電大開放本科機電控制工程基礎總復習指導考試參考小抄【精編版(已修改)

　

【正文】 好文檔 ,好知識 1 概 述 《機電控制工程基礎》是以控制理論為基礎，密切結合工程實際的一門專業基礎課，是機械設計制造及自動化專業必修課。 本課程所討論的問題，都是在工程實踐的基礎上抽象出來的問題，是分析和設計控制系統的共性問題，這些問題理論較強，涉及的面也十分廣泛。因此，討論問題的周期長是本課程特點之一。為了學好本課程，在學習過程中就應對學過的內容經常復習，明確前后問題的聯系，掌握進度。 本課程中應用的數學較多，但是，所討論的問題都是和工程實踐緊密聯系著的。因此，學習本課程要特別重視理論聯系實際，重視在物理概念的基礎上對 問題的理解。 負反饋是構成自動控制系統的基本控制策略。因此，牢固地掌握反饋在工程系統中的應用是學好本課程的關鍵。 控制系統分析，就是建立給定系統的數學模型，在規定的工作條件下，對它的數學模型進行分析研究。其研究的內容就是穩態性能和瞬態（暫態）性能，以及分析某些參數變化對上述性能的影響，決定如何選取合理的參數等。 系統綜合設計，就是在給定對系統瞬態和穩態性能要求情況下，根據己知的被控制對象，合理的確定控制器的數學模型，控制規律和參數，并驗證所綜合的控制系統是否是滿足性能指標要求。 機電控制工程基礎 的基本問題是：建立系統的數學模型；系統分析計算；綜合校正確定控制規律。 本課程的基本任務，是使學生獲得機電控制系統的基本理論，掌握系統的基本分析方法和計算方法。為設計機電控制系統及后繼課程的學習和進一步研究學習控制理論打下一定的基礎。 一、考核說明 本課程主要內容包含相關的數學基礎；數學模型的建立；時域分析；頻域分析；綜合校正；采樣系統的基本理論及基本分析計算方法。本課程的任務是使學生掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統數學模型的建立、動、靜特性的分析計算方法，具有初步分析設計系統的能力。 現將有關 考核的幾個問題說明如下： 考核對象：電大理工科類機械設計制造及其自動化專業本科生。 考核方式：采用形成性考核和終結性考試相結合的方式。 考核依據：本課程所用教學大綱為 2021 年審定通過并下發執行的、電大理工科類機械設計制造及其自動化專業本科生《機電控制工程基礎教學大綱》；所用文字教材為劉恒玉編著的 2021 年 12 月由中央電大出版社出版的 《機電控制工程基礎》 。本課程考核說明是形成性考核和終結性考試命題的基本依據。 課程總成績的記分方法：形成性考核成績在課程總成績中占 20%，終結性考試成績在課程總成績中占 80%。課程總成績為百分制， 60分為合格。 形成性考核的要求和形式：形成性考核的形式有平時作業和課程實驗。能夠按時、按質、按量完成平時作業和課程實驗者方可得滿分。 終結性考試的要求和形式： 考試要求：本課程以應用為最終目的，考核重點是考察學員是否掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統數學模型的建立、動、靜特性的分析計算方法，具體考核要求分為幾個層次： 熟練掌握：要求學生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學內容，并能夠用所學的內容分析、初步設計和解答與實際應用相關的問題，能夠舉一反三。 掌握：要求學生能夠較好地理 解和掌握相應內容，并能夠進行簡單分析和判斷。 了解：要求學生能夠一般地了解所學內容 。 組卷原則： 在教學大綱和考核說明所規定的目的、要求和內容范圍之內命題。在教學內容范圍之內，按照理論聯系實際原則，考察學員對所學知識應用能力的試題，不屬于超綱。 試題的考察要求覆蓋面廣，并適當突出重點。 好文檔 ,好知識 2 試題兼顧各個能力層次，熟練掌握 60%，掌握占 30%，了解占 10%。 試題的難易程度和題量適當，按難易程度分為三個層次：較易占 30%，一般占 50%，較難占 20%。題量安排以平時基本能夠獨立完成作業者，他們能在規定的考試時間 內作完并有一定時間檢查為原則。 試題類型及試卷結構：填空 15%，單項選擇題 15%，判斷 10%，分析及計算 40%，綜合題 20%，具體形式見后面所附“試題類型及規范解答舉例”。 考核形式：閉卷。 答題時限： 120分鐘。 其它說明：考生需自備計算器、直尺、鉛筆、橡皮等文具。 二、考核內容和要求 (一 )控制系統的基本概念 [考核目的 ]： 考核學員對控制系統的含義及有關概念的掌握情況 [考核內容 ]： （ 1）控制的任務，被控制對象、輸入量、輸出量、擾動量的概念。 （ 2）開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念 。 （ 3）控制系統的組成、基本環節及對控制系統的基本要求。 [考核要求 ]： 熟練掌握：開環控制、閉環控制系統的基本組成環節。 掌握：控制系統概念，反饋及反饋控制概念，開環系統及閉環系統概念。 (二 ) 機電控制工程數學基礎 [考核目的 ]： 考核學員對拉氏變換定義及其性質及有關概念的掌握情況 [考核內容 ]： （ 1）復變函數概念。 （ 2）初等函數定義，復變函數的導數。 （ 3）復變函數積分，計算方法。 （ 4）羅朗級數、留數定理。 （ 5）拉氏變換定義、常用函數拉氏變換、拉氏變換性質、拉氏反變換。 [考核 要求 ]： 熟練掌握：拉氏變換的定義；拉氏變換性質及應用，用部分分式法求拉氏反變換。 掌握：復數域描述函數的概念。通過拉氏變換這一數學工具將時間函數變為復域的函數。 了解：復變量的表示方法，復變函數的概念，計算留數。 （三） 控制系統的數學模型 [考核目的 ]： 考核學員是否掌握傳遞函數的概念、拉氏變換基本內容以及結構圖簡化方法求取傳遞函數的方法。是否理解數學模型的含義。 [考核內容 ]： （ 1）數學模型概念。簡單機、電元件及系統列寫微分方程式的方法。 （ 2）傳遞函數的定義、性質、求法，典型環節的傳遞函 數及瞬態（動態）特性。 （ 3）控制系統的結構圖繪制方法步驟及簡化原則，環節串聯、并聯傳遞函數、反饋連接時傳遞函數。 [考核要求 ]： 熟練掌握： （ 1）傳遞函數的概念、定義、性質及求法，典型環節傳遞函數及 瞬 態特性。 （ 2）串聯、并聯、反饋連接等效傳遞函數的求法； 好文檔 ,好知識 3 （ 3） 控制系統開環傳遞函數、閉環傳遞函數、誤差傳遞函數的 含 義 掌握： （ 1） 數學模型基本概念，能夠運用力學、電學知識列寫簡單機、電元件及系統的微分方程式。 （ 2） 結構圖等效 變換 原則，用結構圖簡化方法求系統的傳遞函數。 了解： 根據系統方程 式繪制系統結構圖 (四 ) 控制系統時域分析 [考核目的 ]： 考核學員是否掌握拉氏反變換知識和終值定理，是否理解系統性能指標的含義以及計算方法。 [考核內容 ]： （ 1）典型輸入信號和時域性能指標。 （ 2）時間響應概念 （ 3）一階系統的瞬態響應。 （ 4）二階系統的瞬態響應，性能指標。 （ 5）勞斯穩定判據；穩態誤差分析計算（誤差定義、靜態誤差系數、動態誤差系數）；擾動誤差；減小穩態誤差方法。 [考核要求 ] 熟練掌握： （ 1）定常系統時域性能分析的基本內容。典型輸入信號形式及性能指標的規定。一階系統 的瞬態 響應。 （ 2）勞斯穩定判據，穩態誤差的概念。 掌握： （ 1）時間響應的基本概念。 （ 2）二階系統的階躍響應及性能指標穩態誤差計算。 了解： （ 1）動態誤差系數。 (五 ) 控制系統的頻域分析 [考核目的 ]： 考核學員是否掌握與 控制系統的頻域分析 有關概念以及方法，是否會用頻率法對控制系統的穩定性以及性能指標進行判斷和分析。 [考核內容 ]： （ 1）頻率特性基本概念。 （ 2）頻率特性的表示方法：極坐標圖、對數頻率特性圖。 （ 3）典型環節頻率特性，系統開環頻率特性曲線繪制方法。 （ 4）奈氏穩定判據、相角裕量、幅值裕量。 （ 5）對數幅頻 2/1/ 2/1/3特性。 （ 6）時域性能指標與頻域性能指標關系。 [考核要求 ] 熟練掌握： （ 1）頻率特性基本概念；頻率特性兩種表示方法；典型環節頻率特性曲線圖。 （ 2）系統的開環奈氏頻率特性和對數頻率特性畫法。 （ 3）奈氏穩定判據的基本原理及其判別方法。 掌握： （ 1）頻域性能指標與時域性能指標的關系。 （ 2） 相角裕量，幅值裕量定義及計算方法，頻域性能指標 了解：對數幅頻 2/1/ 2/1/3 特性； (六 ) 用頻率法綜合控制系統 [考核目的 ]： 考核學員是否理 解校正的含義，是否能夠根據要求進行系統校正 好文檔 ,好知識 4 [考核內容 ]： （ 1）校正的基本概念 （ 2）校正方式 [考核要求 ] 熟練掌握 ： （ 1）系統綜合的基本概念；超前校正，遲后校正，遲后 —— 超前校正環節的傳遞函數及其特 點。 掌握： （ 2）串聯校正，反饋校正的方法和步驟。 第 1 章 控制系統的基本概念 主要學習內容： （ 1） 控制任務，被控制對象、輸入量、輸出量、擾動量。 （ 2） 開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念。 （ 3） 控制系統的組成、基本環節及對控制系統的基本要求。 被控制對象或對象 ── 我們稱這些需要控制的工作機器、 裝備為被控制對象或對象。 輸出量（被控制量） ── 將表征這些機器裝備工作狀態需要加以控制的物理參量，稱為被控制量（輸出量）。 輸入量（控制量） ── 將要求這些機器裝備工作狀態應保持的數值，或者說，為了保證對象的行為達到所要求的目標，而輸入的量，稱為輸入量（控制量） 擾動量 ── 使輸出量偏離所要求的目標，或者說妨礙達到目標，所作用的物理量稱為擾動量。 控制的任務實際上就是形成控制作用的規律，使不管是否存在擾動，均能使被控制對象的輸出量滿足給定值的要求。 開環控制系統 只有給定量影響輸出量（被控制量），被控制 量只能受控于控制量，而被控制量不能反過來影響控制量的控制系統稱為開環控制。 開環控制系統可以用結構示意圖表示，如圖所示。 擾動量 輸入量 輸出量 ur u a n 圖 開環控制結構圖 閉環控制系統 為了實現閉環控制，必須對輸出量進行測量，并將測量的結果反饋到輸入端與輸入量相減得到偏差，再由偏差產生直接控制作用去消除偏差。因此，整個控制系統形成一個閉合環路。我們把輸出量直接或間接地反饋到輸入端，形成閉環 ,參與控制的系統，稱作閉環控制系統。由于系統是根據負反饋原理按偏差進行控制的，也叫作反饋控制系統或偏差控制系統。 閉環控制系統中各元件的作用和信號的流通情況，可用結構圖表示。 ur ue ua n 輸入量 輸出量 ucf 反饋 圖 閉環系統結構圖 歸納一下開環與閉環控制系統各自的特點如下： （ 1） 開環控制系統中，只有輸入量對輸出量產 生控制作用；從控制結構上來看，只有從輸入端到輸出端的信號傳遞通控制器 被控制對象 控制器 被控制對象 檢測裝置 好文檔 ,好知識 5 道（該通道稱為前向通道），控制系統簡單，實現容易。 閉環控制系統中除前向通道外，還必須有從輸出端到輸入端的信號傳遞通道，使輸出信號也參與控制，該通道稱為反饋通道。閉環控制系統就是由前向通道和反饋通道組成的，控制系統結構復雜。 （ 2） 閉環控制系統能抑制內部和外部各種形式的干擾，對干擾不甚敏感。因此，可采用不太精密和成本較低的元件來構成控制精度較高的系統。 開環控制系統的控制精度，完全由采用高精度元件和有效的抗干擾措施來保證。 （ 3） 對閉環控制系 統來說，系統的穩定性，始終是一個首要問題。穩定是閉環控制系統正常工作必要條件。對于開環控制系統，或者不存在不穩定問題，或者容易解決。 例題： (1) 什么叫反饋？什么是負反饋？ 答：把系統輸出全部或部分地返回到輸入端，就叫做反饋。把輸出量反饋到系統的輸入端與輸入量相減稱為負反饋。 (2) 什么樣系統叫開環控制系統？舉例說明。 答：若系統的輸出量對系統沒有控制作用，即系統沒有反饋回路時，則該控制系統稱為開環控制系統。如自動售貨機，自動洗衣機，步進電機控制刀架進給機構等。 (3) 什么叫閉環控 制系統？舉例說明之。 答：當