还剩11页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
机电控制工程基础网上教学活动文本(
2004.
12.28)田虓这里是“机电本科”机电控制工程基础答疑时间,欢迎大家前来答疑请大家积极讨论田虓今天讨论的重点是各章复习重点以及一些典型习题欢迎大家来讨论问题!第1章重点主要是基本概念,例如被控制对象或对象、开环控制系统、闭环控制系统1什么叫反馈?什么是负反馈?答把系统输出全部或部分地返回到输入端,就叫做反馈把输出量反馈到系统的输入端与输入量相减称为负反馈2什么样系统叫开环控制系统?举例说明答若系统的输出量对系统没有控制作用,即系统没有反馈回路时,则该控制系统称为开环控制系统如自动售货机,自动洗衣机,步进电机控制刀架进给机构等3什么叫闭环控制系统?举例说明之答当系统的输出量对系统有控制作用时,即系统存在着负反馈回路称为闭环控制系统,例如人手在抓取物件时的动作机器人手臂运动控制,火炮跟踪目标的运动,导弹飞行运动控制等等第2章复习重点知识点不用复习数学内容以常用函数的拉普拉斯变换为重点单位阶跃函数的拉普拉斯变换\\单位脉冲函数的拉普拉斯变换\\指数函数的拉普拉斯变换\\拉氏反变换等第3章要点元件和系统微分方程式的建立列写闭环系统微分方程式的目的,是确定输出与输入或扰动量之间的函数关系列写的一般步骤如下1分析系统和元件的工作原理,找出各物理量之间的关系,确定输出量及输入量2设中间变量,依据物理、化学等定律忽略次要因素列写微分方程式3消去中间变量,由高阶到低阶排列,将输出写在等号左边,输入写在等号右边的微分方程式,即是系统或元件的微分方程式或数学模型例列写图所示RC无源网络的微分方程式RiturtCuct图RC无源网络1确定电路的输入量和输出量由电路可知,R、C为常量,依据实际工作情况确定urt为输入电压,uct为输出电压2依据电路工作原理选电流it为中间变量依据电学定律列写方程式(3-1-1)(3-1-2)3消去中间变量it,其目的是求出与的关系由(3-1-2)式可得代入(3-1-1)得(3-1-3)令T=RC──时间常数输入变量用xt表示;输出变量用yt表示,则xt=urt、yt=uct故3-1-3式为由微分方程式可知,RC无源网络的瞬态数学模型是一阶常系数线性微分方程式传递函数弹簧、阻尼器机械系统运动微分方程式为初始条件为零时,拉氏变换为传递函数典型环节的传递函数及其瞬态特性1比例环节比例环节(放大环节)输出量与输入量的关系为式中──环节的放大系数(常数)传递函数为若忽略非线性和惯性,电子放大器,齿轮减速器,杠杆等均属于比例环节2惯性环节自动控制系统中,经常包含有惯性环节,它具有一个储能元件惯性环节的特点是,当输入xt作阶跃变化时,输出yt不能立刻达到稳态值,瞬态输出以指数规律变化惯性环节的运动方程式为传递函数式中──环节的时间常数;──环节的比例系数3积分环节积分环节的微分方程式为积分环节的传递函数式中──时间常数当输入为单位阶跃信号时,输出为输入对时间的积分,即输出yt随时间呈直线增长,在控制系统中,积分环节常被用来改善系统的稳定性4微分环节微分环节的特点是在瞬态过程中输出量为输入量的微分,其微分方程式为传递函数实用微分环节单位阶跃输入时,输出的拉氏变换为实用微分环节的单位阶跃响应为瞬态曲线及方框图如图3-3-9所示图实用微分环节在自动控制系统中微分环节常用来改善系统的瞬态性能,减小振荡,增加系统的稳定性5振荡环节振荡环节的特点,它包含两个独立储能元件并且能量可以相互转换例如弹簧、质量机械系统、R-L-C电路,直流可控电动机等,都是二阶振荡环节振荡环节微分方程式为初始条件为零时的拉氏变换传递函数令──无阻尼振荡角频率;,──阻尼比(3-3-21)是振荡环节的两个重要参数当时在单位阶跃输入作用下,输出的瞬态曲线及方框图如图所示图振荡环节第4章复习应该注意掌握二阶系统的阶跃响应,ζ取不同值时的相应特性曲线会利用公式计算性能指标了解参数ωn和ζ对性能的影响趋势二阶系统的瞬态响应性能指标例二阶系统的瞬态响应性能指标例已知二阶系统闭环传递函数为试求单位阶跃响应的trtmδ%ts和N的数值?解[题意分析]这是一道典型二阶系统求性能指标的例题解法是把给定的闭环传递函数与二阶系统闭环传递函数标准形式进行对比,求出参数,而后把代入性能指标公式中求出,,,和的数值上升时间tr峰值时间tm过度过程时间ts超调量δ%振荡次数N(振一次)稳态误差误差系数及稳态误差X(t)1系统0型K0∞0∞1型∞0K0∞2型∞0∞0K例单位反馈控制系统的开环传递函数为,试求在输入信号为作用时的稳态误差解[题意分析]该题是求稳态误差的基本题目,可采用不同的方法求解在这里需要运用系统的迭加原理,及系统的类型方法1依据定义用终值定理求稳态误差由题可知系统闭环传递函数为输入信号的拉氏变换为根据误差的定义,误差信号的拉氏变换为由终值定理方法2用静态误差系数法由于系统是I型系统,因此根据迭加原理当时当时故第5章控制系统的频域分析1掌握频率特性基本概念;频率特性两种表示方法;典型环节频率特性曲线图2掌握系统的对数频率特性画法频率特性的基本概念定义为系统的幅频特性,它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应幅值衰减(或放大)的特性定义为系统的相频特性,它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应,相位迟后或超前的特性幅频特性和相频特性可由一个表达式表示,即称为系统的频率特性系统的频率特性可由该系统的传递函数,以jω代替s求得例求图R-C电路的频率响应解R-C电路的传递函数为RxtCyt式中T=RC──时间常数正弦输入信号为图R—C电路电路频率特性以jω代替s可得幅频特性为相频特性为系统频率响应为从RC电路的频率特性可以看出一般规律电路参数(R、C)给定后,随频率变化规律就完全确定所以频率特性反映了电路的本身性质,与外界因素无关例设系统的传递函数,求输入信号频率为,振幅为时,系统的稳态输出解[题意分析]在线性定常系统中,当有正弦信号输入,则输出肯定是和输入同频率的正弦信号,而只是幅值和相位与输入不同,所以求输出的关键是求输出的振幅及输出与输入的相位差由,可以看出是由放大环节与惯性环节串联组成,放大环节只影响输出值的幅值,而惯性环节对输出的幅值及相位都有影响[解题步骤]1输出与输入频率相同f=1Hz,所以ω=2πf=
6.3()2求输出与输入相位差惯性环节相位落后为3求输出幅值4稳态输出第5章典型例题例系统开环传递函数为1试绘制系统的开环对数频率特性并计算值2判断闭环系统的稳定性解1首先将分成几个典型环节显见该系统由放大环节,积分环节,惯性环节,一阶微分环节组成2分别做各典型环节的对数频率特性曲线K=
7.520lgK=
17.5dB;ω1=2ω2=3对数幅频特性相频特性其对数频率特性曲线如图所示图对数频率特性曲线3计算所以第6章重点掌握串联校正第7章重点2部分分式法例求的变换解反变换得时间函数为时间函数的变换为第7章重点例子控制系统的脉冲传递函数例试求图两个系统脉冲传递函数,并且进行讨论rtutctckTTTartutctckTTb图解在a图中,两个传递函数之间有采样开关将其分开,假定两个采样开关是同步的,并且采样周期相同,则在图b中两个环节之间没有采样开关,则显然,两个系统的脉冲传递函数不同,因此,在写传递函数时,一定要看清楚串联环节之间是否有采样开关例题求图示系统的稳态误差rtete*tctT=
0.1秒解系统的开环脉冲传递函数为稳态误差系数位置误差;速度误差;加速度误差冯乃光2005年好像取消了本科机械专业的招生,这门课程开到什么时候?田虓做好服务,根据实际情况可能是暂时性的,有需要还是要招生的,但是教学计划有必要优化一下冯乃光田老师,这次考试与往届有何不同?田虓复习范围还是一样,难度各方面也都差不多,比较规范,还按照以往给同学们复习你们以往的及格率是多少?冯老师冯乃光我们的及格率大约70%左右主要是人少,反映不普遍田虓说明冯老师辅导的不错冯乃光这次考试重点有哪些?田虓考试重点一会儿我稍微细化一下,不过网上习题所含盖的知识点都是比较重要的冯乃光惭愧,我没有任这门课程的面授,是教学班自己请的老师及格率与我无关的田虓管理课程比较多实在辛苦!冯乃光这门课程的资源有哪些?有课件吗?田虓主要是网上资源和IP课件,没有CAI课件冯乃光怎么理工类的答疑都是2小时,文经类的主要都是1小时或1个半小时?田虓论文科理科
1.5或者2小时都有这个无所谓!冯乃光如果这门课程还要开的话,建议做网络课程或CAI课件田虓我特别想做特别同意冯老师的观点这个专业都应该如此.问怎么学习这门课?复习关键所在?田虓复习关键是看网上复习资料和好好作网上练习.问该怎么复习?这门课程看起来很难田虓好好看网上复习资料,好好做网上习题!问的5章重要内容由哪些,综合性大吗?田虓1掌握频率特性基本概念;频率特性两种表示方法;典型环节频率特性曲线图2掌握系统的对数频率特性画法这一章内容综合性比较强,也比较重要田虓本次答疑时间到了祝同学们考出好成绩有什么问题还可以在日常答疑区提问.yt1XsYsyt0tabytζ1yt1XsYs0tab。