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
控制系统的分类及反馈

1.3 控制系统的分类

1.3.1控制系统的分类

按输出变化规律:

恒值控制系统,例如:液位,温度控制器

随动控制系统,目标的跟瞄

程序控制系统,数控加工系统

按功能:

位置控制系统,速度控制系统,温度,压力控制系统等;

按控制方向:开环控制系统

      闭环控制系统

1、开环控制系统

  无反馈,信号的传递方向是单向的从输入到输出。输出量只受控于输入量,不能对输入量反向施加影响,当系统收到外界扰动时,输出量偏离期望值,系统无法自动校正偏差,无法保证控制精度。特点:简单,抗干扰差。

例如:自动售货机,自动洗衣机,自动生产线,红绿灯交通控制。


           

          图1.3-1机床工作台进给开环系统


2、闭环控制系统

  有反馈,信号的传递方向是双向的,形成闭合回路。除了输入到输出的单向控制,还存在由输出返回输入的反馈控制,也叫反馈控制系统。

特点:当系统受到外界扰动,输出偏离期望值产生误差时,反馈环节将误差返送回输入端,通过与给定输入比较,形成偏差,产生控制作用纠正误差,保持系统的控制精度。利用偏差控制自动纠正输出的偏差。但是,由于引入反馈回路,当系统参数不匹配时,易导致系统产生振荡,使其无法正常工作。特点:复杂,但能够纠正偏差,实现较高的控制精度,易产生振荡。

例:离心调速系统,数控机床的伺服驱动系统,恒温控制系统


         图1.3-2 机床工作台进给闭环系统

1.3.2 反馈及反馈控制

反馈:将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端,并与输入信号共同作用于系统的过程。

负反馈:如果反馈信号与系统的输入信号方向相反;

正反馈;如果反馈信号与系统的输入信号方向相同;

反馈控制:利用反馈信号对系统进行控制。

思考题:

开环控制系统与闭环控制系统的区别?

什么是反馈?