机械控制工程基础总复习看后一定及格

1、机械控制工程基础机械控制工程基础本课程的特点本课程的特点课程内容第一部分第一部分 绪论绪论第二部分第二部分 控制系统的数学模型控制系统的数学模型第三部分第三部分 拉氏变换及反变换拉氏变换及反变换第四部分第四部分 控制系统的传递函数控制系统的传递函数 第五部分第五部分 控制系统的时间响应控制系统的时间响应第六部分第六部分 系统稳态误差及稳定性系统稳态误差及稳定性第七部分第七部分 频率特性频率特性第一部分章第一部分章 绪论绪论基本概念基本概念闭环控制原理分析闭环控制原理分析绘制控制原理图绘制控制原理图开闭环定义开闭环定义开环系统开环系统指输出端与输入端之间无反馈通道指输出端与输入端之间无反馈通道闭

2、环系统闭环系统指有反馈通道把输出端与输入端联指有反馈通道把输出端与输入端联系起来的系统系起来的系统开环闭环开环闭环系统的原理方框图反馈系统+正反馈正反馈-负反馈负反馈常用术语的图解输输出出量量输输入入量量偏偏差差量量反反馈馈量量干扰量干扰量可控硅调节系统偏差电压偏差电压U=Ui - Us电机电机测速电机测速电机伺服电机伺服电机电位器电位器可控硅可控硅偏差电压偏差电压U=Ui - Us可控硅调节系统的工作原理转速转速nn Us U UG Uk a n 控制系统的基本要求稳定性稳定性响应速度响应速度精确度精确度 下图为仓库大门自动控制系统原理示意图。试求输入、下图为仓库大门自动控制系统原理示意图。

3、试求输入、输出，且说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画输出，且说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。出系统方框图。习题输入量：开闭门位置；输出量：大门的实际位置输入量：开闭门位置；输出量：大门的实际位置工作原理：工作原理：当合上开门位置时，电桥会测量出开门位置与大门实际当合上开门位置时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差，偏差经放大器放大后，驱动司服电位置间对应的偏差，偏差经放大器放大后，驱动司服电机，带动绞盘旋转，提起大门。此时，和大门连在一起机，带动绞盘旋转，提起大门。此时，和大门连在一起的电刷也向上运动。当桥式测量电路达到平衡时，偏差的电刷也向上运动。当桥

4、式测量电路达到平衡时，偏差电压为零。反之亦然。电压为零。反之亦然。桥式电路放大器司服电机绞盘大门开门开门位置位置闭门闭门位置位置实际实际位置位置-工作原理图重点复习重点复习1.负反馈，闭环系统，自动控制负反馈，闭环系统，自动控制2. 分析闭环控制的工程原理分析闭环控制的工程原理3. 绘制闭环控制系统的原理方框图绘制闭环控制系统的原理方框图END第二部分第二部分 控制系统的数学模型控制系统的数学模型微分方程式微分方程式传递函数传递函数频率特性频率特性基础知识基础知识描述系统动态的数学模型描述系统动态的数学模型微分方程微分方程传递函数传递函数方框图方框图频率特性频率特性惯性力惯性力22( )dvd

5、Fmmy tdtdt惯性力惯性力矩惯性力矩2ddMmrJdtdt惯性力矩电工学知识1idiCRidiLdt电压=电感电阻电容( )ii t电流控制系统建立数学模型的步骤建立数学模型的步骤确定输出量和输入量确定输出量和输入量列出与输入量有关的参数列出与输入量有关的参数列出与输出量有关的参数列出与输出量有关的参数列出存在的方程式列出存在的方程式消除中间变量消除中间变量输出量的方程式输出量的方程式=输入量的方程式输入量的方程式例例 求图示电子网络的微分方程求图示电子网络的微分方程LCRu0uii求动态方程式求动态方程式LCRu0uiiL节点AiRiRiC求节点求节点A的电流动态方程式的电流动态方程式

6、Ati0)(0LRciiiLCRu0uiiL节点AiRiR求节点求节点A的电流动态方程式的电流动态方程式Ati0)(0LRciiiLCRu0uiiL节点AiRiR例例 求电子网络节点求电子网络节点1的电流动态方程式的电流动态方程式dtuLiLL1RuiRR/dtduciccoiLRuuuuLCRu0uiiL节点AiRiR例例 求电子网络节点求电子网络节点1的电流动态方程式的电流动态方程式0)(1dtducRuudtuuLcoioiLCRu0uiiL节点AiRiR重点复习重点复习1. 分析闭环控制原理分析闭环控制原理2. 绘出控制原理方框图绘出控制原理方框图END第三部分第三部分 拉氏变换拉氏变

7、换1. 查表查表2. 定义定义3. 九个常用定理九个常用定理拉氏变换的定义拉氏变换的定义0( )( )stF sf t edt( ) ( )F sf t Sj象函数象函数原函数原函数复数复数线性定理线性定理二二. 延时定理延时定理( ) ( ) ()( )atF sf tf taeF s f(t)tf(t-a)0a时域中延时时域中延时复域中衰减复域中衰减三三. 衰减定理衰减定理( )()atef tF sa时域中衰减时域中衰减复域中偏移复域中偏移( ) ( )F sf t 若若则：则：相似定理相似定理 ()()tfFs 为实数为实数( ) ( )F sf t 若若则：则：四四. 相似定理相似定

8、理五五. 微分定理微分定理 若若t=0时，时，f(t)各阶导数的初始值为各阶导数的初始值为0时，则时，则2()( )( )( )( ).( )( )mmf ts F sftsF sftsF s 六六. 积分定理积分定理 若若t=0时，时，f(t)各阶积分的初始值为各阶积分的初始值为0时，则时，则22( )( ) ( )( )() .( ) .( )() mmF sf t dtsF sf t dtsF sf t dts 七七. 终值定理终值定理八八. 初值定理初值定理拉氏反变换拉氏反变换求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（一）查表法（一）查表法 （二）拉氏反变换公式（二）拉氏反变换公式（三）部

9、分分式展开法（三）部分分式展开法求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（一）查表法（表（一）查表法（表3-1）求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏反变换公式（二）拉氏反变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（三）部分分式展开法（三）部分分式展开法求拉氏反变换的两个概念求拉氏反变换的两个概念 1. 函数的零点函数的零点 2. 函数的极点函数的极点拉氏反变换公式的两个概念拉氏反变换公式的两个概念1. 函数的零点函数的零点拉氏反变换公式的两个概念拉氏反变换公式的两个概念2. 函数的极点函数的极点求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏反变换公式（二）拉氏反变换公式求拉氏反变换的方

10、法求拉氏反变换的方法（二）拉氏分变换公式（二）拉氏分变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏分变换公式（二）拉氏分变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏分变换公式（二）拉氏分变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏分变换公式（二）拉氏分变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（二）拉氏分变换公式（二）拉氏分变换公式求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（三）部分分式展开法（三）部分分式展开法求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（三）部分分式展开法（三）部分分式展开法关键问题： 求待定系数Ki和KiP求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法求待定系数求待

11、定系数Ki和KiP的方法的方法（1）比较法）比较法（2）留数法）留数法求拉氏反变换的方法求拉氏反变换的方法（三）部分分式展开法（三）部分分式展开法作业作业1. 求sin(t+f)的拉氏变换 ，f为实数2. 求e-atsinKt的拉氏变换 a，K为实数3. 求t2+2t+2的拉氏变换22重点复习重点复习1. 求拉氏变换求拉氏变换2. 求拉氏反变换求拉氏反变换第四部分第四部分 传递函数传递函数求传递函数求传递函数求其框图求其框图传递函数传递函数定义定义公式公式框图框图性质性质系统输入xi(t)输出x0(t)y(t)传递函数的公式传递函数的公式00( )( )( )( )( )iix tXsG sx

12、 tX s传递函数的框图传递函数的框图 G(s)Xi(s)X0(s)三三. 积分环节积分环节(I调节器调节器)三三. 积分环节积分环节(I调节器调节器)五五.二阶环节和振荡环节二阶环节和振荡环节 三三. 积分环节积分环节(I调节器调节器)习题习题传递函数框图传递函数框图( )iG s( )iG s1/( )iG s( )iG s( )iG s( )iG s反馈环反馈环( )iG s( )iG s( )iG s( )iG s( )iG s1/( )iG s正馈环正馈环1( )G s+2( )G s3( )G s0( )Xs1( )H s-+2( )Hs( )iX s例1 简化下列传递函数框图，并

13、求Gb(s)-1( )G s+2( )G s3( )G s0( )Xs1( )H s-+21( )( )HsG s( )iX s-12121( )( )1( )( )( )G sG sG sG sH s3( )G s0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-123121( )( )( )1( )( )( )G sG sG sG sG sH s习题1( )G s+2( )G s3( )G s0( )Xs1( )H s-+2( )Hs( )iX s例1 简化下列传递函数框图，并求Gb(s)-1( )G s+2( )G s3( )

14、G s0( )Xs1( )H s-+21( )( )HsG s( )iX s-12121( )( )1( )( )( )G sG sG sG sH s3( )G s0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-123121( )( )( )1( )( )( )G sG sG sG sG sH s1( )G s+2( )G s3( )G s0( )Xs1( )H s-+2( )Hs( )iX s例1 简化下列传递函数框图，并求Gb(s)-1( )G s+2( )G s3( )G s0( )Xs1( )H s-+21( )( )Hs

15、G s( )iX s-12121( )( )1( )( )( )G sG sG sG sH s3( )G s0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-123121( )( )( )1( )( )( )G sG sG sG sG sH s0( )Xs-( )iX s-12312112321211( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )11( )( )( )( )G sG sG sG sG sH sG sG sG sHsG sG sH sG s0( )Xs-21( )( )HsG s( )iX s-1231

16、21( )( )( )1( )( )( )G sG sG sG sG sH s123121232( )( )( )1( )( )( )( )( )( )G sG sG sG sG sH sG sG sHs0( )Xs-( )iX s-123121232123( )( )( )1( )( )( )( )( )( )( )( )( )G sG sG sG sG sH sG sG sHsG sG sG s1( )G s2( )G s0( )Xs( )H s+( )N s( )iX s例2 简化框图，并求X0(s)-干扰量干扰量1( )G s2( )G s01( )Xs( )H s( )iX s-2(

17、 )G s02( )Xs( )H s( )N s-1( )G s01( )Xs( )iX s12122( )( )1( )( )( )G sG sG sG sHs02( )Xs( )N s2122( )1( )( )( )G sG sG sHs12200102122( )( )( )( )( )1( )( )( )iG sG sX sG sN sXXXG sG sHs习题4-61( )G s2( )G s0( )Xs( )H s+( )N s( )iX s例2 简化框图，并求X0(s)-干扰量干扰量1( )G s2( )G s01( )Xs( )H s( )iX s-2( )G s02( )X

18、s( )H s( )N s-1( )G s01( )Xs( )iX s12122( )( )1( )( )( )G sG sG sG sHs02( )Xs( )N s2122( )1( )( )( )G sG sG sHs12200102122( )( )( )( )( )1( )( )( )iG sG sX sG sN sXXXG sG sHs第五部分第五部分 控制系统的时间响应控制系统的时间响应1.时间响应和典型输入信号时间响应和典型输入信号2.一阶系统的时间响应一阶系统的时间响应3.二阶系统的时间响应二阶系统的时间响应4.时间响应的性能指标时间响应的性能指标5-2 时间响应和典型信号输时

19、间响应和典型信号输入入0( )nx tt二阶系统的脉冲时间响应0.20.40.60.81.01.0二阶系统的单位阶跃时间响应二阶系统的单位阶跃时间响应=0=0.2=0.4=0.6=2=4=0.8=1 =0.40.8二阶系统的单位阶跃时间响应时间响应的性能指标时间响应的性能指标（精）（精）（快）（快）（稳）（稳）二阶系统的单位阶跃时间响应5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入性能指标定义性能指标定义上升时间上升时间峰值时间峰值时间调整时间调整时间最大超调量最大超调量稳态误差稳态误差e振荡次数振荡次数N重点复习1. 三个典型输入信号

20、2. 二阶系统的传递函数标准形式3. 四个性能指标计算第六章第六章 系统稳态误差及稳定性分析系统稳态误差及稳定性分析第六部分第六部分系统稳态误差分析和计算系统稳态误差分析和计算控制系统稳定性判据控制系统稳定性判据2001022( )( )0.2( )0.456113.53/1 0.456pppnnx txMextsrad s22222222(1)( )1(1)(1)(1)23.5312212 0.456 3.53 112.412.46/0.178.6.hnhnnnhnnhKs sG sKK ss sKsKKsKssKKKKradsK 重点复习1. 开环传递函数、系统型号等2. 二阶系统的时间响

21、应2. 系统的稳定性3. 稳定性的劳斯判据4. 稳定性的胡氏判据第六部分第六部分 稳态误差与稳定性稳态误差与稳定性5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入 10110110110111( )( )( ).0,.,.(. 1)(. 1)( )(68)( )knnnmmm NNnnnnnm NNNNNNgG sG sH smna sa saNmb sb sb saaassaabbb sssbbKA ss B s5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型

22、信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入二系统稳定性判据二系统稳定性判据判定系统稳定性的方法判定系统稳定性的方法系统稳定性的判据系统稳定性的判

23、据（一）（一） 判定系统稳定性的方法判定系统稳定性的方法直接求出特征根直接求出特征根si确定确定si在在s复平面上的分布复平面上的分布S平面上稳定区和不稳定区平面上稳定区和不稳定区5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入每项05-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入5-2 时间响应和典型信号输时间响应和典型信号输入入重点复习1. 开环传递函数、系统型号等2. 二阶系统的时间响应2. 系统的稳定性3. 稳定性