控制工程基础期末复习及例题.ppt

1、控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础控制工程基础课程总结课程总结1控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结考试题型：考试题型：第一部分（第一部分（40分）：分）：填空题（填空题（20分）分）、选择题、选择题（20分）分）第二部分（第二部分（60分）：分）：1、已知象函数求原函数（用部分分式法）、已知象函数求原函数（用部分分式法）2、求（直线运动）机械系统的传动函数、求（直线运动）机械系统的传动函数 3、方框图简化、方框图简化 4、时域分析法（时间响应、性能指标等）、时域分析法（时间响应、性能指标等）5、稳态误差的计算、稳态误差的计

2、算 6、频域分析法（频率响应、频率特性、频域分析法（频率响应、频率特性、Bode图）图）7、系统稳定性判定、系统稳定性判定关于关于“控制工程基础控制工程基础”课程考核说明课程考核说明综合成绩：平时综合成绩：平时20%+实验实验10%+末考末考70%2控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结3控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结4控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结5控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结6控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结7控制工程基础总结控制

3、工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制系统控制系统的概念控制系统的概念对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求控制工程基础课程结构控制工程基础课程结构分析分析设计设计控制系统控制系统的组成的组成工作工作原理原理控制系统控制系统的分类的分类稳定性稳定性准确性准确性快速性快速性时域分析法时域分析法频域分析法频域分析法校正校正常用校常用校正方式正方式PID校正校正超前校正超前校正滞后滞后超前校正超前校正滞后校正滞后校正8控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结1.1.工作原理工作原理 首先检测输出量的实际值，将实际值与给定值（输入量）首先检测输出量的实际值，将实际值

4、与给定值（输入量）进行比较得出偏差值进行比较得出偏差值,再用偏差值产生控制调节信号去消除偏差。再用偏差值产生控制调节信号去消除偏差。闭环控制系统一般由闭环控制系统一般由给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及及校正元件等组成。等组成。2.2.闭环控制系统的组成闭环控制系统的组成3.3.反馈的概念反馈的概念 输出量通过检测装置将信号返回输入端，并与输入量进行输出量通过检测装置将信号返回输入端，并与输入量进行比较的过程。比较的过程。第1章 绪论9控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结4.4.控制论的本质控制论的本质 是通过是通过信息的传递、加工处理信息的传递、加

5、工处理并并加以反馈加以反馈来进行控制，来进行控制，控制理论是信息学科的重要组成方面。控制理论是信息学科的重要组成方面。5.5.机械工程控制论机械工程控制论 是以机械工程技术为对象的控制论问题，是研究这一工是以机械工程技术为对象的控制论问题，是研究这一工程领域中广义系统的动力学问题，即研究程领域中广义系统的动力学问题，即研究系统系统及其及其输入输入、输输出出之间的动态关系。之间的动态关系。机械工程控制论的主要研究以下内容：机械工程控制论的主要研究以下内容：（1 1）系统分析系统分析 （2 2）最优控制）最优控制 （3 3）最优设计）最优设计 （4 4）系统识别）系统识别 （5 5）滤波与预测）滤

6、波与预测第1章 绪论10控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结6.6.控制系统的基本要求控制系统的基本要求l 稳定性稳定性：控制系统工作的首要条件。指动态过程的振荡倾向和控制系统工作的首要条件。指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。系统能够恢复平衡状态的能力。l 快速性快速性：系统的输出量和输入量产生偏差时，消除这种偏差过系统的输出量和输入量产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。程的快速程度。l 准确性准确性：调整过程结束后系统的输出量与输入量之间的偏差。调整过程结束后系统的输出量与输入量之间的偏差。第1章 绪论11控制工程基础总结控制工程基础总结控制工

7、程基础总结控制工程基础总结分析分析控制系统：工作原理、动态特性、系统的稳定性、准控制系统：工作原理、动态特性、系统的稳定性、准确性、快速性确性、快速性设计设计控制系统：设计满足稳、准、快要求的系统，并加以控制系统：设计满足稳、准、快要求的系统，并加以实现实现课程结构体系课程结构体系第1章 绪论12控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结l 拉普拉斯变换的定义拉普拉斯变换的定义复变量复变量原函数原函数象函数象函数拉氏变换符号拉氏变换符号l 典型时间函数的拉普拉斯变换典型时间函数的拉普拉斯变换欧拉公式欧拉公式第2章 拉斯变换的数学方法13控制工程基础总结控制工程基础总结控制

8、工程基础总结控制工程基础总结l拉氏变换的定理拉氏变换的定理第2章 拉斯变换的数学方法14控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结计算拉普拉斯反拉普拉斯反变换变换方法：1.查表法查表法l拉氏反变换拉氏反变换2.采用采用部分分式展开法部分分式展开法部分分式展开法部分分式展开法第2章 拉斯变换的数学方法15控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结例例：求的原函数。解解：第2章 拉斯变换的数学方法16控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结u主要内容：主要内容：l 系统微分方程的建立系统微分方程的建立l 传递函数传递函数l 方块图

9、及动态系统的构成方块图及动态系统的构成 在在零初始条件零初始条件下，线性定常系统下，线性定常系统输出量的拉氏变输出量的拉氏变换换与引起该输出的与引起该输出的输入量的拉氏变换输入量的拉氏变换之比。之比。传递函数反映系统本身的动态特性，只与系统本传递函数反映系统本身的动态特性，只与系统本身的结构参数有关，与外界输入无关身的结构参数有关，与外界输入无关。第3章 系统的数学模型u 传递函数：传递函数：17控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结 比例环节比例环节：K一阶微分环节一阶微分环节：Ts+1二阶微分环节二阶微分环节：积分环节积分环节：惯性环节惯性环节：二阶振荡环节二阶振

10、荡环节：微分环节微分环节：s第3章 系统的数学模型l传递函数的典型环节传递函数的典型环节延迟环节：延迟环节：第3章 系统的数学模型18控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结例例：试试求求如如图图所所示示机机械械系系统统的的传传递递函函数数。其其中中，F(t)为为系系统统的的输输入入外外力力，y(t)为为系系统统的的输输出出位位移移，M1和和M2为为质质量量块块，K1和和K2为为弹弹簧簧的的弹弹性性系系数数，B为为阻阻尼尼器器的的阻阻尼尼系系数数。（忽忽略略质质量量块块重重力力作作用）（共用）（共10分）分）第3章 系统的数学模型第3章 系统的数学模型19控制工程基础总

11、结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结第3章 系统的数学模型第3章 系统的数学模型20控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结u 系统方框图的简化系统方框图的简化 q 方框图的运算法则方框图的运算法则 串联、串联、并联及反馈连接并联及反馈连接 G(s)H(s)Xi(s)Xo(s)-B(s)E(s)q 方框图的等效变换法则方框图的等效变换法则 求和点的移动求和点的移动 引出点的移动引出点的移动 第3章 系统的数学模型l开环传递函数开环传递函数l误差传递函数误差传递函数21控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结第3章 系统的数学模型例：

12、求如图所示控制系统的传递函数。例：求如图所示控制系统的传递函数。第3章 系统的数学模型22控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结第3章 系统的数学模型23控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结l 时间响应：时间响应：系统在输入信号作用下其输出随时间变化系统在输入信号作用下其输出随时间变化的规律。的规律。时间响应时间响应分为两部分分为两部分：瞬态响应瞬态响应和和稳态响应。稳态响应。l 瞬态响应瞬态响应：系统受到外加作用激励后，从初始状态到：系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终状态的响应过程，最终状态的响应过程，又称动态过程、瞬态过程。又称动

13、态过程、瞬态过程。l 稳态响应稳态响应：时间趋于无穷大时，系统的输出状态。即时间趋于无穷大时，系统的输出状态。即稳态响应是瞬态过程结束后仍然存在的时间响应。稳态响应是瞬态过程结束后仍然存在的时间响应。第4章 系统的时域分析24控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结 一阶系统的时间响应一阶系统的时间响应 c(t)0.6320.8650.950.982初始斜率1/T c(t)=1-e-t/T0 tT2T3T4T1 一阶系统单位阶跃响应单位阶跃响应单位阶跃响应单位脉冲响应单位脉冲响应单位斜坡响应单位斜坡响应第4章 系统的时域分析25控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基

14、础总结控制工程基础总结 二阶系统的时间响应二阶系统的时间响应-第4章 系统的时域分析26控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结Mp瞬态响应的性能指标瞬态响应的性能指标c(t)t 010.50.05或或0.02tr tp tstd第4章 系统的时域分析27控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结例例:设设单单位位负负反反馈馈的的二二阶阶系系统统的的单单位位阶阶跃跃响响应应曲曲线线如如图图所所示示，试试确定系统的传递函数。确定系统的传递函数。解解：图图示示为为一一欠欠阻阻尼尼二二阶阶系系统统的的单单位位阶阶跃跃响响应应曲曲线线。由由图图中中给给出的

15、阶跃响应性能指标，先确定二阶系统参数，再求传递函数。出的阶跃响应性能指标，先确定二阶系统参数，再求传递函数。0t(s)11.30.1c(t)第4章 系统的时域分析28控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结0t(s)11.30.1c(t)第4章 系统的时域分析29控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结 稳态误差稳态误差B(s)第4章 系统的时域分析30控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结 扰动作用下的稳态误差扰动作用下的稳态误差图示系统，图示系统，R(s)为系统的输入，为系统的输入，N(s)为系统的扰动作用。为系统的

16、扰动作用。求求E(s)和和ess 第4章 系统的时域分析31控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结一、频率响应一、频率响应 正弦信号正弦信号的的稳态稳态响应。响应。输入：输入：稳态稳态输出：输出：第5章 系统的频域分析32控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结二、频率特性二、频率特性频率特性的表示方法频率特性的表示方法频率特性的表示方法频率特性的表示方法 解析法：解析法：G(j)幅频特性：幅频特性：A()=B/A=|G(j)|相频特性：相频特性：j()=G(j)图示法：图示法：对数坐标图或称对数坐标图或称BodeBode图；图；极坐标图或称极坐标图或称NyquistNyquist图；图；第5章 系统的频域分析33控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结对于正弦输入对于正弦输入r(tr(t)=2sin)=2sin2 2t t的频率响应为：的频率响应为：第5章 系统的频域分析34控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结控制工程基础总结三、三、频率特性的对数坐标图（伯德图、频率特性的对数坐标图（伯德图、Bod