机械工程测试与控制技术 学习指南

课程导学机械工程测试与控制技术I第1章控制系统工作原理本章意义：随着机电一体化的普及，机械与控制的结合在工业生产中得到越来越广泛的应用，现代机械装备已经离不开控制工程理论与技术。通过本章学习，了解自动控制的基本概念、发展历史与现状，理解控制工程学科特征、主要特点和必须遵循的主要原则，从体系上掌握本课程的主要内容、特点和学习方法。本章内容：掌握控制理论的基本概念与研究对象，控制系统的分类，闭环控制系统的组成，闭环控制系统的工作原理，控制工程的发展历史、现状与趋势，课程的要求和特点。本章重点：开环控制与闭环控制，闭环控制系统的组成，闭环控制系统的工作原理本章难点：测控系统框图第2章控制系统数学模型本章意义：为了从理论上对控制系统进行性能分析，首先要建立系统的数学模型。系统的数学模型是描述系统输入、输出量以及内部各变量之间关系的数学表达式，它揭示了系统结构以及其参数与其性能的内在关系。建立合理的数学模型，对于系统的分析和研究极为重要。本章内容：系统建模的基本概念，系统的微分方程模型（系统的微分方程模型建立、非线性系统的线性化）；控制系统的传递函数，控制系统的方框图描述，控制系统的信号流图描述，实际控制系统数学模型的建立本章重点：系统的微分方程模型（系统的微分方程模型建立、非线性系统的线性化）；控制系统的传递函数；控制系统方框图建立与约简。本章难点：系统的微分方程模型建立，控制系统方框图建立与约简。第3章闭环控制系统特性本章意义：正确建立时域性能的基本概念有助于在学习过程中理解控制系统的评价体系，本章主要以一阶系统为例，从定性的角度介绍控制系统时域性能分析的概念，并给出明确的定义，为后续定量计算奠定基础。本章内容：控制系统瞬态响应、稳态响应、稳态误差的基本概念，稳态误差计算（定义等）本章重点：控制系统的误差与偏差，控制系统瞬态响应，控制系统稳态误差定义。本章难点：控制系统的误差与偏差，控制系统稳态误差定义。第4章闭环控制系统性能评价本章意义：控制系统的时域性能分析是分析和研究控制系统的重要方法之一。随着计算机的迅速发展，许多复杂的控制系统都可以在时域直接进行分析和计算，使得时域分析法在现代工程控制中得到了广泛的应用。本章主要介绍控制系统性能的定量计算方法。本章内容：二阶系统的动态特性指标，高阶系统的性能分析，控制系统稳态误差系数。本章重点：测控系统的动态特性计算，主导极点的概念与应用，高阶系统简化近似，闭环控制系统的稳态误差系数的含义。本章难点：主导极点的概念与应用，闭环控制系统的稳态误差系数的含义。第5章闭环控制系统稳定性分析本章意义：控制系统的稳定性是保证系统正常运行的前提，如何根据控制系统特征多项式系数判断其闭环极点的分布是解决控制系统稳定分析的关键，本章主要在建立特征多项式系数与系统极点的关系基础上，介绍劳氏稳定判据，并应用于系统相对稳定性。本章内容：系统稳定性概念与充分必要条件，劳氏稳定判据，系统相对稳定性的概念与计算。本章重点：劳氏稳定判据，系统相对稳定性的概念与计算。本章难点：劳氏阵列3中情况下的稳定性分析。第6章控制系统频率响应本章意义：测控系统的频域性能分析方法是以输入信号的频率为变量，对系统的性能在频率域内进行研究的一种方法。它具有可以不必求解微分方程就可以预示出系统的性能；同时又能指出如何调整系统性能指标的特点。特别地，当系统中存在难以用数学模型描述的某些元部件时，可以用实验的方法求出系统的频率特性，从而对系统和元件进行准确而有效的分析。本章内容：频率响应的基本概念，控制系统的开环频率特性图及其绘制，控制系统频率特性的测量及传递函数的实验确定。本章重点：控制系统的开环频率特性图及其绘制，控制系统传递函数的实验确定。本章难点：控制系统频率响应的含义，控制系统频率特性图中对数坐标的含义及绘制步骤。第7章控制系统频率稳定性本章意义：系统的开环幅相特性、对数幅频特性与闭环幅频特性存在密切关系，开环传递函数已知情况下如何根据系统开环性能判断相应闭环稳定性具有重要意义。本章主要介绍频域奈奎斯特的稳定性判据，并给出其相对稳定性的频域定义。本章内容：控制系统的开环频率特性与闭环系统性能的关系；奈奎斯特的稳定性判据，稳态裕量。本章重点：奈奎斯特的稳定性判据，稳态裕量的含义与计算。本章难点：奈奎斯特的稳定性判据的含义，频域稳定性判断方法，稳态裕量的含义。第8章测控系统的频域设计与校正本章意义：控制系统的频域设计与校正是目前应用最广泛的工程方法之一。该方法还特别适用于某些动态方程推导起来比较困难的元件。在涉及到高频噪声时，频域设计法也比其它方法更方便。本章内容：系统校正设计基础，串联校正；理解串联校正的设计思想，掌握相位超前校正的设计方法。本章重点：掌握相位超前的理论设计方法。本章难点：串联校正（相位超前、相位滞后、相位滞后-超前）的校正思想。机械工程测试与控制技术II第1章绪论本章意义：随着机械行业的发展，对机电一体化的要求越来越高，工程测试与控制技术学科发展日趋完善，通过本章学习，了解国内外在工程测试技术发展状况，理解工程测试技术的学科特征、主要特点和必须遵循的主要原则，从体系上掌握本课程的主要内容、特点和学习方法，建立学习的基本框架，对今后的各章节学习具有指导意义。本章内容：掌握测试技术的基本概念，测试系统的内容和任务，测试系统的组成，测试技术的发展趋势，本课程的学习要求和特点。本章重点：测试系统的组成与任务。本章难点：测试系统组成。第2章测试技术基础本章意义：在生产实践和科学实验中，需要观测大量的现象及其产量的变化。这些变化量可以通过测量装置变成容易测量、记录和分析的信号。信号是信息的载体，信息是信号的内容，测试技术中往往将非电信号转换为电信号进行测量；不考虑信号的具体物理性质，将其抽象为变量之间的函数关系，从数学上加以分析研究，从中得出具有普遍意义的结论。本章内容：信号的分类与描述，周期信号与离散频谱，非周期信号与连续频谱以及随机信号的分析处理。本章重点：周期信号与离散频谱，非周期信号与连续频谱以及随机信号的分析处理。本章难点：非周期信号与连续频谱以及随机信号的分析处理。第3章测控系统中的测试方法本章意义：被测量经传感器转换为电信号后，需要进行调理和处理，以提高信噪比；转换成更便于处理、接收和显示的形式最终转换为仪表示值或输入计算机、控制装置。这个环节保证了传感器输出的信号能被有效记录。本章内容：实现系统不失真测试的条件；测量误差及其不确定度，测量数据误差分析(统计特性、粗大误差的判别和剔除、测量数据的表述方法、线性回归)，信号的调理（放大与隔离）；信号的变换(电桥、调制与解调、滤波器等)；信号指示及记录；信号的相关分析，信号的频域分析；数字信号处理基础，现代测控系统。本章重点：实现系统不失真测试的条件；信号的变换(电桥、调制与解调、滤波器等)。本章难点：测量数据误差分析。第4章测控系统中典型量测量本章意义：机械振动与噪声是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。随着现代工业技术的日益发展，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需要随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制等，这些都离不开振动与噪声测量。振动噪声测试在生产和科研等各个方面都有着十分重要的地位。本章内容：振动的基础知识，振动的类型及其表征参数，单自由度系统的受迫振动，振动的激励与激振器；振动测量与测振传感器，包括：常用测振传感器、振动量的测量、机械振动参数的估计、测振装置的校准。噪声测量的主要参数，声压与声压级，声强与声强级，声功率及声功率级，多声源的噪声强度；噪声的分析方法与评价，噪声的频谱分析，噪声的响度分析及评价；噪声测量仪器，传声器，声级计，声级计的校准；噪声测量及其应用，噪声测量应注意的问题，声功率的测量和计算，噪声诊断的应用。本章重点：振动测量与测振传感器，包括：常用测振传感器、振动量的测量、机械振动参数的估计、测振装置的校准。噪声的分析方法与评价，噪声的频谱分析，噪声的响度分析及评价。本章难点：振动量的测量，噪声的频谱分析。第5章测控系统实例本章意义：通过授课使得学生具备测试系统设计的基本技能是课程的目的之一，在前面基本方法与技术的基础上，如果将上述这些知识应用于工程项目解决