机械控制工程复习提纲
机械工程控制基础(复习要点)
1
1
2）峰值时间：响应曲线达到第一个峰值所需 的时间。
tp d 1 2 n
3）最大超调量 M p ：常用百分比值表示为：
Mp x0 (t p ) x0 () x0 ( )
( / 1 2 )
第四章 频率特性分析
1、频率响应与频率特性
频率响应：线性定常系统对谐波输入的稳态响应。 幅频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的幅值比，记为A(ω)； 相频特性：线性定常系统在简谐信号激励下，其稳 态输出信号和输入信号的相位差，记为φ(ω)； 频率特性：幅频特性与相频特性的统称。即：线性 定常系统在简谐信号激励下，其稳态输出信号 和输入信号的幅值比、相位差随激励信号频率 ω变化特性。记为
G B s 1 Gk s G q s
第三章 时间响应分析
1、时间响应及其组成 时间响应：系统在激励作用下，系统输出随 时间变化关系。 时间响应可分为零状态响应和零输入响应或 分为自由响应和强迫响应。 零状态响应：“无输入时的系统初态”为零 而仅由输入引起的响应。 零输入响应：“无输入时的系统初态”引起 的自由响应。 控制工程所研究的响应往往是零状态响应。
K 增益 T 1Fra bibliotekn 时间常数 n 固有频率
阻尼比
6)一阶微分环节： G s s 1 7)二阶微分环节： G s s 2 s 1
2 2
8)延时环节： G s e s
7、系统各环节之间的三种连接方式：
串联：
G s Gi s
G ( j ) A e
j
频率特性又称频率响应函数，是激励频率ω的函数。 频率特性：在零初始条件下，系统输出y(t)的傅里叶 变换Y(ω)与输入x(t)的傅里叶变换X(ω)之比，即 Y j G ( j ) A e X
机械工程控制基础总复习
闭环系统环传递函数都只只 是闭环系统部分环节（或环节组合）的传递 函数，而闭环传递函数才是系统的传递函数； • 相加点B(s)处的符号不代表闭环系统的反馈 是正反馈还是负反馈。（在可能的情况下，应
尽可能使相加点的B(s)处的正负号与反馈的正负相 一致）。
• 传递函数的化简方法
会看图！
Mp
xo (t p ) xo () xo ()
100%
注意
• 二阶系统的标准形式：
n G( s) 2 2 s 2 n s n
2
• 如果单位阶跃输入下的稳态输出为K,则 二阶系统的标准形式前要乘以K。
1 反映系统快速性的指标是：tr，tp，ts 反映系统平稳性的指标是：MP%，N 2 n↑时，tr(tP ,ts)↓ (r ,b,c) ↑时，MP%(N)↓ ----MP的大小反映系统的阻尼特性 3 tr , MP 两项指标间存在矛盾
系统的稳态偏差为：（终值定理法）
ss lim (t ) lim sE ( s )
t s 0
1 lim s X i (s) s 0 1 G ( s ) H ( s )
单位反馈系统：
e ss
1 lim s X i ( s) s 0 1 G K ( s)
控制系统的基本要求：稳定性——先决 条件；快速性；准确性。
第二章 系统的数学模型
• • • • • 拉氏变换及其相关定理 系统微分方程的列写（难点） 传递函数的概念、特点及求法；（重点） 典型环节的传递函数； 传递函数方框图的绘制及简化；（难点）
一 微分方程的列写 • 典型元件所遵循的物理定律
根据校正前后的对数幅频特性图求校正环 节的传递函数！
3 稳态误差e ss 3.75 Kv
机械工程控制基础 复习
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月25日 星期日1 时41分 7秒Sun day , October 25, 2020
相信相信得力量。20.10.252020年10月 25日星 期日1 时41分7 秒20.1 0.25
谢谢大家！
复习 – 劳 斯 阵 列
sn a n a n-2 a n-4 a n-6 ...... sn-1 a n-1 a n-3 a n-5 a n-7 ...... sn-2 b1 b2 b3 ....... sn-3 c1 c2 ...... ...... ......
b1
an1an2 anan3 an1
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2513 :41:071 3:41Oc t-2025- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。13:41:0713 :41:071 3:41Su nday , October 25, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2520.1 0.2513:41:0713 :41:07 October 25, 2020
典型环节的Nyquist图
典型环节的Nyquist图
典型环节的Nyquist图
例题1
例题1
已知系统的开环传递函数
G(s)
1 s(0.02s
1)
试绘制系统开环幅相特性与对数频率特性。
例题1
6 例题1
解：G( j)
1
j(0.02 j
1)
G( j)
1
(0.02)2 1
G( j) tg10.02
2.1系统的微分方程 2.2传递函数 2.3系统的传递函数方框图及其简化 2.4反馈控制系统的传递函数 2.5相似原理
机械工程控制基础复习提纲
控制工程基础复习提纲第一章 绪论1. 系统的定义及特性: p5.答:系统是由相互联系、相互作用的若干部分组成有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。
系统具有如下特性： (1)系统的性能不仅与系统的要素有关，而且还与系统的结构有关； (2)系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂得多。
2. 模型、静态模型与动态模型：p6-8.答：模型——研究、认识、描述、分析系统的一种工具。
数学模型——用数学方法描述的抽象的理论模型，用来表达系统内部各部分之间或系统与外部环境之间的关系。
模型分为：静态模型与动态模型。
静态模型反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在平衡状态下的特性（用代数公式描述）；动态模型反映系统在瞬变载荷作用下或在不平衡状态下的特性（用微分方程或差分方程描述）。
3. 反馈(p8)、内反馈与外反馈（p8）、正反馈与负反馈.答：反馈——系统的输出部分或全部地被反过来用于控制系统的输入。
内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，内反馈是系统处于运动状态的内因；外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈（依靠外部反馈控制装置）。
负反馈：输出（被控量）偏离设定值（目标值）时，反馈作用使输出偏离程度减小，并力图达到设定值，即减小偏差；正反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离程度加剧，即加大偏差。
4.开环控制系统与闭环控制系统p13.答：开环控制系统没有反馈回路，系统的输出对系统没有控制作用；闭环控制系统系统有反馈回路，系统的输出对系统有控制作用。
5.对控制系统的基本要求p15.答：稳定性、快速性和准确性。
稳定性就是指系统抵抗动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。
这是系统正常工作的首要条件；快速性是指在系统稳定的前提下，当系统的输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度；准确性是指调整过程结束后，输出量与给定的输入量之间的偏差。
第二章 系统的数学模型1.线性系统的性质p29.答：线性系统满足叠加定理，非线性系统不满足叠加定理。
机械工程控制基础复习
机械工程控制基础复习引言机械工程控制是机械工程学科中的核心内容之一，它涉及到机械系统的运动学、动力学以及对机械系统的控制。
掌握机械工程控制的基础知识对于机械工程师来说非常重要，因此本文将对机械工程控制的基础知识进行复习和总结。
机械系统的运动学机械系统的运动学研究的是机械系统的运动过程，其中包括位置、速度和加速度等参数的描述与计算。
机械系统的运动学一般分为直线运动和旋转运动两种。
直线运动对于直线运动，我们主要关注以下几个概念：•位移：表示物体从初始位置到某一位置的变化量，通常用符号Δs表示。
•速度：表示单位时间内位移的变化量，通常用符号v表示。
•加速度：表示单位时间内速度的变化量，通常用符号a表示。
直线运动中，位移与速度、加速度之间的关系可以用如下公式表示：Δs = v * Δtv = a * Δt其中，Δt表示时间的变化量。
旋转运动对于旋转运动，我们主要关注以下几个概念：•角位移：表示物体从初始角度到某一角度的变化量，通常用符号Δθ表示。
•角速度：表示单位时间内角位移的变化量，通常用符号ω表示。
•角加速度：表示单位时间内角速度的变化量，通常用符号α表示。
旋转运动中，角位移与角速度、角加速度之间的关系可以用如下公式表示：Δθ = ω * Δtω = α * Δt机械系统的动力学机械系统的动力学研究的是机械系统的运动过程中的力学关系。
机械系统的动力学一般分为直线运动的动力学和旋转运动的动力学两种。
直线运动的动力学对于直线运动，我们常用的动力学公式有：•牛顿第二定律：F = m * a其中，F表示物体所受的合力，m表示物体的质量，a表示物体的加速度。
•质量与惯性力：F = m * g其中，g表示重力加速度。
旋转运动的动力学对于旋转运动，我们常用的动力学公式有：•牛顿第二定律：τ = I * α其中，τ表示物体所受的合力矩，I表示物体的转动惯量，α表示物体的角加速度。
机械系统的控制机械系统的控制是指通过对机械系统施加适当的力或力矩，使得机械系统按照预定的要求进行运动。
机械控制工程基础总复习
1
2 Ts 1
二阶系统阻尼系数与特征根的关系
阻尼系数
特征根
极点位置 单位阶跃响应
0,无阻尼
o 1,欠阻尼 1，临界阻尼 1，过阻尼
s1,2 jn
s1,2 n jn 1 2
s1,2 n (重根 )
s1,2 n n 2 1
一对共轭虚根 等幅周期振荡 一对共轭复根(左 衰减振荡
半平面）
一对负实重根 单调上升 两个互异负实根 单调上升
1，负阻尼
s1,2 n n 2 1 两个互异正实根
1 0，负阻尼
s1,2 n jn 1 2
一对共轭复根(右 半平面）
单调发散 发散振荡
四、时域分析性能指标
xo t
最大超调量：
xo
t
p
xo
xo
100%
Mp
1
2%或 5%
一、建立控制系统的数学模型
对于简单电路系统、机械系统，掌握列写微分方程 求取传递函数的方法。
二、数学模型的线性化（了解）
根据控制系统元件的特性，控制系统可分为 线性控制系统、非线性控制系统。
三、传递函数及典型环节的传递函数
1.传递函数定义（掌握）
在零初始条件下，线性定常系统输出象函数 Xo s 与输入象函数Xi s 之比。
xt
y
t
t
0
xt
y
d
四、拉氏反变换（掌握）
公式 :
e xt 1
j
Xs
stds
2 j j
简记为：
xt L1 X s
大于X (s)所有奇异点实部的实常数。
利用部分分式展开法，然后再利用已知函 数的拉氏变换和拉氏变换的性质。
机械工程控制基础复习资料Word版
机械工程控制基础1.输入量: 给定量称为输入量。
2.输出量:被控量称为输出量。
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.偏差:比较的结果称为偏差。
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.系统：相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。
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.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.会分析简单系统的工作原理。
10.拉普拉斯变换：若一个时间函数ƒ（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ƒ (t)的Laplace变换其中算子s=σ+ jω为复数。
11.常用的拉氏变换表12.拉氏变换的主要定理（特别是线性定理、微分定理）（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。
13.线性系统：系统的数学模型都是线性关系。
14.线性定常系统：用线性常微分方程描述的系统。
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。
机械工程控制基础考试大纲
机械工程控制基础考试大纲大连工业大学机械工程控制基础考试大纲第一章绪论重点掌握：自动控制系统的基本构成，反馈控制原理及控制系统基本要求。
掌握：控制系统基本概念，控制系统结构与分类，反馈控制系统的构成。
了解：机械控制工程控制论的基本含义和研究对象。
第二章系统的数学模型第一节引言了解：数学模型的基本概念，能够对线性和非线性系统建模。
第二节线性微分方程式的建立掌握：能够列写机械系统及电气系统的微分方程。
第三节非线性系统的线性化了解：非线性系统的线性化的一般方法。
第四节拉普拉斯变换重点掌握：拉普拉斯变换的定义、基本法则和反变换。
掌握：能够用拉普拉斯变换解微分方程。
第五节传递函数重点掌握：传递函数的概念、特点，各典型环节的特点，其传递函数的基本形式。
第六节方块图及其应用重点掌握：传递函数方块图的绘制及等效变换。
了解：系统传递函数的求法。
第三章时间特性分析法第一节时间响应与典型输入信号掌握：时间响应的概念，及典型输入信号和典型响应的特性。
第二节一阶系统的瞬态响应重点掌握：一阶系统时域响应特性的分析方法。
第三节二阶系统的瞬态响应重点掌握：二阶系统时域响应特性的分析方法及动态响应的性能指标。
第四章频率特性分析法第一节频率特性的基本概念掌握：掌握频率特性的基本概念，包括数学本质、物理意义和求法。
第二节频率特性表示法掌握：乃奎斯特图和伯德图的表示方法。
了解：尼柯尔斯图。
第三节典型环节的频率特性重点掌握：典型环节的频率特性及其曲线的绘制方法，包括乃奎斯特图和伯德图。
第四节控制系统开环伯德图和最小相位系统重点掌握：控制系统开环频率特性曲线的伯德图绘制方法。
掌握：最小相位和非最小相位系统的差别。
第五节闭环频率特性掌握：由开环频率特性估计闭环频率特性的方法，及闭环频率特性的性能指标，尤其要明确截止频率和带宽的概念。
第六章控制系统的稳定性分析第一节控制系统的稳定性的基本概念了解：系统稳定性的定义、系统稳定的条件。
第二节劳斯稳定判据掌握：劳斯判据的必要条件和充要条件，学会应用劳斯判据判断系统的稳定性。
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《控制工程基础》复习提纲
参考书：《机械控制工程基础》（第2版），朱骥北等主编，机械工业出版社。
考试范围：第一章—第六章（第七章系统辩识简介不做考试范围）
各章节复习要点
一、第一章绪论
1、要求了解内容1-1、1-4、1-6
控制理论的发展简史；控制系统的基本工作原理；以及本课程的性质任务。
2、要求掌握的内容1-2、1-
3、1-5
按不同的分类方法，控制系统的分类不同；开环系统、闭环反馈控制系
统的特点及控制方法；机械控制工程研究的对象。
二、物理系统的数学模型及传递函数
1、要求了解的内容2-1、2-3
线性连续系统：建立系统的数学模型；数学基础- Laplace变换及其性质；
典型函数的拉氏变换式；用拉氏变换求解微分方程初值问题的思路；非
线性系统线性化方法；传递函数的概念及性质。
2、要求掌握的内容2-2、2-4、2-6
控制系统微分方程的建立；典型环节的传递函数形式；线性系统传递函
数的求法；控制系统中方框图的等效变换并求传递函数；干扰信号下的
系统输出以及物理系统传递函数的推导。
三、瞬态响应及误差分析
1、要求了解的内容3-1、3-
2、3-3
了解时间响应的概念，瞬态响应、稳态响应的定义；一阶系统的脉冲响
应、单位斜坡响应的特点；二阶系统的脉冲响应、单位斜坡响应的特点。
2、要求掌握的内容3-4、3-5
一阶系统、二阶系统的瞬态响应性能指标计算方法；系统性能的参数-
时间常数T、阻尼比、无阻尼固有频率对系统性能的影响；正确理解系
统型次的概念；输入信号及干扰信号引起的稳态误差的计算方法。
四、频率特性分析
1、要求了解的内容4-1、4-5
频率特性的基本概念和表示方法、求解方法；典型环节的频率特性。
2、要求掌握的内容4-2、4-
3、3-4
极坐标图的绘制方法；典型环节的伯德图渐近线的绘制方法；系统伯德
图渐近线的绘制方法；由伯德图求取系统的传递函数的方法；最小相位
系统的概念；系统频域性能指标的计算方法。
五、系统的稳定性
1、要求了解的内容5-1
系统稳定性的基本概念。
2、要求掌握的内容5-2、5-
3、5-4
系统稳定的充要条件；代数判据—劳斯稳定判据、胡尔维茨稳定判据及
其应用；乃奎斯特稳定判据和对数频率稳定判据及其应用；相对稳定性
及其稳定裕量概念及计算方法。
注：（5-5 根轨迹不做考试内容）
六、系统的综合与校正
1、要求了解的内容6-1
了解校正的基本概念；校正的方式与实质。
2、要求掌握的内容6-2、6-3
运用低频、中频、高频三个频段概念对系统校正前后性能进行定性分析
与比较；串联校正、并联校正方法的特点和作用；PID调节器校正方法。