課件12年第2次課〕練習題1.列寫如下圖無源網(wǎng)絡的微分方程。解答見課件12年第2次課P33練習題2.列寫如下圖無源網(wǎng)絡的微分方程。〔課件12年第2次課〕解答見課件12年第2次課P403．力學相關系統(tǒng)的微分方程的建立〔課件12年第2次課〕練習題1.建立圖示機械系統(tǒng)的動態(tài)方程。圖中,x(t)為輸入位移量，y(t)為輸出位移量?！睵752.2〕〔課件12年第2次課〕解答見課件12年第2次課P62補充知識〔1〕6個常用的拉氏變換〔2〕求拉氏變換的方法〔參考12年第3次課課件〕〔3〕求拉氏逆變換的方法〔參考12年第3次課課件〕2-2傳遞函數(shù)1．傳遞函數(shù)的定義線性定常系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)為在零初始條件下，系統(tǒng)或元件的輸出變量拉氏變換與輸入變量拉氏變換之比。2．零初始條件的意義〔1〕輸入作用是在t=0以后才加于系統(tǒng)。即在t=0-時，輸入量及其各階導數(shù)為0。〔2〕輸入信號作用于系統(tǒng)之前系統(tǒng)是靜止的。即在t=0-時，輸出量及其各階導數(shù)為零。3、6個典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)〔只是表達式〕〔1〕比例環(huán)節(jié)；〔2〕慣性環(huán)節(jié)；〔3〕微分環(huán)節(jié)；〔4〕積分環(huán)節(jié)；〔5〕振蕩環(huán)節(jié)；〔6〕延遲環(huán)節(jié)。2-3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡化1．動態(tài)結構圖的根本單元有哪些？信號線、方框、分支點、想加點2．建立系統(tǒng)動態(tài)結構圖的方法〔課件12年第5次課〕〔1〕繪制下列圖所示無源網(wǎng)絡的方框圖。解答參考課件12年第5次課P43．利用動態(tài)結構圖的等效變換求傳遞函數(shù)〔課件12年第5次課〕〔1〕化簡如下方框圖〔參考課件12年第5次課〕解答參考課件12年第5次課P31解答參考課件12年第5次課P432.4考慮擾動的反應控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1．練習題：課本P79，2.16〔課件12年第6次課〕解答參考課件12年第6次課P28系統(tǒng)的時間響應分析3-1時域分析根底1．掌握四種典型外作用的函數(shù)表達式、拉氏變換、圖形〔課件12年第7次課〕單位階躍作用、單位斜坡作用、單位脈沖作用、正弦作用2．掌握階躍響應的性能指標的定義：峰值時間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差超調(diào)量：指在響應過程中，超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比。調(diào)節(jié)時間ts：在單位階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%(有時也取±2%〕作為誤差帶，響應曲線到達并不再超出該誤差帶的最小時間，稱為調(diào)節(jié)時間。峰值時間tp：指h(t)曲線中超過其穩(wěn)態(tài)值而到達第一個峰值所需的時間。穩(wěn)態(tài)誤差ess：當時間趨于無窮時，系統(tǒng)的單位階躍響應的實際值〔穩(wěn)態(tài)值〕與期望值之差。3-3一階系統(tǒng)1．一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式2．一階系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間的計算公式〔課件12年第7次課〕解答參考課件12年第7次課P403-4二階系統(tǒng)1．二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標準形式2．負阻尼、零阻尼、欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼的時間響應特性及曲線〔課件12年第8次課〕負阻尼：發(fā)散零阻尼：等幅振蕩〔掌握圖形形狀〕欠阻尼：衰減振蕩〔掌握圖形形狀〕臨界阻尼：無振蕩〔掌握圖形形狀〕過阻尼：無振蕩〔掌握圖形形狀〕3．欠阻尼系統(tǒng)的平穩(wěn)性與阻尼系數(shù)和固有頻率的關系阻尼系數(shù)越大，平穩(wěn)性越好；在一定的阻尼比下，固有頻率越大，平穩(wěn)性越差4．欠阻尼系統(tǒng)的快速性與阻尼系數(shù)和固有頻率的關系阻尼系數(shù)小于0.707時，阻尼系數(shù)越大，快速性越好，阻尼系數(shù)大于0.707時，阻尼系數(shù)越大，快速性越差；在一定的阻尼比下，固有頻率越大，快速性越好5．欠阻尼系統(tǒng)單位階躍響應性能指標的計算公式〔課件12年第9次課〕解答參考12年第9次課P25插入第5章系統(tǒng)的穩(wěn)定性1．系統(tǒng)穩(wěn)定的數(shù)學條件：所有特征根均具有負實部，即所有特征根都在s平面虛軸的左邊。2．穩(wěn)定性判據(jù)：勞斯判據(jù)〔課件12年第10次課〕〔1〕設系統(tǒng)的特征方程為：試用勞思判據(jù)判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定正實部根的數(shù)目。解答參考12年第10次課P30〔2〕設系統(tǒng)的特征方程為：，試用勞思判據(jù)確定正實部根的個數(shù)。解答參考12年第10次課P31〔3〕設系統(tǒng)的特征方程為：，試用勞思判據(jù)確定正實部根的個數(shù)。解答參考11年第10次課P333-4穩(wěn)態(tài)誤差分析及計算1．利用終值定理求穩(wěn)態(tài)誤差〔課件12年第11次課〕例系統(tǒng)結構如下列圖所示。當輸入信號r(t)=1(t)，干擾信號n(t)=1(t)時，求系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差ess。解答參考課件12年第11次課P192．輸入信號、干擾信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結構參數(shù)的關系〔課件12年第11次課〕系統(tǒng)如下圖。試判別系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性，并確定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差essr及essn。解答參考課件12年第11次課P56作業(yè)：I k〔1〕系統(tǒng)如下列圖所示，使用2種方法計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess〔不用判別穩(wěn)定性〕。①使用終值定理；②使用穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結構和參數(shù)的關系。第4章系統(tǒng)的頻率特性分析4-1頻率特性概述1．什么叫頻率特性？線性定常系統(tǒng)，在正弦信號作用下，輸出的穩(wěn)態(tài)分量與輸入的復數(shù)比，稱為系統(tǒng)的頻率特性2．什么叫幅頻特性？線性定常系統(tǒng)，在正弦信號作用下，穩(wěn)態(tài)輸出的振幅與輸入振幅之比，稱幅頻特性。2．什么叫相頻特性？線性定常系統(tǒng)，在正弦信號作用下，穩(wěn)態(tài)輸出的相位與輸入相位之差，稱相頻特性。4.能求系統(tǒng)的頻率特性、幅頻特性、相頻特性、并寫成歐拉公式的形式?！舱n件12年第12次課〕例求RC網(wǎng)絡的頻率特性解答參考課件12年第12次課P16寫成歐拉公式的形式練習題P1594.11解答參考課件12年第12次課P194-2頻率特性的圖示方法1．掌握開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性曲線的繪制方法〔課件12年第13次課〕畫出如下系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻漸近特性曲線解答參考課件12