机控基础理论总结..doc

机控基础理论总结（本人整理） 第一章 绪论 控制论的中心思想：通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制 研究系统及输入、输出三者之间的动态关系 研究并解决的问题 （1）已知系统和输入，求系统的输出，通过输出分析系统的结构参数变化时对输出的影响,即系统分析问题； 　　（2）已知系统和系统的理想输出，使确定的输入使系统的输出满足给定的最佳要求，即最优控制问题； 　　（3）已知输入和理想输出时，设计系统保证最佳输出，即最优设计问题； 　　（4）输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤波与预测问题； （5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数，即系统辨识问题。 对控制系统的基本要求 　　（1）系统的稳定性。稳定性是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。稳定性的要求是系统工作的首要条件。 　　（2）系统响应的快速性。快速性是指当系统输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。 （3）系统响应的准确性。指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差，亦称为静态精度。 闭环系统 凡是系统输出信号对控制作用能有直接影响的系统 开坏控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响 反馈：把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。若反馈信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。 第二章 系统的数学模型 在单输入-单输出系统的瞬态响应分析或频率响应分析中，采用的是传递函数表示数学函数，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 传递函数的定义：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零时，系统的输出的拉式变换比输入的拉式变换。 传递函数具有以下特点： 　　（1）传递函数的分母反映了由系统的结构与参数所决定的系统的固有特性，而其分子则反映了系统与外界之间的联系。 与外界输入无关。 　　（2）当系统在初始状态为零时，对于给定的输入，系统输出的Laplace变换完全取决于其传递函数。一旦系统的初始状态不为零，则传递函数不能完全反映系统的动态历程。 　　（3）传递函数分子中s的阶次不会大于分母中s的阶次。 　　（4）传递函数有无量纲和取何种量纲，取决于系统输出的量纲与输入的量纲。 　　（5）不同用途、不同物理组成的不同类型系统、环节或元件，可以具有相同形式的传递函数。 第四章 系统的瞬态响应与误差分析 时域分析法是根据所描叙系统的微分方程式或传递函数，求出系统的输出量随时间的变化规律，并由此来确定系统的性能。 时间响应 机械系统在外加作用的激励下，其输出量随时间变化的函数关系 瞬态响应 系统受到外加作用激励后，从初始状态的响应过程 稳态响应 时间趋于无重大是，系统的输出状态 二阶系统瞬态性能指标包括上升时间、峰值时间、最大超调量、调整时间、振荡次数等。 　　1．上升时间：响应曲线从原工作状态出发，第一次达到输出稳态值所需的时间定义为上升时间。 　　当一定时，增大，就减小；当一定时，增大，就增大。 图3.4.4 　　2．峰值时间：响应曲线达到第一个峰值所需的时间定义为峰值时间。 　　3．最大超调量： 因此，与无关，而只与有关。增大，就减小；反之亦然。 欲降低由输入信号引起的稳态误差，应提高系统开环放大倍数或在系统中增加积分环节（提高系统的型次） 欲降低由干扰信号引起的稳态误差，应在干扰信号作用点之前的前向通道中增加放大倍数或增加积分环节 第五章 系统的频率特性 频率响应 以拉式变换为工具将时域转换为频域，研究系统对正炫输入的稳态响应 T为三角形脉冲作用时间，T愈小，可测量的频率范围愈宽。对方波脉冲信号，同样的T所能测量的频率范围更小 第六章 系统的稳定性 一、稳定性的定义 　　系统稳定性是指系统在干扰作用下偏离平衡位置，当干扰撤除后，系统自动回到平衡位置的能力。 　　若系统在初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随着时间的推移，逐渐衰减并趋向于零（即回到平衡位置），则称系统为稳定的；反之，由它所引起的系统的时间响应随着时间的推移而发散（即偏离平衡位置越来越远），则称系统为不稳定的。 　　线性系统的稳定性是系统的固有特性，仅与系统的结构及参数有关；而非线性系统的稳定性不仅与系统的结构及参数有关，而且还与系统的输入有关。 二、系统稳定的充要条件 　　系统稳定的充要条件是的系统所有特征根的实部全都小于零，或系统传递函数的所有极点均分布在s平面的左半平面内。 若系统传递函数的所有极点中，只有一个位于虚轴上，而其它极点均分布在s平面的左半平面内，则系统临界稳定。而临界稳定的系统极易因为系统的结构或参数的细微变化而变成不稳定的系统。因此，临界稳定往往也归结为不稳定的一种。 第七章 机械工程控制系统的校