机械控制工程基础

张洪鑫,杜海艳,吴开宇,李建英,丁艳艳

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 课程介绍
    • 1.2 控制理论的发展
    • 1.3 控制系统的分类及反馈
    • 1.4 控制系统的工作原理及组成(目录)
      • 1.4.1 控制系统的工作原理
      • 1.4.2 控制系统的组成
    • 1.5 对控制系统的基本要求
  • 2 系统的数学模型
    • 2.1 本章介绍
    • 2.2 系统微分方程的建立
      • 2.2.1 线性系统微分方程的建立
      • 2.2.2 * 非线性微分方程的线性化
    • 2.3 拉氏变换与反变换
      • 2.3.1 典型函数的拉氏变换
      • 2.3.2 拉氏变换主要定理
    • 2.4 利用拉氏变换求解微分方程
      • 2.4.1 F(s)的极点为各不相同的实数
      • 2.4.2 F(s)含有共轭复数极点
      • 2.4.3 F(s)含有重极点
    • 2.5 传递函数
      • 2.5.1 传递函数的概念
      • 2.5.2 典型环节及其传递函数
    • 2.6 系统方框图及其化简
      • 2.6.1 系统方框图的组成及连接形式
      • 2.6.2 方框图的等效变换
    • 2.7 系统方框图的建立
    • 2.8 系统开环传递函数
  • 3 时间响应分析
    • 3.1 概述
    • 3.2 一阶系统的时间响应
      • 3.2.1 时域分析方法
      • 3.2.2 一阶系统的数学模型
      • 3.2.3 一阶系统的典型输入响应
    • 3.3 二阶系统的时间响应
      • 3.3.1 二阶系统的数学模型
      • 3.3.2 二阶系统的类型
      • 3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应
    • 3.4 二阶系统的性能指标
      • 3.4.1 性能指标定义
      • 3.4.2 性能指标公式推导
    • 3.5 高阶系统的时间响应
    • 3.6 稳态误差分析与计算
      • 3.6.1 稳态误差的概念
      • 3.6.2 稳态误差计算
      • 3.6.3 ​误差系数定义
      • 3.6.4 误差计算表
    • 3.7 干扰作用下稳态误差的计算
  • 4 频域分析
    • 4.1 基本概念
      • 4.1.1 频率特性的概念
      • 4.1.2 频率特性的表示方法
    • 4.2 典型环节的频率特性
    • 4.3 绘制系统开环频率特性图
      • 4.3.1 Nyquist图
      • 4.3.2 Bode图
    • 4.4 最小相位系统
    • 4.5 由伯德图求开环传递函数
    • 4.6 闭环频率特性
    • 4.7 闭环系统性能分析
  • 5 系统的稳定性
    • 5.1 概述
    • 5.2 劳斯稳定判据
    • 5.3 奈奎斯特稳定判据
      • 5.3.1 幅角定理
      • 5.3.2 奈奎斯特稳定判据
      • 5.3.3 在Bode图上判断系统的稳定性
    • 5.4 系统的相对稳定性
  • 6 系统的设计校正
    • 6.1 概述
    • 6.2 串联校正
      • 6.2.1 相位超前校正
      • 6.2.2 相位滞后校正
    • 6.3 串联校正设计
    • 6.4 串联校正设计例题
    • 6.5 PID校正
控制理论的发展

1.2 控制理论的发展

1.2.1 控制理论的发展

1.经典控制理论 ( 20世纪40年代 )

主要研究单输入、单输出的线性系统的自动控制问题。采用的数学模型通常为微分方程和传递函数。 


代表人物和事件:

1948年,美国麻省理工学院(MIT)数学家诺伯特.维纳(N.Wiener)发表了专著:《控制论》(Cybernetics)―关于在动物和机器中控制与通讯的科学。标志着控制理论的诞生。

1954年,我国2院院士,航天之父,科学家钱学森在美国发表了专著:《工程控制论》(EngineeringCybernetics),推动了控制理论在工程领域的应用。

2.现代控制理论 ( 20世纪60年代 )

主要研究多输入、多输出的线性或非线性系统的最优控制问题。采用的数学模型通常为状态空间方程。


3.智能控制理论 ( 20世纪70年代 )


1.2.2 机械控制理论的研究对象和任务

1、机械工程控制论的研究对象

机械工程技术中广义系统的动力学问题。研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。


2、机械工程控制论的任务

系统分析:已知输入和系统,求输出

最优控制:已知系统和输出,求输入

系统辨识:已知输入和输出,求系统参数

思考题:

经典控制理论与现代控制理论研究的内容有何不同?