電大開放本科機(jī)電控制工程基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)指導(dǎo)考試參考小抄【精編版(完整版)

　　

【正文】 dteeeLsF statat aseasdte tastsa ?????? ?? ????? 110 0)()( 同理可得 ? ? ? ? aseLsF at ??? 1 (5) 冪函數(shù) )1( ??ntn 的拉普拉斯變換。 擾動(dòng)量 比較 輸入量 輸出量 － － 偏 差 反 量 饋 （局部反饋） 量 （主反饋） 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 穩(wěn)定性 如果系統(tǒng)受擾動(dòng)后偏離了原工作狀態(tài)，擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)稱為 穩(wěn)定系統(tǒng)，否則為不穩(wěn)定系統(tǒng)。因此控制系統(tǒng)必須具有放大環(huán)節(jié)。 離散系統(tǒng) ── 是指系統(tǒng)的某一處或幾處，信號(hào)是以脈沖系列或數(shù)碼的形式傳遞。 線性系統(tǒng)主要特點(diǎn)是具有迭加性和齊次性。 答：若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)沒有控制作用，即系統(tǒng)沒有反饋回路時(shí)，則該控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。因此，可采用不太精密和成本較低的元件來構(gòu)成控制精度較高的系統(tǒng)。因此，整個(gè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉合環(huán)路。 （ 3） 控制系統(tǒng)的組成、基本環(huán)節(jié)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。 [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(huán)節(jié)頻率特性曲線圖。 了解： （ 1）動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)。 （ 4）二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，性能指標(biāo)。 （ 2）傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)、求法，典型環(huán)節(jié)的傳遞函 數(shù)及瞬態(tài)（動(dòng)態(tài)）特性。 [考核 要求 ]： 熟練掌握：拉氏變換的定義；拉氏變換性質(zhì)及應(yīng)用，用部分分式法求拉氏反變換。 （ 3）控制系統(tǒng)的組成、基本環(huán)節(jié)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。 試題的難易程度和題量適當(dāng)，按難易程度分為三個(gè)層次：較易占 30%，一般占 50%，較難占 20%。能夠按時(shí)、按質(zhì)、按量完成平時(shí)作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)者方可得滿分。本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握控制工程基本理論的基本知識(shí)以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、靜特性的分析計(jì)算方法，具有初步分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力。因此，牢固地掌握反饋在工程系統(tǒng)中的應(yīng)用是學(xué)好本課程的關(guān)鍵。好文檔 ,好知識(shí) 1 概 述 《機(jī)電控制工程基礎(chǔ)》是以控制理論為基礎(chǔ)，密切結(jié)合工程實(shí)際的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)必修課。 控制系統(tǒng)分析，就是建立給定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在規(guī)定的工作條件下，對(duì)它的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究。 現(xiàn)將有關(guān) 考核的幾個(gè)問題說明如下： 考核對(duì)象：電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生。 終結(jié)性考試的要求和形式： 考試要求：本課程以應(yīng)用為最終目的，考核重點(diǎn)是考察學(xué)員是否掌握控制工程基本理論的基本知識(shí)以及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、動(dòng)、靜特性的分析計(jì)算方法，具體考核要求分為幾個(gè)層次： 熟練掌握：要求學(xué)生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，并能夠用所學(xué)的內(nèi)容分析、初步設(shè)計(jì)和解答與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的問題，能夠舉一反三。題量安排以平時(shí)基本能夠獨(dú)立完成作業(yè)者，他們能在規(guī)定的考試時(shí)間 內(nèi)作完并有一定時(shí)間檢查為原則。 [考核要求 ]： 熟練掌握：開環(huán)控制、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)。 掌握：復(fù)數(shù)域描述函數(shù)的概念。 （ 3）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖繪制方法步驟及簡化原則，環(huán)節(jié)串聯(lián)、并聯(lián)傳遞函數(shù)、反饋連接時(shí)傳遞函數(shù)。 （ 5）勞斯穩(wěn)定判據(jù)；穩(wěn)態(tài)誤差分析計(jì)算（誤差定義、靜態(tài)誤差系數(shù)、動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)）；擾動(dòng)誤差；減小穩(wěn)態(tài)誤差方法。 (五 ) 控制系統(tǒng)的頻域分析 [考核目的 ]： 考核學(xué)員是否掌握與 控制系統(tǒng)的頻域分析 有關(guān)概念以及方法，是否會(huì)用頻率法對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及性能指標(biāo)進(jìn)行判斷和分析。 （ 2）系統(tǒng)的開環(huán)奈氏頻率特性和對(duì)數(shù)頻率特性畫法。 被控制對(duì)象或?qū)ο? ── 我們稱這些需要控制的工作機(jī)器、 裝備為被控制對(duì)象或?qū)ο蟆Ｎ覀儼演敵隽恐苯踊蜷g接地反饋到輸入端，形成閉環(huán) ,參與控制的系統(tǒng)，稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)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。如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)洗衣機(jī)，步進(jìn)電機(jī)控制刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。就是說對(duì)于線性控制系統(tǒng)，幾個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)作用在系統(tǒng)上所引起的輸出等于各自輸入時(shí)，系統(tǒng)輸出之和。 離散系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：在系統(tǒng)中使用脈沖開關(guān)或采樣開關(guān)，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散信號(hào)。常用放大元件有：放大器、可控硅整流器、液壓伺服放大器等。任何一個(gè)反饋控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定 瞬態(tài)性能 對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)，瞬態(tài)響應(yīng)曲線如圖所示。 ? ? 0)R e (! )1( ?? ? ssntL nn 拉氏變換的性質(zhì) 好文檔 ,好知識(shí) 10 (1) 線性性質(zhì) 拉氏變換也遵從線性函數(shù)的齊次性和疊加性。 解：根據(jù)拉氏變換的積分性質(zhì)得 ? ? ? ??? ktdtLtfL sin)( = s1 L? ?ktsin )( 22 kss k?? (4) 延遲性質(zhì) 如圖 2－ 4－ 1 所示，原函數(shù)沿時(shí)間軸平移 τ， f (t) f (t) 平移后的函數(shù)為 f (tτ )。 ① dtetf st?????)( ； ② dtetf tj??????)( ； ③ dtetf st??0)( ； ④ dtetf st???0)( 。 (4) 圖所 示函數(shù)的拉氏變換為（ ）。 拉氏反變換的定義 部分分式法 例 已知 23 3)(2 ???? ss ssF，求 ?)( ?tf 好文檔 ,好知識(shí) 14 解：因 )(21),2)(1(23)( 2 sFsssssssD 是和 ?????????? 的一階極點(diǎn)，可得 21)( 21 ???? sCsCsF 式中 21)1()2)(1(31 ????????sssssC 12)2()2)(1(32 ?????????sssssC 所以 )0(2)( 2 ??? ?? teetf tt 。 例求61)( 2 ???? ss ssF的拉氏反變換。 解 根據(jù)基爾霍夫電路定律，有 CuRidtdiLtu ?????)( 而 dtduCi c? ，則上式可寫成如下形式 )(22 tuudtduRCdt udLCCcc ??? （ 2－ 3） 上式表示了 RLC 電路的輸入量和輸出量之間的關(guān)系。 (4) 消去中間變量，列出各變量間的關(guān)系式。 +Δ y； F＝ F。因此，可以認(rèn)為其初始條件為零。 5．分母中的最高階若為 n，則稱系統(tǒng)為 n 階系統(tǒng)。設(shè)輸入為 xr(t)，輸出為 xc(t)，則其運(yùn)動(dòng)方程式為 )()()( tKxtxdt tdxT rcc ?? 其傳遞函數(shù)為 G(s)=Xc(s)/Xr(s)=K/(Ts+1) 式中 T—— 環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)； K—— 環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。 顯然，決定振蕩環(huán)節(jié)性能的參數(shù)有放大系數(shù) K，時(shí)間常數(shù) T 和阻尼比ζ。 (七 ) 時(shí)滯環(huán)節(jié) 在實(shí)際控制系統(tǒng)中常遇到時(shí)滯環(huán)節(jié)，即輸入信號(hào)加入后，輸出要隔一定時(shí)間τ才能復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)，時(shí)滯環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程為 xc(t)=xr(tτ ) 根據(jù)時(shí)域位移定理，其傳遞函數(shù)為 src esX sXsG ???? )( )()( 圖 211 時(shí)滯環(huán)節(jié) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖一般由如下四種基本單元組成，它們是 好文檔 ,好知識(shí) 20 （ 1）信號(hào)線：帶有箭頭的直線，箭頭表示信號(hào)的傳遞方向，信號(hào)線上標(biāo)信號(hào)的原函數(shù)或象函數(shù) 。 （ 3）反饋運(yùn)算法則 具有反饋環(huán)節(jié)的系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)等于前向通路的傳遞函數(shù)除以 1 加 (或減 )前向通路和反饋通路兩者傳遞函數(shù)的乘積。 R(s) R(s) (d) U(s) C(s) G(s) (b) 好文檔 ,好知識(shí) 21 (a) 引出點(diǎn)前移 (b) 引出點(diǎn)后移 圖 引出點(diǎn)前后移動(dòng)等效變換 3. 有擾動(dòng)參與作用下的閉環(huán)系統(tǒng) 當(dāng)給定量 R(s)和擾動(dòng)量 N(s)兩個(gè)輸入量同時(shí)作用于線性系統(tǒng)時(shí)，可對(duì)每一輸入量分別求出 輸出量，然后應(yīng)用疊加原理，將兩者疊加而成系統(tǒng)的總輸出量。 繪制系統(tǒng)方框圖的步驟 1．首先按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，分解出各環(huán)節(jié)； 2．列寫系統(tǒng)各組成 環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程，并進(jìn)行線性化； 3．求初始條件皆為零時(shí)的各組成環(huán)節(jié)的拉氏變換式； 4．分別以方框圖的形式表達(dá)各環(huán)節(jié)的拉氏變換式； 5．將各環(huán)節(jié)的方框圖中的相同變量用箭頭聯(lián)接起來，便構(gòu)成系統(tǒng)的總方框圖。這種函數(shù)相當(dāng)于隨動(dòng)系統(tǒng)中加入一按照恒加速變化的位置信號(hào)，該恒加速度為 A。 好文檔 ,好知識(shí) 25 1 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)通常有如下幾項(xiàng)： 延遲時(shí)間 dt 階躍響應(yīng)第一次達(dá)到終值 )(?h 的 50％ 所需的時(shí)間。一些控制元部件及簡單系統(tǒng)如 RC 網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電機(jī)、空氣加熱器、液面控制系統(tǒng)等都是一階系統(tǒng)。 (a) (b) (c) ζ ≥ 1 時(shí)二階系統(tǒng)的特征根的分布與單位階躍響應(yīng) 2. 過阻尼 (ζ＞ 1) 具有兩個(gè)不同負(fù)實(shí)根 ])1(,[ 221 nss ??? ???? 的慣性環(huán)節(jié)單位階躍響應(yīng)拉氏變換式。固有頻率ω n越大， tr 越小，反之則 tr 越大。 ? ? 122 122 ??? TSSTs? 這一系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)瞬態(tài)特性指標(biāo)為： 最大超調(diào)百分?jǐn)?shù) %%100)1/(% 2 ??? ?? ???? e 上升時(shí)間 Ttnr 2 ???? ?? ?? 調(diào)整時(shí)間 ? ? Tts %2 ? (用近似式求得為 8T) ? ? Tts %5 ? (用近似式求得為 6T) 好文檔 ,好知識(shí) 29 有一位置隨動(dòng)系統(tǒng)其中 Kk＝ 4。圖為其特征根分布圖。當(dāng)時(shí)間 t 趨于無窮，暫態(tài)分量衰減為零。 峰值時(shí)間 pt 階躍響應(yīng)越過穩(wěn)態(tài)值 )(?h 達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。 4. 脈沖函數(shù) 這種函數(shù)的定義是 ??????? ???????0)( 0 ,)0( ,0 ,0)(?????tAtttx r 式中 A 為常數(shù)， ε 為趨于零的正數(shù)。 A 等于 1 的階躍函數(shù)稱為單位階躍函數(shù)，如圖所示。這是閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一。為了便于運(yùn)算，常通過移動(dòng)比較點(diǎn)和引出點(diǎn)的方法，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作些變化，以減少局部反饋回路。它起著對(duì)信號(hào)的運(yùn)算和轉(zhuǎn)換作用 。理想微分環(huán)節(jié)的輸出 xυ (t)為輸入 xr(t)的微分。慣性環(huán)節(jié)的輸出量和輸入量的量綱可能是相同的，也可 能是不相同的。 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) (一 ) 放大環(huán)節(jié) (比例環(huán)節(jié) ) 放大環(huán)節(jié)的輸出量以一定比例復(fù)現(xiàn)輸入量，而毫無失真和時(shí)間滯后現(xiàn)象。 傳遞函數(shù)的定義 在線性定常系統(tǒng)中，初始條件為零時(shí)，系統(tǒng) (或元件 )輸出的拉氏變換 Xc(s)和輸入的拉氏變換 Xr(s)之比稱為系統(tǒng) (或元件 )的傳遞函數(shù)，即 )( )()]([ )]([)( sX sXtxL txLsG rcrc ?? 或 Xc(s)=G(s)Xr(s) 圖 傳遞函數(shù)圖示 若令輸入信號(hào)為單位脈沖函數(shù)δ (t)，其拉氏變換為 Xr (s)＝ 1，則根據(jù)上式得 Xc(s)＝ G(s) 傳遞函數(shù)是系統(tǒng)或環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型的另一種形式，它反映了系統(tǒng)輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系。