机械工程控制基础总复习课件(二)讲述.pptx

机械工程控制基础 Email：chenlinlin@lcu.edu.cn Tel: 主讲：陈林林 聊城大学机械与汽车工程学院 目录 期末考试题型 重要知识点 重要题型讲解 一、填空题（共10题，每题2分，共20分） 二、选择题（共10题，每题2分，共20分） 三、计算题（共6题，每题10分，共60分） 考试题型 重要知识点 机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。 系统模型 系统的模型包括实物模型、物理模型、和数学模型等等。而数学模型又包括静态模型和动态模型。 动态模型在一定的条件下可以转换成静态模型。在控制理论或控制工程中，一般关心的是系统的动态特性，因此，往往需要采用动态数学模型。 定义:系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分地返回，并作用于系统，其实质就是信息的传递与交互。 反馈的定义 自动控制系统有两种基本控制方式：开环控制系统和闭环控制系统。 当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统； 当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统。 就系统及其输入、输出三者之间的动态关系而言，机械工程控制论的内容可归纳为如下5个方面： （1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题； （2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题； （3）已知输入和理想输出时，设计系统，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、稳定性 2、精确性 3、快速性 在经典控制理论中，线性定常系统常用的数学模型有 微分方程 、传递函数和频率特性。 常见控制系统微分方程的列写（总结） 参见课件！！！ 常考题型！！！ 尤其是机械移动系统中的质量、弹簧和阻尼；电气RLC系统。 拉氏变换和拉氏反变换 常用拉氏变换表 参见课件！！！ 传递函数 传递函数的概念 在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与引起该输出的输入量的拉氏变换之比。 求传递函数!!! 质量-弹簧-阻尼系统的传递函数 参见课件！！！ R-L-C无源电路网络的传递函数 系统传递函数的一般形式（有理多项式分式表达式）： 传递函数的主要特点 传递函数是一种以系统参数表示的线性定常系统输入量与输出量之间的关系式；传递函数的概念通常只适用于线性定常系统。 系统传递函数只与系统本身的结构参数有关，与输入信号无关。 前向通道传递函数 反馈通道传递函数 以反馈量B(s)为输出的开环传递函数 闭环控制系统的几个概念 闭环传递函数 特征方程、零点和极点 参见课件！！！ 特别注意闭环系统传递函数零极点增益表达式的标准形式！！！ 会求闭环增益！ 注意：开环传递函数和闭环传递函数都有零点和极点。 要区分闭环增益、开环增益、开环根轨迹增益！！！ 零点影响瞬态响应曲线的形状，不影响系统稳定性。 极点决定系统瞬态响应曲线的收敛性，即稳定性。 特征方程 典型环节及其传递函数 参见课件！！！ 共讲了7个典型环节 系统传递函数方框图及其简化 参见课件！！！ 重要知识点！！！常考题型！！！ 注意：满足梅森公式条件的，可以利用梅森公式化简求得系统的传递函数。 脉冲响应函数 初始条件啊为0时，系统在单位脉冲输入作用下的输出响应的拉氏变换为： g(t)称为系统的脉冲响应函数（权函数）。 常考题型：已知系统的脉冲响应函数，求系统的传递函数！！！ 常见题型 已知系统的单位脉冲响应函数 求系统的传递函数？ 解： 直接对h(t)进行拉氏变换。 特征根的实部影响自由响应项的收敛性：① 若所有特征根均具有负实部，则系统自由响应项收敛；② 若存在特征根的实部为正，则系统自由响应项发散； ③ 若存在特征根的实部为零，其余的实部为负，则系统自由响应项为等幅振荡； ④ 系统稳定时，特征根实部绝对值的大小决定了自由响应衰减的快慢程度。绝对值越大响应速度越快。 系统的特征根影响系统自由响应的收敛性和振荡 系统微分方程的特征根就是系统传递函数的极点。 不同特征根对应不同的自由响应特性（收敛性、振荡）。 特征根的虚部影响自由响应项的振荡情况：虚部绝对值越大，自由响应项的振荡越剧烈。 系统特征根对自由响应的影响 系统特征根对自由响应的影响 思考： 若存在特征根的实部为零,其余的实部为负,系统的自由响应项等幅振荡。——(系统临界稳定) 系统的自由响应？？？ 常用的典型输入信号 一阶系统（惯性环节） 对应的传递函数为： 参见课件！！！ 一阶系统单位脉冲响应的特点 一阶系统单位阶跃响应的特