哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)
哈工大自动控制原理课件-第一章
1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
哈工大 机电控制系统 第二章
解：设摆杆重心在xy坐标系中的坐标为 ( x G , yG ) xG x l sin y
x
l
V H O u V
mg l H x M
摆杆重心的水平运动、垂直运动，小车水平运动方程分别为：
d2 m 2 ( x l sin ) H dt d2 m 2 l cos V m g dt d2 x M 2 uH dt
y
y x l l
x
图2-7
l cos O u M P mg l V x O u V M H mg l H x
a
b
2.2 机械转动系统建模
yG l cos 为导出系统的运动方程，右图 表示系统的隔离体受力图。摆杆绕 其重心的转动运动方程为：
J Vl sin Hl cos 其中J为摆杆绕重心的转动惯 量
f( t dx m 2 f (t ) B Kx dt dt 在零初始条件下对上式进行拉式变换， 整理可得该隔振系统的传递函数为：
G( s) X ( s) 1 2 F ( s) m s Bs K
图2-1
2.1 机械移动系统建模
整理得系统的传递函数为：
m K P xi B xo
X 0 ( s) Bs K X i (s) m s2 Bs K
2.2 机械转动系统建模
转动更是一种非常常见的机械装置运动形式，如：机床主 轴、飞轮装置等。下面也仅就一些实例说明其建模与分析方法 问题。 例2-4 图2-4所示为扭摆的简化物理模型，假设 K 力矩M直接施加在摆锤上。求系统的传递函数。
图2-5
J L s 2 0 (s) (Bs K )[i (s) 0 (s)]
2.2 机械转动系统建模
哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)
哈工大机电系统智能控制 第一章 概述
1.3 智能控制的理论结构
智能控制的理论结构明显地具有多 学科交叉的特点，许多研究人员试图建 立起智能控制这一新学科，他们提出了 一些有关智能控制系统结构的思想。按 照（傅京孙）和Saridis提出的观点，可 以把智能控制看作是人工智能、自动控 制和运筹学三个主要学科相结合的产物。 称之为三元结构。
1.2 智能控制的特点
具有以知识表示的非数学广义模型 和以数学模型表示的混合过程,也往 往是那些含有复杂性、不完全性、 模糊性或不确定性以及不存在已知 算法的非数学过程，并以知识进行 推理，以启发引导求解过程; 智能控制的核心在高层控制，即组 织级;
1.2 智能控制的特点
智能控制器具有非线性特性; 智能控制具有变结构特点; 智能控制器具有总体自寻优特性; 智能控制系统应能满足多样性目标 的高性能要求; 智能控制是一门边缘交叉学科; 智能控制是一个新兴的研究领域.
1.7 智能控制的发展概述
Saridis在学习控制系统研究的基础上，提出 了分级递阶和智能控制结构，整个结构自上而下 分为组织级、协调级和执行级三个层次，其中执 行级是面向设备参数的基础自动化级，在这一级 不存在结构性的不确定性，可以用常规控制理论 的方法设计。协调级实际上是一个离散事件动态 系统，主要运用运筹学的方法研究。组织级涉及 感知环境和追求目标的高层决策等类似于人类智 能的功能，可以借鉴人工智能的方法来研究。因 此，Saridis将傅京孙关于智能控制是人工智能与 自动控制相结合的提法发展为:智能控制是人工智 能、运筹学和控制系统理论三者的结合。
1.1 智能控制的基本概念
定义三: 智能 控制是一类无 需人的干预就 能够自主地驱 动智能机器实 现其目标的自 动控制，也是 用计算机模拟 人类智能的一 个重要领域。
机电系统计算机控制哈工大课件
1.4 计算机控制系统的一般要求
性能指标（performance specification）
（1）被控对象的最高运行加速度 （2）被控对象的最高运行速度 （3）最低平滑速度
T N .m Pw nrad / s
9.55
Pw nrpm
稳定判据之三： 双线性变换 bode图
稳定裕度（幅值裕度，相位裕度）
0
w0
w
-180°
w
在相角 1800时，如果20 lg G ( s) 0，即G ( jw) 1, 这时开环传递函数G ( s)
U 0 (s) 1, 系统的输出为收敛的。 U i ( s)
1.4 计算机控制系统的一般要求
2 信号采样与Z变换
•计算机控制系统的信号形式 •信号采样与保持 采样信号、采样定理、量化与量化误差、孔径时间、零阶采样保持器 • Z变换 Z变换与差分方程、Z变换定义、性质、常用定理、 方法、 Z反变换的方法、求 解差分方程
课程内容
3 计算机控制系统分析
•脉冲传递函数 开环系统脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数 • 计算机控制系统性能分析 稳定性分析 、稳态误差分析、动态响应分析
机电系统的计算机控制
（28学时 学位课）
主讲：陈维山，董惠娟
教材：机电系统计算机控制 陈维山 赵杰 编著 哈尔滨工业大学出版社
课程基础
1.机电系统参数及动力学基础
performance-dependent mechanical factors: 驱动力、驱动力矩、负载、摩擦力、 摩擦力矩、间隙、刚性、惯性、共振频率、传动比对控制系统的影响，如摩擦对 系统的稳态误差的影响、对系统的稳定性、快速性等动态性能的影响。
哈工大机电一体化课件资料
瞬时输出功率大；过载差； 一旦卡死，会引起烧毁事故； 受外界噪音影响大。
气体压力源压力5~7×MPa； 气源方便、成本低；无泄露而 功率小、体积大、难于小型
气 要求操作人员技术熟练。 压
污染环境；速度快、操作简便。 化；动作不平稳、远距离传 输困难；噪音大；难于伺服。
式
液体压力源压力
输出功率大，速度快、动作平 设备难于小型化；液压源和
形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
33
3. 形状记忆合金特性 集传感、驱动、控制、换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10％以上，而一般金属材料只有0.1％以下 有确定的转变温度 镍~钛 50℃ 在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳 回忆变形500万次不疲劳变形
1932年瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时首次发现形状记忆效应。 1962年美国海军实验室在开发新型舰船材料时，在Ti-Ni合金中发现把直条形的材料加工成弯曲形 状，经加热后它的形状又恢复到原来的直条形。从 此形状记忆合金引起了极大的关注。
32
2.形状记忆合金记忆原理 人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”， 就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条 件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随 之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
34
3. 形状记忆合金的应用 （1）形状记忆合金在航空航天中的应用
35
2. 智能机械手 ➢形状记忆元件具有感温和驱动双重功能，因此可用于制作智能机械手。手指和手腕靠Ti-Ni合金螺旋弹簧的 伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金丝的伸缩实现弯曲动作。各个形状记忆合金元件都由 直接通上的脉宽可调电流加以控制。 ➢这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接 近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。
2018年哈工大机电控制三系统的时域分析石演示课件.ppt
机电系统控制基础
主讲人：石胜君
机电工程学院 2017年9月
课程目录
第1章 绪 论 第2章 系统的数学模型 第3章 系统的时域分析法 第4章 系统的频域分析法 第5章 稳定性及稳态误差分析 第6章 机电控制系统的设计与校正 第7章 计算机控制系统
哈尔滨工业大学 机电工程学院
教学内容
1 Xi(s) s
)
lim
t
xo
(t
)
lim s s0
X o (s)
lim s 1 1 1 s0 s Ts 1
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
1
响应曲线
瞬态响应阶段
稳态响应阶段
调整时间 ts=(3~4)T
哈尔滨工业大学 机电工程学院
s
11 Ts 1 s
1 s
s
1 1/
T
xo
t
L1
Xo
s
1
t
eT
t 0
特点：
t
e T
是瞬态项； 1是稳态项B ( t ).
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
xi (t) 1(t)
xo (t)
cxo (t ) kxo (t ) kxi (t )
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.3 一阶系统的瞬态响应
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.3 一阶系统的瞬态响应
定 义：可用一阶微分方程描述的系统。
微分方程：
T
dx o (t ) +
dt
xo (t ) =
机电控制系统分析与设计课程设计教学大纲
机电控制系统分析与设计课程设计教学大纲课程设计根据《机电控制系统设计与分析》课程的需要,培养学生综合运用所学知识和...根据设计的原理图,进行软件的编写, 要求有汇编语言,高级语言或可编程控制器梯形图...机电控制系统分析与设计课程设计教学大纲课程设计根据《机电控制系统设计与分析》课程的需要,培养学生综合运用所学知识和...根据设计的原理图,进行软件的编写,要求有汇编语言,高级语言或可编程控制器梯形图...课程设计根据《机电控制系统设计与分析》课程的需要,培养学生综合运用所学知识和...根据设计的原理图,进行软件的编写,要求有汇编语言,高级语言或可编程控制器梯形图...《机电控制系统分析与设计课程设计》教学大纲课程编码：08441031课程名称：机电控制系统分析与设计课程设计英文名称：The Course Design of Mechatranics Control System Analyse and Design 学时/学分： 4周 / 4适用对象：机械学院各专业课程类型：学科专业必修课指导教材：《机电控制系统分析与设计课程设计指导书》吉林大学 2006版主要参考书:1．《机电控制系统分析与设计参考资料（PLC）》2．《机电控制系统分析与设计参考资料（微机测控部分）》3．《机电控制系统分析与设计（建模分析部分）参考资料》4.其他参考书先修课程：单片机、PLC、微机测控技术、微机原理与接口技术、机电传动控制、机械测试技术、电工电子技术、执笔人：高春甫一、课程性质、目的与任务：课程设计根据《机电控制系统设计与分析》课程的需要，培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行电气(产品)设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。
2、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。
哈工大自动控制原理设计讲解
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制原理课程设计设计题目：随动系统的校正院系：航天学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014.2哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
目录1、题目要求与分析 (1)1.1题目要求 (1)1.2题目分析 (1)2、人工设计 (1)2.1未校正系统的根轨迹 (1)2.2校正环节 (2)2.2.1 串联迟后校正 (2)2.2.2 串联迟后--超前校正 (4)3、计算机辅助设计 (6)3.1对被控对象仿真 (6)3.2对校正以后的系统仿真 (7)3.2.1 串联迟后校正 (7)3.2.2 串联迟后--超前校正 (8)3.3对校正后闭环系统仿真 (9)3.3.1 串联迟后校正 (9)3.3.2 串联迟后--超前校正 (10)4、校正装置电路图 (11)4.1串联装置原理图 (11)4.2校正环节装置电路 (11)4.2.1 串联迟后校正校正装置电路 (11)4.2.2 串联迟后—超前校正装置电路 (13)5、系统校正前后的nyquist图 (15)5.1系统校正前的nyquist图 (15)5.2系统校正后的nyquist图 (15)5.2.1 串联迟后校正的nyquist图 (15)5.2.2 迟后—超前校正的nyquist图 (16)6、设计总结 (16)7．心得体会 (17)1、题目要求与分析 1.1题目要求（1）、已知控制系统固有传递函数如下： G(s)=)1125.0)(15.0(8++S s s（2）、性能指标要求：a. 输入单位速度信号时，稳态误差e<0.15rad.b. 输入单位阶跃信号时，超调量σρ<35%,调整时间t s <10秒。
c.输入单位阶跃信号时，超调量σρ<25%,调整时间t s <4秒。
哈工大 第二章 机电系统的数学模型 彭高亮9-2
但 是y1 ( t )＋y2 ( t ) x1 ( t )＋x 2 ( t ) 2 〔 〕
为解决非线性带来的问题通常采用局部线性化
哈尔滨工业大学 机电工程学院
2.2 系统的微分方程
二、系统微分方程的建立步骤
a)建立物理模型（包括力学模型、电学模型等），确 定系统或元件的输入量和输出量； b)按照信号的传递顺序，根据各元件或环节所遵循的 有关定律建立各元件或环节的微分方程； c)消去中间变量，得到描述系统输入量和输出量之间 关系的微分方程； d)整理为标准式，将与输出量有关的各项放在方程的 左侧，与输入量有关的各项放在方程的右侧，各阶导 数项按降幂排列。
哈尔滨工业大学 机电工程学院
?
2.2.2 机械系统的微分方程
机械系统中基本物理量的折算
实例: 图(a)为丝杠螺母传动机构，(b)为齿轮齿条传动机构，(c) 为同步齿形带传动机构，求三种传动方式下，负载m折算到 驱动电机轴上的等效转动惯量J
电机输入
m m
电机输入 电机输入
m
（a）
（b）
（c）
电机驱动进给装置
线性定常系统 线性系统 系统 非线性系统
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线性时变系统
2.2 系统的微分方程
线性系统
系统的数学模型能用线性微分方程描述。
线性定常系统： 微分方程的系数为常数
k2 y(t ) k1 y(t ) y(t ) x(t )
线性时变系统：微分方程的某一（些）系数随时间的变化。
2.2.2 机械系统的微分方程
质量—弹簧—阻尼系统各部分基本物理规律： • 质量（块）
y
v(t )
f m (t )
0
m
机电控制系统分析第二章
U 0 ( s) Z 2 ( s) U i ( s) Z1 ( s)
R2 R2 ( R1C1 s 1) 1 R1 C1 s 1 / R1
18
PD校正装置的传递函数也可以改写为
U o (s) Z 2 ( s) Gc ( s) U i (s) Z1 ( s ) ( K p Td s ) P D
30 Cm Ce —电机额定励磁下的转矩系数， N.m/A； π
23
微分方程
L Tl R
— 电枢回路电磁时间常数，s； —系统机电时间常数，s。
定义
GD2 R Tm 375 eCm C
代入，整理得
did ud0 e R(id Tl ) dt
Tm de id idL R dt
式中 idL
TL 为负载电流。 Cm
24
ห้องสมุดไป่ตู้
传递函数
在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得 电压与电流间的传递函数
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) Tl s 1
(1)
电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d (s) I dL (s) Tm s
4
2.1.2 线性系统
如果系统满足叠加原理，则称其为线性 系统。叠加原理说明，两个不同的作用函数 同时作用时，系统的响应等于两个作用函数 单独作用时响应的和。因此，线性系统对几 个输入量同时作用的响应可以一个一个地处 理，然后对响应结果进行叠加。这一原理可 使我们通过一些单解，构造出线性微分方程 的复杂解。在动态系统的实验中，如果输入 和输出量成正比，意味着满足叠加原理，因 而可以把系统看成线性系统。
哈工大自动控制原理课件
本课程提供全面的自动控制原理知识，包括基础概念、系统建模与分析、控 制器设计与实现和系统性能评估等内容。通过探索实践和应用，让学生掌握 知识和技能。
课程介绍
课程目标
了解自动控制原理的基本概念和原理。
重点内容
学习系统建模、控制器设计和系统性能评估的关键要点。
教学方法
采用授课讲解、课堂互动和实验案例分析等多种教学方法。
课程大纲
1. 基础概念 2. 系统建模与分析 3. 控制器设计与实现 4. 系统性能评估
课程资源
教材与参考书
提供课程所需教材和参考书籍。
课程作业和实验
布置具有挑战性的作业和实验项 目。
课程网站和论坛
为学生提供在线学习资源和与同 学交流的平台。
学习成果
知识与技能
通过学习，学生将获得扎实的自动控制原理知识和应用技能。
实践与应用
学生可以将所学知识应用于实际问题的解决和控制系统的设计。
教学方法
1 授课讲解
通过讲解基本概念和原理 验和案例分析
在课堂上进行问答和讨论， 加强学生参与和思考。
通过实验和案例分析加深 学生对知识的理解和应用 能力。
学习策略
1 预习与复习
在课程之前预习和课程之后复习，巩固所学知识。
哈工大自动控制原理课件-第二章
2.1.2 非线性运动方程的线性化
例如，将具有两个自变量x、y的非线性函数在预定工作点(x0， y0)的邻域展开成泰勒级数：
z F（x, y） F（x 0 , y 0）（ F F ） x0 x （ ） x0 y x x x y y0 y y y0
1 2F 2F 2 （ 2 ） x0 (x) （ [ 2 ） x0 xy （ 2 ） x0 (y)2 ] x x x 2 x y y0 ！ xy y y0 y y y0
当系统中的变量对时间的导数不可忽略时，称系统处于动态，相 应的系统称为动态系统或动力学系统，对于动态系统，为了确定 输出量和其他变量，仅仅知道输入量是不够的，还必须知道一组 变量的初始值。 控制理论研究的是动态系统，动态系统数学模型的基础是微分方 程，又称为动态力程或运动方程。
第2章 控制系统的数学模型
数学模型有很多种形式，它们各有特点和最适用的 场所，本章介绍微分方程、传送函数和动态框图。
建立系统数学模型的方法有分析法(又称理论建模)和 实验法(系统辨识)。 分析法是根据系统中各元件所遵循的客观(物理、化 学、生物等)规律和运行机理，列出微分方程式。实 验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录其输 出响应，并用适当的数学模型去逼近。
增量，方程为一个线性增量方程。它是将非线性函数在预定工作 点邻域进行线性化所使用的基本关系式。分析控制系统中的非线 性特性时大都是根据小偏差线性化的概念进行的。
2.1.2 非线性运动方程的线性化
几何意义：以过平衡点（工作点）的切线代替工作点附近 的曲线 y
y0＋y y0 A x y＝f (x) y
0 1(t ) 1
t 0 t 0
由拉氏变换的定义得1(t)的象函数为：
机电控制系统分析与设计大作业安排
机电控制系统分析与设计课程大作业指导书哈尔滨工业大学机电工程学院机电控制及自动化实验室2011年 6 月《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机 双闭环调速系统的设计与仿真1. 设置该大作业的目的在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。
通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。
此外，通过完成本大作业题目，让学生体会反馈校正方法所具有的独特优点：改造受控对象的固有特性，使其满足更高的动态品质指标。
2. 大作业具体内容设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ；两调节器的输出限幅电压为10V；PWM功率变换器的开关频率=f10kHz；放大倍数=K 4.8。
s试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量≤σ5%；i空载起动到额定转速时的转速超调量σ≤ 25%；过渡过程时间=t0.5 s。
s3. 具体要求(1) 计算电流和转速反馈系数；(2) 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果；(3) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(4) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(5) 按工程设计法，详细写出转速环的动态校正过程和设计结果；(6) 编制Matlab程序，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(7) 编制Matlab程序，绘制未经过小参数环节合并近似处理的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线；(8) 建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真；(9) 给出阶跃信号速度输入条件下的转速、电流、转速调节器输出、电流调节器输出过渡过程曲线，分析设计结果与要求指标的符合性；(10) 在布置作业后提交详细书面报告，要求单面打印并在左侧装订。
哈工大 机械系统设计 第二章 机械系统总体设计.ppt
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
1．智力激励法(集思广益法)-2种 智力激励法(集思广益法) (1)智暴法 (1)智暴法 指抓住瞬时的灵敏意识流而得到一些新想法时 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 胡思乱想 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感” 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感”和“顿悟”等一闪念， 顿悟”等一闪念， 就有可能得出解决问题的启示。 就有可能得出解决问题的启示。 (2)集智会法 个人虽具有独创性， (2)集智会法 个人虽具有独创性，但毕竞要受到知识和经验 的局限，因此有一种集数人(5—6 一起的集智会法。 的局限，因此有一种集数人(5 6个)一起的集智会法。这种方法 (5 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。如为了避免 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力， 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力，更便于每个人充 分发表意见，也可采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。 分发表意见，也可采用书面集智的形式， 专家预测法”
10
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。 解决问题。主要有以下几种方法 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (2)抽象类比法 (2)抽象类比法 用抽象反映问题实际的类比方法来扩大思路寻 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法， 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法，可先抽象出开的 概念，列出现有的各种“ 的方法，如打开、撕开、拧开、 概念，列出现有的各种“开”的方法，如打开、撕开、拧开、拉 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比， (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新 的想法和创造性方案的一种方法。 的想法和创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途 径之一。例如， 径之一。例如，飞机构件中的蜂窝结构就是仿生法在技术设计中 的应用实例。 的应用实例。
机电控制系统分析与设计
一、简述题（每小题10分，共100分）1、机电控制系统的基本要求？答：稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）.稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值.对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化.稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务.稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关.快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能.稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标.准确性：用稳态误差来表示.如果在参考书如信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差.显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高. 由于被控对象具体情况的不同,各种系统对上述三方面性能要求的侧重点也有所不同.例如随动系统对快速性和稳态精度的要求较高,而恒值系统一般侧重于稳定性能和抗扰动的能力.在同一个系统中,上述三方面的性能要求通常是相互制约的.例如为了提高系统的动态响应的快速性和稳态精度,就需要增大系统的放大能力,而放大能力的增强,必然促使系统动态性能变差,甚至会使系统变为不稳定.反之,若强调系统动态过程平稳性的要求,系统的放大倍数就应较小,从而导致系统稳态精度的降低和动态过程的缓慢.由此可见,系统动态响应的快速性、高精度与动态稳定性之间是一对矛盾.2、机电控制系统的基本结构？画图说明答：机电控制系统是机电控制技术的具体表现形式，通过控制器并合理选择或设计放大元件、执行元件、检测元件与转换元件、导向与支承元件和传动机构等．使机电装备达到所要求的性能和功能。
机电控制系统是机电一体化产品及系统中承担着控制对象输出，并按照指令规定的规律变化的功能单元，是机电一体化产品及系统的重要组成部分。
机电控制系统是一种自动控制系统。
机电控制系统一般由指令元件，比较、综合与放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等6部分组成，如图1．4所示。
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1.3.1 反馈控制方式.................................................................................................5 1.3.2 开环控制方式.................................................................................................7 1.3.3 复合控制方式.................................................................................................8 1.4 对机电控制系统的基本要求.................................................................................8 第 2 章 机电控制系统的建模与分析...............................................................................10
2.3 机电控制系统的数学模型...................................................................................25 2.3.1 机电控制系统的组成...................................................................................25 2.3.2 系统的动态结构图与传递函数...................................................................28 2.3.3 机电控制系统模型建立...............................................................................29
《机电控制系统分析与设计》讲义
哈尔滨工业大学 二〇一二年五月
正文目录
第 1 章 绪论.........................................................................................................................1
2.5 机电控制系统的频域分析......................................................45 2.5.1 引言...............................................................................................................45 2.5.2 伯德(Bode)图................................................................................................46 2.5.3 用 MATLAB 作伯德图及相对稳定性分析 ................................................49 2.5.4 闭环频域性能指标.......................................................................................51 2.5.5 用 MATLAB 作闭环系统的伯德图 ............................................................52
1.1 机电控制系统的概念和发展概况.........................................................................1 1.1.1 控制的基本概念.............................................................................................1 1.1.2 机械与控制.....................................................................................................2 1.1.3 机电控制系统的发展概况.............................................................................2 1.1.4 机电一体化系统（产品）.............................................................................3
1.2 机电控制系统的一般构成.....................................................................................4 1.3 机电控制系统的基本控制方式.............................................................................5
第 I页
2.4 机电控制系统的时域分析...................................................................................32 2.4.1 引言...............................................................................................................32 2.4.2 机电系统的响应分析...................................................................................32 2.4.3 劳斯稳定判据...............................................................................................39 2.4.4 单位反馈控制系统的稳态误差...................................................................42
第 3 章 机电控制系统测量元件.......................................................................................55
3.1 引言.......................................................................................................................55 3.2 直流测速发电机...................................................................................................55
2.1 引言.......................................................................................................................10 2.1.1 数学模型的简化性和精确性.......................................................................10 2.1.2 线性系统.......................................................................................................10 2.1.3 线性定常系统和线性时变系统...................................................................10 2.1.4 自动控制知识回顾.......................................................................................10 2.1.4.1 拉氏变换 ................................................................................................... 11 2.1.4.2 传递函数 ...................................................................................................13 2.1.4.3 框图 ...........................................................................................................14 2.1.4.4 阻抗分析法 ...............................................................................................14