2012年1月机械工程控制基础.docVIP

机械工程控制基础 一、绪论 1.控制论的中心思想：它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点，站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质，即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。 2.机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。（研究系统及其输入输出三者的动态关系） 3.机械控制工程主要研究并解决的问题： （1）当系统已定，并且输入知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统分析。 （2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。 （3）当输入已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出金肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。 （4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。 （5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。 4.信息：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。 信息传递/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。 信息的反馈：是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“ 负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。 5.系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。 控制系统：是指系统的输出，能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的。 开环系统：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。 开环系统与闭环系统的区别：开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不用测量，开环系统对系统悟空制作用；闭环系统有反馈、控制精度高、结构复杂、设计时需要校核稳定性，对系统有控制作用。 二、拉普拉斯变幻的数学方法 1.拉氏变换的线性性质：拉氏变换是一个线性变换，若有常数KK，函数f(t1),f(t2),则L[K1f1(t)+K2f2(t)]=K1L[f1(t)]+K2L[f2(t)]=K1F1(s)+K2F2(s)。 2.终值定理的应用条件：若函数f（t）及其一阶导数都是可拉氏变换的，并且除在原点处唯一的极点外，sF（s）在包括含jw轴的右半s平面内是解析的，这就意味着当t趋近与无穷时f（t）趋于一个确定的值，则函数f（t）的终值为limf（t）=limF（s）。 3求拉氏反变换的方法：（1）查表法；（2）有理函数法；（3）部分分式法。 三、系统的数学模型 1.在单输入—单输出系统的瞬态响应分析或频率响应分析中，采用的是传递函数标识的数学模型，另一方面，在现代控制理论中，数学模型则采用状态空间表达式。 2.数学模型：是系统动态特性的数学表达式。建立数学模型是分析、研究一个动态特性的前提。一个合理的数学模型应以最简化的形式，准确地描述系统的动态特性。 建立系统的数学模型的两种方法：分析法和实验法。 3.线性系统：系统的数学模型表达式是线性的系统。 线性的定常系统：用线性常微分方程描述的系统。 线性时变系统：描述系统的线性微分方程的系数为时间的函数。 非线性系统：用非线性方程描述的系统。 线性系统与非线性系统的区别：线性系统可以运用叠加原理，而非线性系统不能运用叠加原理。 4.叠加原理：是系统在几个外加作用下所产生的响应，等于各个外加作用单独作用的响应之和。 5.机械运动的三要素：质量、阻尼和弹簧。 直线运动的三要素：质量、弹簧和粘性阻尼。 6.基尔霍夫电流定律：若电路有分支路，它就有节点，则汇聚到某节点的所有电流之代数和应等于零（即所有流出节点的电流之和等于所有流进节点的电流之和）。 基尔霍夫电压定律：电网络的闭合回路中电势的代数和等于沿回路的电压降的代数和。 7. 传递函数：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零时，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变换。 传递函数的主要特点： （1）传递函数反映系统本身的动态特性，只与系统本身的参数有关，与外界输入无关； （2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶次n必不少于分子中s的阶次m，即n》m；（3）传递函数的量纲是根据输入量和输出量来决定。 8.传递函数相同可以是不同类型的系统的原因：传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要其动态特性类同，可以用同一类型的传递函数来描述。 9. 传递函数的典型环节： （1）比例环节K； （2）积分环节1/s； （3）微分环节s； （4）惯性环节1/（Ts+1）； （5）一阶微分环节Ts+1； （6）振荡环节1/(T2s2+2ζTs+1)； （7）二阶微分环节T2s2+2ζTs+1； （8）延时环节e-τs。 10.方块图：是系统