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1、机械工程控制基础机械工程控制基础1.1.输入量: 给定量称为输入量。 2.2.输出量:被控量称为输出量。 3.3.反馈:就是指将输出量全部或部分返回到输入端，并与输入量比较。 4.4.偏差:比较的结果称为偏差。 5.5.干扰：偶然的无法加入人为控制的信号。它也是一种输入信号，通常对系统的输出产生不利影响。 6.6.系统：相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。 7.7.系统分类：按反馈情况：开环控制系统和闭环控制系统；按输出量的变化规律：自动调节系统、随动系统 和程序控制系统；按信号类型：连续控制系统和离散控制系统；按系统的性质：线性控制系统和非线性控制 系统；按参数的变化情况：定常系统和时
2、变系统；按被控量：位移控制系统、温度控制系统和速度控制系统。8.8.机械工程控制论的研究对象：它研究的是机械工程广义系统在一定的外界条 件（即输入或激励、干扰）作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系 统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系 广义系统的动力学问题。 9.9.会分析简单系统的工作原理。 10.10.拉普拉斯变换：若一个时间函数 （t） ，称为原函数，经过下式计算转换为象函数 F(s)：,记为称 F(s)为 (t)的 Laplace 变换其中算子 s=+ j 为复数。11.11.常用的拉氏变换表
3、12.12.拉氏变换的主要定理（特别是线性定理、微分定理） （1 1）比例定理（很重要，系统微分方程进行拉氏变换常用） 输出量不失真、无惯性、快速地跟随输入量，两者成比例关系。（2 2）微分定理（很重要，系统微分方程进行拉氏变换常用） 在物理系统中微分环节不独立存在，而是和其它环节一起出现。（3 3）积分定理13.13.线性系统：系统的数学模型都是线性关系。 14.14.线性定常系统：用线性常微分方程描述的系统。 15.15.叠加原理：系统在几个外加作用下所产生的响应，等于各个外加作用单独作用的响应之和。叠 加原理有两重含义：均匀性（齐次性）和可叠加性。叠加原理有两重含义：均匀性（齐次性）和可
4、叠加性。 这个原理是说，多个输入同时作用于线性系统的总响应，等于各个输入单独作用时分别产生的响应之和，且 输入增大若干倍时，其输出亦增大同样的倍数。系统对输入信号的微分和积分的响应等于系统对输入信号的 响应的微分和积分。 16.16.线性时变系统：描述系统的线性微分方程的系数为时间的函数。 17.17.传递函数：传递函数是经典控制论中对线性系统进行分析、研究与综合的重要数学模型形式。 18.18.数学模型：描述系统动态特性的数学表达式，称为系统的数学模型，它揭示了系统结构及其参数与系统性 能之间的内在关系。 19.19.传递函数的定义：线性定常系统的传递函数，是初始条件为零时，系统输出的拉氏变
5、换比输入的拉氏变换。20.20.典型环节的基本性质及主要参数（特别是时间常数、无阻尼固有频率、阻尼比）的含义： （1 1）比例环节：输出量不失真、无惯性、快速地跟随输入量，两者成比例关系。 K比例系数，等于输出量与输入量之比。 （2 2）微分环节：在物理系统中微分环节不独立存在，而是和其它环节一起出现。 微分环节的时间常数在物理系统中微分环节不独立存在，而是和其它环节一起出现。 （3 3）积分环节：输出量正比于输入量对时间的积分。 T积分环节的时间常数。 （4 4）振荡环节：含有两个独立的储能元件，且所存储的能量能够相互转换，从而导致输出带有振荡的性质， 运动方程为： T振荡环节的时间常数 阻
6、尼比，对于振荡环节，0m，乃奎琳斯特图以顺时针方向收敛于原点，即幅值为零，相位角与分子和分母的阶次之差有关。 （3）当 G（s）含有零点时，其频率特性 G（j）的相位将不随 单调减，乃奎斯特图会产生“变形”或“弯曲” ， 具体画法与 G（j）各环节的时间常数有关。 51.51.频域性能指标： （1 1）谐振峰值：当 =0 的幅值为 M（0）=1 时，M（）的最大值 Mr 称作谐振峰值。 即：若 M（0）1，则谐振峰值为 Mr=Mmax（r）/ /M（0） ，又称相对谐振峰值，若取分贝值，则： 20lgMr=20lgMmax（r）-20lgM（0） （2 2）谐振频率：在谐振峰值处的频率 r 称
7、为谐振频率。 （3 3）截止频率：截止频率是指系统闭环频率特性的对数幅值下降到其零频率幅值以下 3dB 时的频率。 即：20lgM（b）=20lgM（0）-3=20lgM（0）/ /2 （4 4）频宽：系统的频宽：指从 0 到 b 的频率范围。 52.52.控制系统稳定性：控制系统在实际运行过程中，总会受到外部和内部的扰动。如果系统不稳定，就会在任 何微小的扰动的作用下偏离原来的平衡状态，并随时间的推移而发散。 53.53.系统稳定的充要条件及必要条件: 线性控制系统稳定的充要条件充要条件是系统特征方程的所有根具有负的实部； 或特征根全部在 s 平面的左半平面。系统稳定的必要条件必要条件。 （
8、1）特征方程的各项系数都不为零。 （2）特征方 程的各项系数的符号相同。 54.54.反映系统相对稳定性的相位裕量:在开环奈奎斯特图上，从原点到奈奎斯特图与单位圆的交点连一直线， 该直线与负实轴的夹角就是相位裕量 。 55.55.反映系统相对稳定性的幅值裕量：在开环奈奎斯特图上，奈奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数，称幅值 裕量 Kg。 56.56.系统相对稳定性的相位裕量和幅值裕量在伯德图中的识别。57.57.控制系统校正（补偿）：校正（补偿）：在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能。 58.58.控制系统三种校正方式：（1）串联校正；（2）并联校正；（3）PID 校正器。 59.59.单位脉冲的拉氏变换公式: 单位阶跃的拉氏变换公式:幂函数的拉氏变换公式: 指数函数的拉氏变换公式:正弦函数的拉氏变换公式:余弦函数的拉氏变换公式:60.60.欠阻尼状态下二阶环节对单位阶跃输入响应的上升时间计算公式：欠阻尼状态下二阶环节对单位阶跃输入响应的峰值时间计算公式：欠阻尼状态下二阶环节对单位阶跃输入响应的调整时间计算公式：欠阻尼状态下二阶环节对单位阶跃输入响应的最大超调量计算公式：
