机械工程控制基础
机械工程控制基础第八版课程标准 杨叔子课程标准
机械工程控制基础第八版课程标准杨叔子课程标准机械工程控制是机械工程领域中至关重要的一个学科，它涉及到机械系统的运动、力学特性以及控制方法等方面。
为了使学生更好地学习和掌握机械工程控制基础知识，我们编写了本《机械工程控制基础第八版课程标准杨叔子课程标准》文档，旨在帮助学生系统地学习机械工程控制的基本概念、原理和应用。
2. 课程目标本课程旨在培养学生对机械工程控制的基本理论和方法的理解与应用能力，具体目标如下：2.1 理解机械系统运动学和动力学的基本原理；2.2 掌握机械系统的模型建立与分析方法；2.3 熟悉机械系统的传感器与执行器的特性及应用；2.4 理解控制系统的基本组成与结构；2.5 学会运用控制理论与方法进行机械系统的控制设计与仿真。
3. 教学内容本课程的教学内容包括以下几个方面：3.1 机械系统的运动学与动力学3.1.1 坐标系与描述方法3.1.2 运动参数的定义与表示3.1.3 运动学分析方法3.1.4 动力学分析方法3.2 机械系统的模型建立与分析3.2.1 机械系统的受力分析3.2.2 机械系统的运动方程建立3.2.3 机械系统的状态空间表示3.3 机械系统的传感器与执行器3.3.1 传感器的分类与原理3.3.2 传感器的特性与应用3.3.3 执行器的分类与原理3.3.4 执行器的特性与应用3.4 控制系统的基本组成与结构3.4.1 反馈控制系统的基本概念3.4.2 控制器的种类与性能指标3.4.3 控制系统的闭环与开环结构3.5 控制理论与方法的应用3.5.1 PID控制器的设计与调节3.5.2 状态空间方法的应用3.5.3 多变量控制系统的设计与分析4. 教学方法为了更好地达到课程目标，我们将采用以下教学方法：4.1 理论讲授：通过教师讲解、演示和案例分析，系统地讲解机械工程控制的基本概念和原理。
4.2 实验演示：通过实验演示，让学生亲自操作和实践，提高对机械系统控制的理解和应用能力。
机械工程控制基础
机械工程控制基础一、控制基础概述控制是指对一种现象或过程进行指定的调节或管理。
在机械工程中，控制是指通过对机械系统中的运动、力学等参数进行监测和调节，以满足特定的工作要求。
机械工程中的控制可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指在控制过程中没有对系统输出进行反馈存储的控制方法，也就是说，输出信号与输入信号之间不存在反馈关系。
这种控制方法不适合对系统精度和稳定性要求较高的场合。
而闭环控制则是在系统输出信号与输入信号之间进行反馈控制，以提高系统的精度和稳定性，使系统能够更好地满足要求。
## 二、控制基础理论控制基础理论主要包括控制对象、控制流程、控制算法、控制器等方面。
其中控制对象是进行控制的主要对象，其性能决定了整个控制系统的性能。
控制流程是指对控制对象进行控制的具体过程。
控制算法是指根据控制流程，运用特定的算法对控制对象进行实时调节，以达到控制要求的方法。
另外，控制器是指控制系统的核心部件，其主要功能是对输入信号进行处理和调节，以使输出信号满足要求。
在机械工程中，常见的控制器有比例控制器、积分控制器和微分控制器等。
三、控制技术的应用控制技术在机械工程中的应用较为广泛，主要应用于机床、起重设备、自动化生产线、机器人等领域。
在机床中，常用的控制技术有数控技术和伺服控制技术。
在起重设备中，常用的控制技术有电控制技术和液压伺服控制技术。
在自动化生产线中，常用的控制技术有PLC控制技术和DCS控制技术。
而在机器人领域，控制技术则是重中之重，常用的技术有轨迹规划控制技术和变形控制技术等。
四、控制工程的发展趋势随着科学技术的不断发展，机械工程控制技术也取得了长足的进步。
现在，智能化、高精度、高速度和高可靠性已成为机械工程控制技术的主要发展方向。
同时，控制工程技术还应紧密地与信息技术、计算机技术、通信技术等相关领域结合，以推动控制工程技术的不断发展。
在未来，随着机器人技术的进一步发展，机器人控制技术也将更加成熟。
02240机械工程控制基础
02240机械工程控制基础第一章绪论1.1控制理论的发展简史（了解）1.2机械工程控制论的研究对象1）机械工程控制理论主要是研究机械工程技术为对象的控制论问题。
2）当系统已经确定，且输出已知而输入未知时，要求确定系统的输入以使输出并根据输出来分析和研究该控制系统的性能，此类问题称为系统分析°3）最优控制制：当系统已经确定，且输出已知而输入已施加但未知时，要求识别系统的输入以使输出尽可能满足给定的最佳要求。
4）滤波与预测问题当系统已经确定，且输出已知，输入已施加当未知时，要求识别系统的输入（控制）或输入中的有关信5）当输入与输出已知而系统结构参数未知时，要求确定系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此类问题及系统辨识。
6）当输入与输出已知而系统尚未构建时，要求设计系统使系统在该输入条件下尽可能符合给定的最佳要求，此类问题即最优设计。
1.3控制系统的系统的基本概念1）信息传递是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递的过程。
2）系统是指完成一定任务的一些部件的组合。
3）制制系统是指系统的可变输出能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的系统。
4）系统分类：按照控制系统的微分方程进行分类分为线性系统、非线性系统。
按照微分方程系数是否随时间变化分为定常系统和时变系统。
按照控制系统传递信号的性质分类分为连续、离散系统。
按照系统中是否存在反馈将系统分为开环控制、闭环控制系统。
5）对控制系统的基本要求有稳定性、快速性、准确性第二章拉普拉斯变换的数学方法2.3典型时间函数的拉式变换（必须牢记）1）单位阶跃函数为，2）单位脉冲函数为，单位脉冲函数具有以下性质3）单位斜坡函数为，L（t）?第三章系统的数学模型....3.1概述1）数学模型概念在控制系统中为研究系统的动态特性而建立的一种模型。
2）建立数学模型的方法有分析法和实验法。
3）线性系统最重要的特性是叠加原理,具体内容是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下的响应之和。
机械工程控制基础试卷及答案
第1页（共9页）《机械工程控制基础》试卷（A 卷）一、填空题（每空1分, 共20分）1.对控制系统的基本要求是 系统的稳定性 、 响应的快速性 、 响应的准确性 。
2.已知f(t)=t+1,对其进行拉氏变换L[f(t)]= 1/s2+1/s 或者（1+s ）/s2 。
3.二阶系统的极点分别为s1=−0.5,s2=−4, 系统增益为2, 则其传递函数G(S)= 2/(s+0.5)(s+_4)4.零频幅值A(0)表示当频率 接近于零时, 闭 环系统输出的幅值与输入幅值之比。
5、工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题, 机械工程控制就是研究系统、输入、输出三者之间的动态关系。
6、系统的频率特性求取有三种方法: 根据系统响应求取、用试验方法求取和将传递函数中的s 换为 jw 来求取。
8、微分环节的控制作用主要有 使输出提前 、 增加系统的阻尼 、 强化噪声 。
9、二阶系统的传递函数为 , 其中 为系统的 无阻尼固有频率 , 当 时为 欠阻尼 系统。
在阻尼比ξ<0.707时, 幅频特性出现峰值, 称谐振峰值, 此时的频率称谐振频率ωr ＝ 。
10、一般称能够用相同形式的数学模型来描述的物理系统成为相似系统。
11.对自动控制系统按照输出变化规律分为自动调节系统、随动系统、程序控制系统。
12.对积分环节而言, 其相频特性∠G(jw)=-900。
二、名词解释（每个4分, 共20分）1.闭环系统: 当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时, 称之为闭环系统。
2、系统稳定性：指系统在干扰作用下偏离平衡位置, 当干扰撤除后, 系统自动回到平衡位置的能力。
3.频率特性: 对于线性定常系统, 若输入为谐波信号, 那么稳态输出一定是同频率的谐波信号, 输出输入的幅值之比及输出输入相位业班级： 姓名： 学号：……………密………………………………封………………………………线…………………………第2页（共9页）之差统称为频率特性。
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
机械控制工程基础
第一章绪论知识结构图知识结构图第一节机械工程控制论的研究对象与任务一、系统及广义系统系统是由相互联系、相互作用的若干部分构成且具有一定运动规律的一个有机整体。
一个较大系统之内可能包括若干个较小的子系统。
不仅系统的各部分之间存在非常紧密的联系，而且，系统与外界之间也存在一定的联系。
系统与外界之间的联系如图1.1.1所示，其中，输入：外界对系统的作用，它包括给定的输入和干扰；输出：系统对外界的作用。
图1.1.1系统及其与外界的联系系统可大可小，可繁可简，甚至可“实”可“虚”，完全由研究的需要而定，通常将它们统称为广义系统。
二、机械工程控制论的研究对象机械工程控制论实质上是研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。
具体地说，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。
三、机械工程控制论的研究任务从系统、输入、输出三者之间的关系出发，根据已知条件与求解问题的不同，机械工程控制论的任务可以分为以下五种：（1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题；（2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题；（3）已知输入和理想输出时，设计系统，即最优设计问题；（4）输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤波与预测问题；（5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数，即系统辨识问题。
第二节系统及其模型一、系统的特性系统具有如下特性：（1）系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统的结构有关；（2）系统的内容比组成系统各元素的内容要丰富得多；（3）系统往往具有表现出在时域、频域或空域等域内的动态特性。
二、机械系统以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载荷为目的的系统，称为机械系统。
对于机械系统，其输入和输出分别称为“激励”和“响应”。
机械工程控制基础教学大纲
机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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机械工程控制基础
机械工程控制基础简介机械工程控制是指对机械设备、系统或过程进行监控和管理的过程。
它涉及到各种控制方法和技术，以确保机械系统的正常运行和性能优化。
本文将介绍机械工程控制的基础知识和常用的控制方法。
1. 控制系统基础控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈回路组成的。
传感器用于检测系统的状态或环境变量，并将其转化为电信号。
执行器根据控制器的指令执行相应的动作。
控制器根据传感器的反馈信号和设定值进行计算和决策，以控制执行器的运动。
反馈回路将执行器的输出信号反馈给控制器，以实现闭环控制。
2. 控制方法2.1 反馈控制反馈控制是一种常用的控制方法，它通过比较系统的实际输出与设定值之间的差异，来调整控制器的输出信号。
反馈控制可以稳定系统并抑制系统的扰动。
2.2 前馈控制前馈控制是指在控制系统中引入一个预测模型，通过预测系统的输出来调整控制器的输出信号。
前馈控制可以提前预测系统的响应，从而更快地抵消外部扰动。
2.3 PID控制PID控制是一种常用的反馈控制方法，它通过比较系统的实际输出与设定值之间的差异，并根据比例、积分和微分三个参数来调整控制器的输出信号。
PID控制可以对系统的静态误差、动态响应和稳定性进行优化。
2.4 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它模拟人的直觉和经验，通过模糊集和模糊规则来描述系统的行为。
模糊控制可以应对非线性、不确定性和模糊性等问题，适用于复杂的控制系统。
2.5 自适应控制自适应控制是一种根据系统的动态变化和参数不确定性来调整控制器的输出信号的方法。
它可以根据系统的反馈信息和模型参数的估计值来自动调整控制器的参数，以适应系统的变化。
3. 控制系统设计控制系统设计是指根据系统的需求和性能指标，选择合适的控制方法和参数，并进行系统模型建立、控制器设计和参数调整的过程。
在控制系统设计中，需要考虑系统的稳定性、鲁棒性、响应速度和控制精度等方面的要求。
4. 控制系统应用机械工程控制广泛应用于各种机械设备和系统中，包括工业生产线、机械加工、自动化生产等。
机械工程控制基础1.基本概念
输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系统的 输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信 号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程 称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
负反馈
Hale Waihona Puke 正反馈l1Q1 Q1
l1
H
l2 Q2 l2 Q2
H
College of Mechanical & Material Engineering
三峡大学机械与材料学院
第一章 基本概念
Part 1.3 控制理论的中心问题 稳定性： 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能 力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输 出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。 稳定性是控制系统正常工作的先决条件。控制系 统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。 稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突 变所产生的惯性滞后作用所导致。 气动伺服实例
College of Mechanical & Material Engineering
三峡大学机械与材料学院
第一章 基本概念
第一章 绪论
本章主要内容: I.1 控制的定义
I.2 系统的工作原理和组成
I.3 控制理论的中心问题
I.4 控制理论基础(Ⅰ)的学习内容
I.5 控制理论的历史发展
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三峡大学机械与材料学院
第一章 基本概念
系统原理方块图
[实质] 检测偏差 纠正偏差。
机械工程控制基础 第1章
反馈控制系统
• 反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。 所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行 控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间 的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈 控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路， 也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成 一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控 制系统。
1.4 系统的几种分类及对控制系统的基本要求
补充：系统方框图的绘制
几个定义
控制：通过对一定对象实施一定的操作，以使 其按照预定的规律运动或变化的过程。
温度计
加热电阻丝
调压器
~220V
人工控制的恒温箱
对象定义
对象 是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合 在一起的，其作用是完成一个特定的动作．我们称任 何被控物体 ( 如加热炉，化学反应器或宇宙飞船 ) 为对 象。
动态模型在一定的条件下可以转换成静态模型。
静态模型和动态模型分析示例——机器隔振系统
F(t) F(t) x(t)
机器 隔振垫
m N(t)
m k c
x(t)
y(t)
y(t)
F(t)：外力，即激励 N(t)：隔振垫对机器的支反力 y(t)：地基的位移，亦可作激励 x(t)：机器的位移，即响应
若以机器m为隔离体，以F(t) 为激励(不考虑y(t))，以位 移x(t)为响应，应用牛顿第二定律列出该系统的动力学方 程为：
外界作用:输入f(t) (t ) cy (t ) ky(t ) f (t ) my
(1.1.1)
y(0) y0 (0) y 0 y
外界作用:输入x(t)
初始状态
(t ) cy (t ) ky(t ) cx (t ) kx(t ) my
机械工程控制基础ppt课件
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
五、本课程参考书
杨叔子主编 版社
朱骥北主编 胡寿松主编 董景新编著
王积伟编著
《机械工程控制基础》
《机械控制工程基础》 《自动控制原理》 《控制工程基础》 《控制工程基础》
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
机械设计制造(教材)
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
绪论 拉普拉斯变换的数学方法 系统的数学模型 系统的瞬态响应与误差分析 系统的频率特性 系统的稳定性分析 机械工程控制系统的校正与设计
二、控制理论的发展
控制理论发展大体可分三个阶段： 第一阶段： 20世纪40～50年代为经典控制论发展时期。经
典控制论的内容是以微分方程、传递函数为基 础，主要研究单输入、单输出控制系统的分析 和设计问题，对线性定常系统，这种方法是成 熟而有效的。
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为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
实现控制的三个基本步骤
•不论采用人工控制还是自动控制都具有以下的共同点： •一是要检测被控制量的实际值； •二是被控制量的实际值要与给定值进行比较得出 偏差值； •三是要用偏差值产生控制调节作用再去消除偏差。
• 总结：检测偏差，消除偏差
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为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
机械控制工程基础第一章
(a)
(b)
(m p2cpk)y(t)f(t) (m p 2 c p k )y (t) (c p k )x (t)
初始状态：
y(0)y , 0
.
.
y(0) y0
系统固有特性： mp2 cpk
外界作用： f (t) , x(t)
与外界的关系： 1, cpk
初始状态、系统 固有特性、外界 作用、与外界的 关系等四大因素 决定系统响应
机械工程控制基础
教材：
杨叔子等,机械工程控制基础,华中科技大学出版社,(第六 版),2011
参考文献：
1.胡寿松等,自动控制原理,科学出版社,(第五版),2009. 2.李友善.自动控制原理,国防工业出版社,2010. 3.陈康宁.机械工程控制基础.西安交通大学出版社.2005. 4.Matlab使用手册
二、机械工程控制论研究对象与任务
2. 系统的动力学问题 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。 研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。
二、机械工程控制论研究对象与任务
系统的输出： y ( t )
研究任务
➢ 系统分析问题：已知系统和输入，求输出（或响应），并 通过响应来研究系统本身的问题。
➢ 最优控制问题：已知系统和理想输出，求最优输入，使实 际输出满足要求。
➢ 最优设计问题：已知输入，设计系统，使输出满足要求。 ➢ 滤波与预测问题：设计或选择合适的系统，以便由输出识
稳定性好，则系统恢复平衡状态的能力强 系统的快速性
快速性好，则消除偏差快，或调整时间短。
机械工程控制基础
机械工程控制基础机械工程控制基础是研究机械系统在各种输入信号作用下的运动规律，以及如何通过控制手段使机械系统实现预定运动或操作目标的学科。
它是机械工程领域中一门重要的基础课程，涵盖了机械系统建模、控制器设计、系统稳定性分析、控制策略优化等方面的内容。
机械工程控制基础的核心思想是通过数学模型来描述机械系统的动态行为，并通过控制器的设计来调整系统的输入信号，使其输出满足特定的要求。
这个过程需要考虑系统的非线性、时变性、不确定性等因素，并采用合适的控制算法来实现对系统的精确控制。
在机械工程控制基础中，常见的控制方法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制、滑模控制等。
这些控制方法各有优缺点，适用于不同类型的机械系统。
选择合适的控制方法需要考虑系统的特性、控制目标以及控制器的实现难度等因素。
机械工程控制基础还涉及到系统稳定性分析。
稳定性是衡量控制系统性能的重要指标，它决定了系统在受到扰动或输入信号变化时是否能够保持稳定运行。
稳定性分析的方法包括李雅普诺夫稳定性理论、频率域分析等。
在实际应用中，机械工程控制基础的知识可以应用于各种机械系统的控制，如、汽车、飞机、船舶等。
通过对机械系统进行精确控制，可以提高系统的性能、可靠性和安全性，满足各种工业和日常生活的需求。
机械工程控制基础是一门研究机械系统控制和稳定性的学科，它为机械工程师提供了理论和方法，使他们能够设计和实现各种复杂的作具有重要意义。
机械工程控制基础机械工程控制基础是研究机械系统在各种输入信号作用下的运动规律，以及如何通过控制手段使机械系统实现预定运动或操作目标的学科。
它是机械工程领域中一门重要的基础课程，涵盖了机械系统建模、控制器设计、系统稳定性分析、控制策略优化等方面的内容。
在机械工程控制基础中，我们不仅要关注机械系统的静态性能，还要关注其动态性能。
静态性能主要指系统在平衡状态下的性能，如静态误差、稳态误差等；而动态性能则关注系统在受到扰动或输入信号变化时的响应特性，如过渡过程时间、超调量等。
机械工程控制基础
对控制系统，可从不同的角度加以分类。 2. 按输出量的变化规律 自动调节系统（恒值系统） 系统的输出保持常量。 如：前例中的离心调速系统，恒温箱、液面控制等。 此类系统同时也是闭环系统。 随动系统 系统的输出相应于输入按任意规律变化。 如：炮瞄雷达系统，仿形加工等。 此类系统同时也是闭环系统。 程序控制系统 系统的输出按预定程序变化。 如：数控机床，全自动洗衣机等。 此类系统可以是开环系统，也可以是闭环系统。
动力学方程：
d 2 y(t ) dy(t ) m c ky(t ) f (t ) 2 dt dt d 2 y(t ) dy(t ) 或 m f (t ) c ky(t ) 2 dt dt
信息交互（反馈）：
m-c-k 单自由度系统
系统本身信息传输与交换
外反馈（反馈控制）： 相对于被控对象而 言，由附加的反馈 控制装置引起的信 息交互。
控制论方法：
控制论：既是一门技术学科，又是一种技术哲学和 一种科学方法论。 控制论强调：
所研究的对象是一个“系统”； 系统在不断地“运动”(经历动态历程，包括内部状态 和外部行为；
产生运动的根据是“内因”(系统的固有特性)。 信息传递与交互 元素间的相互作用
状态变化 动态历程
控制论实质上研究的是广义的系统动力学，其核心 是系统内部以及系统与外界环境的信息交互、传递 和反馈。
例：弹簧—质量—阻尼单自由度系统
（同一系统，不同的外界作用）
动力学方程：
系统（a）
2
(mp cp k)y(t) f(t)
(mp2 cp k)y(t) (cp k ) x(t )
系统（b）
初始状态： y (0) y0 ， y(0) y 0 系统的固有特性：mp
专业认证大纲参考机械控制工程基础
机械控制工程基础教学大纲课程名称：机械控制工程基础英文名称：Mechanical control Engineering课程编号：05课程性质：必修学分/学时：40;其中,讲授 34学时,实验 6学时,上机 0学时,实训 0学时;课程负责人：唐宏宾先修课程：高等数学、大学物理、电工与电子技术、理论力学一、课程目标机械控制工程基础主要介绍经典控制理论的基本概念、基本原理、基本分析方法、工程设计方法及控制理论在机械工程中的应用;本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识,也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础;通过本课程的学习,达到以下教学目标：1.工程知识掌握必要的机械控制工程理论知识;能够应用械控制工程理论知识解决复杂工程技术问题;2.问题分析能够理解并恰当表述机械控制工程实际问题;能够找到合适的解决机械控制工程实际问题的程序与方法;在一定的限制条件下能够合理解决机械控制工程实际问题;3.设计/开发解决方案能够运用机械控制工程理论知识进行产品规划与设计并体现创新意识;4.研究能够采用机械控制工程理论知识进行研究并合理设计实验方案;5.使用现代工具能够有效使用MATLAB软件对机械控制工程实际问题进行模拟、分析与预测;二、课程内容及学时分配如表1所示;三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施;本课程将以“机械控制系统建模及性能分析”为主线,主要介绍机械控制系统建模及性能分析的相关知识,重点培养学生应用机械控制工程理论知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力;表1 机械控制工程基础课程内容及学时分配本课程采用国家“十二五”规划教材,结合学生个性特点,因材施教;本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料,调动学习积极性,提高教学效率;本课程课堂教学流程如图1所示;图1 机械控制工程基础课堂教学流程本课程安排5次课外作业：1.控制系统的数学模型2.控制系统的时域分析3.控制系统的频率特性分析4.控制系统的稳定性分析5.控制系统的误差分析四、考核内容及考核方式1.考核内容1机械控制工程理论基本概念的理解和掌握;如反馈、快速性、稳定性、准确性、传递函数、频率特性、校正设计等;2控制系统数学模型微分方程、传递函数、频率特性的建立方法;3求取复杂控制系统方块图传递函数的方法;4控制系统的时域分析方法及时域性能指标的求取;5控制系统的频域分析方法及开环奈氏图、波德图的画法;6应用劳斯判据、奈氏判据、波德判据判断控制系统的稳定性;7控制系统稳误差的计算;8常用的校正设计方法;2.考核方式期末考试+平时成绩+实验成绩;其中：期末考试占总成绩80%,采用闭卷考试；平时成绩占总成绩10%,根据出勤、作业、质疑、课堂讨论等情况评定；实验成绩占总成绩10%,根据实验态度、实验方案、实验技能、实验报告等进行评定;五、教材与主要参考书1.推荐教材1 王显正．控制理论基础第二版 M．北京：科学出版社,20082 韩柳．机械控制工程基础实验教程M．北京：国防工业出版社,20102.主要参考书1 杨叔子．机械工程控制基础M．华中科技大学出版社,20072 王益群. 控制工程基础M．北京：机械工业出版社,20083 王仲民．机械工程控制基础M．北京：国防工业出版社,2010六、附课程教学目标—毕业要求关系表如表2所示;表2 机械控制工程基础课程教学目标—毕业要求关系表注：表中“H高、M中、L弱”表示课程与各项毕业要求的关联度;。
机械控制工程基础
机械控制工程基础机械控制工程基础是机械工程中很重要的一个分支，它的主要目的是通过控制技术来实现机械系统中各种运动、位置和力量等参数的控制。
在机械系统中，控制是必不可少的，因为控制能够帮助机械系统按照既定的规划和要求运作，从而实现高效生产。
本篇文档将对机械控制工程基础的相关知识进行简单介绍。
机械控制工程基础概述机械控制工程基础是应用电子技术、计算机技术、信息技术和控制技术等知识对机械设备进行控制的技术系统。
它是将传感器、执行机构、控制电路等组成合理的控制系统来实现机械设备的各种控制和监测功能的一门技术学科。
机械控制工程基础是包括机械系统控制的各种领域，例如传感技术、控制策略、控制器、单片机和电机控制等。
机械控制工程的学习主要包括以下三个方面：1.了解机械系统中各种控制器的工作原理和结构，熟悉控制技术的方法和应用。
2.了解或学习仪表、传感器和执行机构等的基本原理、调整与维护技术，理解它们对机械系统的控制有着重要的作用。
3.熟悉数字电路与模拟电路的基本特征和分类，掌握单片机技术的基础知识以及编程和操作技术。
机械控制系统的结构机械控制系统由数个功能模块组成，包括传感器、执行机构、控制器和输入/输出设备等组成。
在机械控制系统中，传感器接收和测量被控量，执行机构接受控制信号，并进行动作以控制被控制量的值。
机械控制系统中的控制器主要是利用信号处理和控制方法来进行被控量的控制和监测。
输入和输出设备用于与人机交互，有利于机械控制系统的控制和调整。
机械控制系统的结构可以简单分为以下几个部分：1.传感器模块：用于检测物理量，将物理量转换成电信号或非电信号。
2.控制器模块：用于控制执行机构来改变被控量的状态。
3.执行机构模块：用于控制和实现被控制量的变化和运动。
4.供电系统模块：提供能量和电源，保证机械控制系统正常的工作。
5.输入与输出模块：用于控制设备与人机交互，方便调试和控制。
机械传感技术传感器是机械控制系统的重要部分，它负责收集各种机械量、力学物理量、化学物理量等的数据，并将其转化为可读的电信号或非电信号。
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第一章
自动控制，指的是在没有人直接参与的情况下，利用控制器自动调节和控制机器设备或生产过程(统称为被控对象)的工作状态、使之保持不变或按预定规律变化的一种技术.
自动控制理论自动控制理论自动控制理论自动控制理论作为一门独立的学科，根据发展阶段的特点，这一理论体系可分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三大部分三大部分三大部分三大部分。
自动控制的基本控制方式自动控制的基本控制方式自动控制的基本控制方式自动控制的基本控制方式有三种，即开环控制、闭环控制、复合控制.。
复合控制系统复合控制系统复合控制系统复合控制系统是在闭环控制系统的基础上再附加一条开环控制通路而形成的一种控制系统。
什么是开环控制什么是开环控制什么是开环控制什么是开环控制、、、、闭环控制和复合控制闭环控制和复合控制闭环控制和复合控制闭环控制和复合控制？
1.1.1.1.信号的传递是单方向的，只存在输入端对输出端的顺向作用，而没有输出端对输入端的反作用，这样的控制称为开环控制，相应的系统称为开环控制系统。
2.2.2.2.信号的传递不再是单方向的，而是从输入端传输到输出端，又从输出端传输到输入端，形成了一个封闭的环链，这样的控制称为闭环控制，相应的系统称为闭环控制系统。
3.3.3.3.复合控制系统是在闭环控制系统的基础上再附加一条开环控制通路而形成的一种控制系统。
控制系统有哪些基本组成元件控制系统有哪些基本组成元件控制系统有哪些基本组成元件控制系统有哪些基本组成元件？
输入元件(又称给定元件), 反馈元件, 比较元件, 放大变换元件, 执行元件, 被控对象, 校正元件(又称校正装置)在工程实际中，比较元件、放大元件及校正元件常常合并在一起形成一个装置，这样的装置称为控制元件或控制器。
按输入信号的运动规律来分类，控制系统可分为以下控制系统可分为以下控制系统可分为以下控制系统可分为以下 3 种类型种类型种类型种类型: 1. 恒值控制系统(又称自动调节系统) 2. 程序控制系统3. 随动控制系统(又称自动跟踪系统）
第二章
控制系统的数学模型就是用来描述系统内部物理量间相互关系的数学表达式，是物理模型的数学描述，或系统特性的数学表示形式。
建立系统数学模型的方法有分析法和实验法两种
第三章
1系统稳定的充分必要条件是:系统的所有极点都在复平面[s]的左半部。
只要有一个极点位于[s]的右半部，那么系统就不稳定，如果系统的一个或几个极点位于[s]的虚轴上，其余极点都位于[s]的左半部，那么系统就处于临界稳定，所示。
由此可见，系统的稳定性只与系统的极点分布位置有关，而系统的极点又只与系统本身的结构和参数有关，反映了系统本身的固有属性。
2.系统的稳定性只取决于系统特征根实部的正负号而不论系统有没有重特征根。
3实际的控制系统，除了具有良好的稳定性外，还必须具有较快的响应速度。
5稳态误差的大小事衡量系统稳态品质的一个重要指标，标志着系统准确性和控制精度的高低。
6在实际中，通常直接把偏差当误差。
7.Tr Tp反映的是瞬态响应速度的快慢，它们的值越小，系统瞬态响应速度就越快；反之，其值越大，瞬态响应速度就越慢。
第四章
1.开环系统的对数频率特性等于其组成环节的对数频率特性的叠加。
2.凡是在【s】右半部没有零点和极点的传递函数称为最小相位传递函数，由最小相位传递函数所描述的系统（或单元）称为最小相位系统，反之，凡是在【S】右半部有零点或极点的传递函数称为非最小相位传递函数，由非最小相位传递函数所描述的系统称为非最小相位传递系统。
第五章
1.系统综合简单地说就是系统构造，其任务是寻求满足设计指标要求的控制规律和能提供这种规律的元件，以便在理论上构造出一个在物理上能实现的控制系统。
2.系统校正指的是系统的修正，其任务是在已定的系统基本组成结构(称为不可变部分或固有部分)的基础上，通过调整结构参数或以某种方式加入一些新元件(即校正元件)来改变系统的参数或结构，使修正后的系统符合设计指标要求。
3.通常把系统综合与系统校正合并称为系统的综合与校正。
4.系统综合与系统校正的过程是一个不断完善、逐步逼近的过程，其最终目的是构造一个符合给定设计指标要求的控制系统。
5.系统设计指标：在进行系统综合时，首先要系统稳定性、响应速度、稳态精度等品质特性提出量化指标要求，这些具体的量化指标要求是系统设计的依据和技术约束条件，称为设计指标。
6.系统校正的任务一是选择校正方式，二是选择校正装置。
校正方式常用的系统校正方式有三种，即串联校正、反馈(并联)校正和顺馈(前馈)校正。
串联校正是把校正装置串接在系统前向通路中的一种校正方式,，反馈(并联)校正是把校正装置并联置于主反馈回路内部、形成局部反馈校正回路的一种校正方式，顺馈(前馈)校正是在主反馈回路之外，在给定信号(控制信号)与主反馈信号引出点之前，顺着前向通路方向引入校正装置，形成另一开环控制通路的一种校正方式。
7.选择校正装置校正装置校正装置校正装置的方法有两种，一是分析法，二是综合。
8.比例p控制律,用比例控制律来进行系统校正，可提高系统的开环增益，从而可提高系统的控制精度，但同时会使统的稳定性裕量减小，甚至可能导致系统失去稳定。
因此，比例控制律一般不单独使用。
9.比例微分（PD）控制律, 用PD控制律进行系统校正，可有效改善系统的动态性能, 校正作用使不稳定系统变为稳定系统，增益交界频率也比校正前增大。
10.积分（III）控制律,用I控制律进行系统校正，可提高系统的无差度，从而可消除或减小稳态误差，改善系统的稳态性能，但同时也给系统增加了一个开环0极点，使系统开环产生的相位滞后量，从而将导致相位裕量减小，相对稳定性下降。
11. 串联超前校正是把超前校正装置串接于未校正系统前向通路低功率部位的一种校正方案。
12. 超前校正装置是相频特性值为正的一种校正装置，其输出量的相位超前于输入量的相位，按照对信号有无增益作用，分为有源和无源两种类型。
第六章
1.离散控制系统有采样控制系统和数数字控制系统两种类型。
连续模拟信号--离散数字信号（A/D）离散数字信号--连续模拟信号（D/A）
2.香农采样定理提出并证明了采样频率的取值原则最高频率Wmax,采样频率Ws>=2Wmax.
3.保持器用来把采样信号转换成连续信号的一种信号转换装置系统动态特性不能用微分方程来描述，只能用差分方程。
4.与连续控制系统相比，离散控制系统有如下优：(1) 校正作用由计算机软件实现，可随时随意修改校正作用，校正效果既好又灵活。
(2) 数字信号的传递可有效抑制噪声，从而可有效提高系统的抗干扰能力。
(3) 可采用一台计算机分时控制几个系统，可有效提高设备利用率和经济效益。
(4) 可采用光栅、码盘、磁栅等高灵敏度元件来提高系统的灵敏度。