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-全文預覽

　　

【正文】 線性化這一概念用數學方法來處理，就是將一個非線性函數在其工作點展開成泰勒（ Taytor）級數，然后略去二次以上的高階項，得到線性化方程，用來代替原來的非線性函數。 =F。于是，就得到所要建立的元件或系統的數學模型了。考慮忽略一些次要因素。確定輸入量和輸出量時，應使前一環節的輸出量是后一環節的輸入量。 因此該系統的運動方程式為 )()()()(22 tTtKdt tdBdt tdJ ??? ??? （ 2－ 2） 電氣系統 電氣系統的基本元件是電阻、電容、電感以及電動機等，支配電氣系統的基本定律是 基爾霍夫電路定律。為一圓柱體被軸承支撐并在黏性介質中轉動。 （ 2）通過取 F(s)的拉氏反變換求 )(tf ，并求 )(tf? 及 )0(f 和 )0(f? 。 （ 1） 用終值定理，求 ??t 時的 f(t)的值。 答：由于1)2( 1541)( 22 ?????? ssssF，其原函數為 tetf t sin)( 2?? 所以選擇 ① 。 答：因為 )()( ??? tatx ，依據延遲性質， )(tx 的拉氏變換為 sesa ?? 。 ① 2)5( 12 ?? ss； ② sess 5212 ??； ③ 2)5( 12 ?? ss； ④ 511 ??ss 。 (2) 已知誤差函數)12( 1)( 2 ???? sss ssE，則由終值定理可知其穩定誤差 ???? )(lim tee tss（ ）。 解：由初值定理得 0lim)0( 22 ??? ?? as sf S 由于 jas ?? 是 )(ssF 的奇點 ，位于虛軸上，不能應用終值定理，既 )(?f 不存在。 解：由延遲性質得： ? ? ? ? setLetuL ss ??? ?? ??? )(1)( (5) 位移性質 若 ? ? )()( sFtfL ? ，則 )()]([ asFtfeL at ??? 例 求 te at ?sin? 的拉氏變換。 解：應用線性性質，則 )2( 2211)]([)( ?????? sssstfLsF （ 2） 微分性質 若 ? ? )()( sFtfL ? ，則 好文檔 ,好知識 11 )0()()( fssFtfdtdL ???????? 例 已知 mttf ?)( ， m 為整數，求 )(tf 的拉氏變換。 若 ? ? )()( sFtfL ? 則 ? ? )()( skFtkfL ? 其中 k 為常數。 F(s)稱為 f(t)的象函數，而 f(t)為 F(s)的原函數。 穩態誤差 閉環反饋控制系統的穩態誤差，是指當 ??t 時，系統輸出的實際值 )(?y 與按參考輸入所確定的希望輸出值 )(?ry 之間的差值，即穩態誤差 sse 為 ? ?)()(lim)(lim tytytee rttss ??? ???? 一般來說，對于反饋控制系統的基本要求是：系統必須是穩定的，其次是系統的瞬態性能應滿足瞬態性能指標要求，第三是系統的穩態誤差要滿足生產使用時對誤差的要求。 由上述元件構成的閉環控制系統，就其信號的傳遞和變換的功能來說，都可抽象出如圖所示的控制系 統結構圖。常用執行元件有：交、直流電機、液壓馬達、傳動裝置等。 （ 3） 放大環節（放大元件）：由于偏差信號一般比較微弱，不能直接用于驅動被控對象，需要進行放大。 控制系統的組成與對控制系統的基本要求 是我們從控制功能的角度來看，自動控制系統一般均由以下基本環 節（基本元件）組成。連續系統一般由微分方程式來描述。 如果線性微分方程式或差分方程式的系數，隨時間的變化而變化則稱這類系統為線性時變系統。 線性系統是由線性元件組成的系統，系統的運動方程式可用線性微分方程式或線性差 分方程式來描述的系統稱為線性系統。 答：當系統的輸出量對系統有控制作用時，即系統存在著負反饋回路稱為閉環控制系統，例如：人手在抓取物件時的動作。 (2) 什么樣系統叫開環控制系統？舉例說明。穩定是閉環控制系統正常工作必要條件。 （ 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。 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。 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。 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。 （ 2） 開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念。 掌握： （ 1）頻域性能指標與時域性能指標的關系。 （ 6）時域性能指標與頻域性能指標關系。 （ 2）頻率特性的表示方法：極坐標圖、對數頻率特性圖。 （ 2）二階系統的階躍響應及性能指標穩態誤差計算。典型輸入信號形式及性能指標的規定。 （ 2）時間響應概念 （ 3）一階系統的瞬態響應。 （ 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。簡單機、電元件及系統列寫微分方程式的方法。 了解：復變量的表示方法，復變函數的概念，計算留數。 （ 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。 (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）開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念 。 考核形式：閉卷。 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%。 了解：要求學生能夠一般地了解所學內容 。 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。 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》 。 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。 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。 負反饋是構成自動控制系統的基本控制策略。因此，討論問題的周期長是本課程特點之一。 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，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。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。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。 考核方式：采用形成性考核和終結性考試相結合的方式。課程總成績為百分制， 60分為合格。 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。 試題的考察要求覆蓋面廣，并適當突出重點。 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”。 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。 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。 （ 4）羅朗級數、留數定理。通過拉氏變換這一數學工具將時間函數變為復域的函數。 [考核內容 ]： （ 1）數學模型概念。 [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。 [考核內容 ]： （ 1）典型輸入信號和時域性能指標。 [考核要求 ] 熟練掌握： （ 1）定常系統時域性能分析的基本內容。 掌握： （ 1）時間響應的基本概念。 [考核內容 ]： （ 1）頻率特性基本概念。 （ 5）對數幅頻 2/1/ 2/1/3特性。 （ 3）奈氏穩定判據的基本原理及其判別方法。 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。 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）。 開環控制系統可以用結構示意圖表示，如圖所示。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。閉環控制系統就是由前向通道和反饋通道組成的，控制系統結構復雜。 （ 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。把輸出量反饋到系統的輸入端與輸入量相減稱為負反饋。 (3) 什么叫閉環控 制系統？舉例說明之?，F在將經常討論的幾種自動控制系統的類型概括如下： 1． 線性系統和非線性系統 按組成自動控制系統主要元件的特性方程式的性質，可以分為線性控制系統和非線性控制系統。 如果微分方程式或差分方程式的系數，不隨時間的變化而變化即是常數，則稱這類系統為線性定常系統，或稱為常參數系統。 2． 2. 連續系 統和離散系統 連續系統 ── 控制系統中各元件的輸入、輸出信號都是時間 t 的連續函數時，則稱此系統為連續數據系統（或稱連續系統）。離散信號取脈沖形式的系統，稱為脈沖控制系統；離散信號以數碼形式傳遞的系統，稱為數字控制系統。在多數控制系統中，比較元件常常和測量元件或測量線路結合在一起。 （ 4） 執行環節（執行元件）：用來實現控制動作，直接操縱被 控對象的元件。 （ 6） 校正環節（校正元件）：對控制性能要求比較高的系統或者比較復雜的系統，為了改善系統的控制性能，提高控制系統的控制質量，需要在系統中加入校正環節。 xc(t) 1 0 t 圖 欠阻尼單位階躍響應曲線 一般要求響應速度快，超調小。 (3) 冪函數 性質 好文檔 ,好知識 8 ① ),0( 212121 是復常數?????? ?? ? zzzz ② ?z 的每一單值分支在相應的 Lnz的解析域內也解析，且 1)()( ??????? ???? ?? zzeez L nzL nz (4) 三角函數 三角函數的性質 ① zsin 和 zcos 在復平上解析，且 zzzeejeezjzjzjzjzs in)(c o sc o s22)(s in??????????????? ????? ② 周期性 ??? ?? ?? zkz zkz c os)2c os ( sin)2sin( ?? ③ 奇偶性 ??? ?? ??? zz zz cos)cos ( sin)sin( ④ 加法定理 ??? ?????212121212121 s ins inc osc os)c os ( s inc osc oss in)s in( zzzzzz zzzzzz ? ⑤ 平方關系 1cossin 22 ?? zz 拉氏變換的定義及常用函數的拉氏變換