机械工程控制基础系统校正
机械工程控制基础实验指导书
《机械工程控制基础》实验指导书青岛科技大学前言机械工程控制基础是针对过程装备与控制工程专业而开设的一门专业基础课，主要讲解自动控制原理的主要内容，是一门理论性较强的课程，为了帮助学生学好这门课，能够更好的理解理论知识，在课堂教学的基础上增加了该实验环节。
《机械工程控制基础》实验指导书共编写了4个实验，有实验一、典型环节模拟研究实验二、典型系统动态性能和稳定性分析实验三、控制系统的频率特性分析实验四、调节器参数对系统调节质量的影响《机械工程控制基础》实验指导书的编写主要依据“控制工程基础”教材的内容，结合本课程教学大纲的要求进行编写。
利用计算机和MATLAB程序完成实验。
注：1）每个实验的实验报告均由5部分组成，最后一部分“实验数据分析”或“思考题”必须写。
2）每个实验所记录的图形均需标出横轴和纵轴上的关键坐标点。
目录实验一典型环节模拟研究 (4)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (7)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验三控制系统的频率特性分析 (9)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验四调节器参数对系统调节质量的影响 (11)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求附录一：MATLAB6.5的使用 (13)实验一典型环节模拟研究一、实验目的1．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线2．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求1．观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线2．观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响，测试并记录相应的曲线三、实验原理1．惯性环节（一阶环节），如图1-1所示。
(a) 只观测输出曲线(b) 可观测输入、输出两条曲线图1-1 惯性环节原理图2．二阶环节，如图1-2所示。
或图1-2 二阶环节原理图3．积分环节，如图1-3所示。
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
机械工程控制基础机械工程控制基础是机械工程中非常重要的一部分，涉及到机械工程中各种机器的控制、调整和维护等问题。
机械工程控制基础也包括了机械设计、机械加工和机械维护等方面的知识。
下面将从基础概念、控制系统组成、控制模式和控制环节四个方面来介绍机械工程控制基础。
一、基础概念机械工程控制是通过对机器、设备和系统的控制和调节，使其满足特定的工作要求，保证设备稳定运行，并能对设备的使用进行优化，提高生产效率。
机械工程控制的关键技术是使用电子、仪表和计算机等技术手段，对机械设备和系统进行控制和优化。
二、控制系统组成机械工程控制系统通常由三个部分组成：检测部件、执行部件和控制部件。
1. 检测部件是用来检测控制对象运行状态的传感器和检测器等，如温度传感器、压力传感器、速度检测器等。
2. 执行部件是用来控制控制对象的执行器和驱动器等，如电动机、气缸、伺服电机等。
3. 控制部件则是用来处理检测到的数据，计算出控制指令并送到执行部件，实现对控制对象的控制。
三、控制模式机械工程控制模式通常有三种：开环控制、闭环控制和单自由度控制。
1. 开环控制是一种没有反馈控制的控制方法，控制信号只由输入端产生，不考虑输出端的反馈对控制信号的影响。
开环控制适用于对输出准确性要求不高、对象本身有稳定性和协调性的机械系统。
2. 闭环控制是一种有反馈控制的控制方法，通过检测目标物理量，将实际控制量与给定控制量进行比较，产生偏差，再依照比例、积分、微分控制等方法来调整控制量。
闭环控制适用于对输出准确性要求较高、对象自身性质不稳定、环境变化大或对干扰敏感的机械系统。
3. 单自由度控制是一种对单个目标变量进行控制的控制方式，通过测量系统的某个关键物理量进行控制。
单自由度控制适用于只需要对单个变量进行控制，如升降台、旋转台等。
四、控制环节机械工程控制环节主要有以下几个：1. 检测和传感器：检测和传感器是机械控制中非常重要的一环，它可以实时监测装置的工作情况以及运行时的状态，对于数据的采集、分析和处理等过程起到了很关键的作用。
(完整word版)《机械工程控制基础》教案
《机械工程控制基础》教案学时分配总学时：32学时授课学时：28学时实验：4学时。
基础课程先修课:大学物理、理论力学、工程数学、电工学、高等数学、机械原理。
课程性质《机械工程控制基础》是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要的技术基础课，在整个教学计划中，以主干课程的角色,起着承上启下的作用，具有十分重要的地位。
本课程是一门专业基础理论课程，详述了研究对象的建模方法、系统响应分析方法,系统介绍了单输入单输出线性定常系统的时域性能分析、频域性能分析、系统的稳定性分析方法，介绍系统性能校正方法，为《机电一体化系统设计》、《机电传动控制》、《计算机控制技术》等机械电子工程专业的后续课程打下基础。
课程的主要任务通过本课程的学习，使学生掌握经典控制理论的基本概念和基础知识，掌握机械工程中的研究对象的建模方法；掌握一阶、二阶系统的时域性能分析和频域性能分析方法;能熟练地根据Nyquist图、Bode图判断系统的稳定性；掌握系统性能校正方法；使学生能分析系统的性能,能改进或设计简单的控制系统。
第一次课第1章绪论1.1机械控制基础的研究对象、课程的基本任务、控制系统的基本要求一、机械控制基础的研究对象 : 系统、输入、输出1、自动控制系统基本组成系统输出指控制系统所要控制的物理量，表征对象或过程的状态的特性。
2、典型闭环控制系统的框图的构成输入信号输出量给定值偏差控制器执行机构被控对象-测量变送器给定环节：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。
测量环节：测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化成与输入量相同。
比较环节：比较系统的输入量和主反馈信号，并给出两者之间的偏差。
放大环节：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。
执行环节：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，操作系统的输出量，使之按照输入量的变化规律而变化。
二、课程的基本任务研究系统、输入、输出之间的动态关系三、控制系统的基本要求：稳、快、准1.2 控制理论的研究内容、发展、应用、学习方法。
《机械工程控制基础》课后答案.pdf
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉普拉斯变换的基本定理
第四节 拉普拉斯逆变换
第四章 传递函数
第一节 传递函数的概念与性质
第二节 线性控制系统的典型环节
第三节 系统框图及其运算
第四节 多变量系统的传递函数
第五章 时间响应分析
第一节 概述
第二节 单位脉冲输入的时间响应
第三节 单位阶跃输入的时间响应
第四节 高阶系统时间响应
X(t)=0
其它
X(t)
一 AT
0
t
图8
脉冲函数的强度为 A，即图形面积。 单位脉冲函数（δ 函数）定义为 δ(t)= d 1(t)
dt
性质有: δ(t)=0 t≠0
δ(t)=∞ t＝0
且
(t)dt = 1
−
5
X(t)
δ(t)
0
t
图9
强度为 A 的脉冲函数 x(t)也可写为 x(
t)=Aδ(t) 必须指出，脉冲函数 δ(t)在现实中是不存在的，它只有数学上的意
第六章
频率响应分析
第一节 谐和输入系统的定态响应
第二节 频率特性极坐标图
第三节 频率特性的对数坐标图
第四节 由频率特性的实验曲线求系统传递函数
第七章
控制系统的稳定性
第一节 稳定性概念
第二节 劳斯判据
第三节 乃奎斯特判据
第四节 对数坐标图的稳定性判据
第八章
控制系统的偏差
第一节 控制系统的偏差概念
1
第二节 输入引起的定态偏差 第三节 输入引起的动态偏差 第九章 控制系统的设计和校正 第一节 综述 第二节 希望对数幅频特性曲线的绘制 第三节 校正方法与校正环节 第四节 控制系统的增益调整 第五节 控制系统的串联校正 第六节 控制系统的局部反馈校正 第七节 控制系统的顺馈校正
机械工程控制基础-第一章
主要教学环节
课堂教学 紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解 题方法和技巧。
习题 独立完成作业，按时交作业。
课外补充 复习：复变函数Laplace变换 自学：Matlab编程。
教学形式: 课堂上，多媒体授课为主，板书为辅； 学习模式：预习－>听课－>复习(作业等形式) 希望和要求:
教师严谨治学 学生积极配合
程序控制系统。特点：系统输 入量按预定程序变化。
4、按系统内部传输信号的性质来分
连续系统，各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟 量，可用微分方程来描述各部分输入-输出关系的系统。
离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数码形式传 递的系统。 离散系统也有线性离散系统和非线性离散系统、 定常离散系统和时变离散系统之分。
反馈信号：输出信号经反馈元件变换后加到输入端的信号称
反馈信号；
偏差信号：输入信号与主反馈信号之差； 误差信号：输出量实际值与希望值之差； 扰动信号：偶然的无法加以人为控制的信号；
反馈控制系统的组成、名词术语和定义 (2)
参考(给定)输入r: 输入到控制系统中的指令信号；
(主)反馈b: 与输出成正比或某种函数关系且与参考 输入量纲相同的反馈信号；
生物系统等。 3. 按系统功能：温度、压力、位置、速度 4. 按系统性能：线性与非线性、定常与时变 5. 按输入信号变化规律：恒值、随动、程序控制 6. 按系统内部传输信号的性质：连续与离散 7. 按输入、输出信号的数目：单输入-单输出系统与多输入-多输出系统
1、按反馈情况
自动控制系统有三种基本控制方式：开环控制方式、闭环控制 方式（反馈控制方式）和复合控制方式，它们都有其各自的特点和 不同的使用场合。其中闭环控制方式是自动控制系统最基本的控制 方式,也是应用最广泛的一种控制方式。
机械工程控制基础简答题答案（1）[1]
![机械工程控制基础简答题答案（1）[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/919e49b00129bd64783e0912a216147917117e0f.png)
机械⼯程控制基础简答题答案（1）[1]1.何谓控制系统，开环系统与闭环系统有哪些区别？答：控制系统是指系统的输出，能按照要求的参考输⼊或控制输⼊进⾏调节的。
开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不⽤测量；闭环系统有反馈、控制精度⾼、结构复杂、设计时需要校核稳定性。
2.什么叫相位裕量？什么叫幅值裕量？答：相位裕量是指在乃奎斯特图上，从原点到乃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。
幅值裕量是指在乃奎斯特图上，乃奎斯特图与负实轴交点处幅值的倒数。
3.试写出PID控制器的传递函数？答：G C(s)=K P+K Ds+K I/s4,什么叫校正（或补偿）？答：所谓校正（或称补偿），就是指在系统中增加新的环节或改变某些参数，以改善系统性能的⽅法。
5.请简述顺馈校正的特点答：顺馈校正的特点是在⼲扰引起误差之前就对它进⾏近似补偿，以便及时消除⼲扰的影响。
6.传函的主要特点有哪些？答：（1）传递函数反映系统本⾝的动态特性，只与本⾝参数和结构有关，与外界输⼊⽆关；（2）对于物理可实现系统，传递函数分母中s的阶数必不少于分⼦中s的阶数；（3）传递函数不说明系统的物理结构，不同的物理结构系统，只要他们的动态特性相同，其传递函数相同。
7.设系统的特征⽅程式为4s4+6s3+5s2+3s+6=0，试判断系统系统的稳定性。
答：各项系数为正，且不为零，满⾜稳定的必要条件。
列出劳斯数列：s4 4s3 6 3s2 3 6s1 -25/3s0 6所以第⼀列有符号变化，该系统不稳定。
8.机械控制⼯程主要研究并解决的问题是什么？答：（1）当系统已定，并且输⼊知道时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本⾝的有关问题，即系统分析。
（2）当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输⼊应使输出尽可能符合给定的最佳要求，即系统的最佳控制。
（3）当输⼊已知，且输出也是给定时，确定系统应使得输出⾦肯符合给定的最佳要求，此即最优设计。
《机械控制工程基础》课程教学大纲
《机械控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：MACH4008012．课程体系 / 类别：专业类/专业核心课3．学时 /学分：56学时/ 3学分4．先修课程：高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计5．适用专业：机械大类专业（包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）二、课程目标及学生应达到的能力《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。
旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。
本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式，使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能；具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术，支撑毕业要求中的相应指标点。
课程目标及能力要求具体如下：课程目标 1. 掌握机械控制系统的基本概念和组成原理，具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。
（毕业要求中的第 1）课程目标 2. 培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真，能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。
（毕业要求中的第 2 、4）课程目标 3. 初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势。
培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究的能力。
机械工程控制基础控制系统的误差分析和计算
12
对单位阶跃输入，稳态误差为
ess
lim
s0
s 1
G
1
s
H (s)
1 s
1
G
1
0 H (0)
静态位置误差系数的定义：
Kp
lim G
s0
s
H (s)
G
0 H (0)
则
ess
1 1 Kp
13
对0型系统
Gs
K 1s 1 2s 1 T1s 1 T2s 1
Kp
lim
s0
K0 t1s 1t2s 1L T1s 1T2s 1L
Gs
K 1s 1 2s 1 T1s 1 T2s 1
Kv
lim
s0
s
K 1s 1 2s 1 T1s 1 T2s 1
0
16
对I型系统
Gs
K 1s 1 2s 1 s T1s 1 T2s 1
Kv
lim
s0
s
K 1s 1 2s 1 s T1s 1 T2s 1
K1
对II型系统
Gs
K 1s 1 2s 1 s2 T1s 1 T2s 1
ε(s) =Xi(s) - Y(s) Y(s)=H(s)Xo(s)
(s) 1
H (s)
p202
Xi (s)
X oi (s)
(s)
(s)
G1 ( s )
N(s)
＋ G2 (s)
Y (s)
H (s)
E(s)
1 H (s)
Xi (s)
X o (s)
ε(s) =Xi(s) - H(s)Xo(s)
1 (s)
t
s0
2. 利用终值定理计算系统的稳态误差：
机械工程控制基础 第五章 系统的稳定性
相对稳定性
根据根轨迹，我们知道：对于大的K值，系统 是不稳定的。当增益减小到一定值时，系统可能稳 定。
-1
（a）
（b）
相对稳定性的概念
基于Nyquist判剧，当开环传递函数
在s平面右半部无极点时，其开环频率响应 若通过点（-1，j0），则控制系统处于临界稳定边缘
。在这种情况下若控制系统的参数发生漂移，便有可
0变化到＋∞时，开环频率特性
正、
负穿越 平面负实轴上（-1，-∞ ）段的次
数差为 ，这里 是开环传递函数极点中处
于s平面右半部的数目。否则，闭环系统不
稳定。
乃氏判剧-形式Ⅱ例子：如图所示的乃氏曲线中 ，判别哪些是稳定的，哪些是不稳定的。
解：
所以系统稳定 所以系统不稳定 所以系统不稳定
系统稳定
系统不稳定
说明特征方程中存在一些大小相等，但方向相反的根。
改变一次
在这两种情况下, 两个大小相等符号相反的实根
表明系统在复平面内可能存在 两个共轭虚根 以虚轴对称的两对共轭复根,
此时，系统处在不稳定状态或临界稳定状态。
下面通过实例说明这时应如何排劳斯表。若遇到 第一种情况, 可用一个任意小的正数ε代替为零的元 素, 然后继续进行计算, 完成劳斯表。
形式Ⅰ
形式Ⅰ
[F(s)]
[GH(s)]
[s]
[GH(s)]
乃氏图负穿越
在乃氏图上，开环频率特性，从上半部
分穿过负实轴的
段到实轴的下半部
分，称为正穿越；开环频率特性从下半部穿
过负实轴的
段到实轴的上半部分
，称为负穿越；起始于（或终止于）
段的负实轴的正、负穿越称为正负半穿越；
乃氏图负穿越实例1
机械工程控制基础第7章控制系统的误差分析与计算
K a lim s G ( s )
2 s0
K ( 1 s 1)( 2 s 1)......( m s 1) lim s 2 K s 0 s (T1 s 1)(T2 s 1)......(Tn s 1)
2
稳态误差 ：
ss
R K
图7-6为Ⅱ型单位反馈系统对单位加速度输入信号 的响应曲线和加速度误差。由以上讨论可知，0型 和Ⅰ型系统都不能跟踪加速度输入信号；Ⅱ型系 统能够跟踪加速度输入信号，但有一定的稳态误 差，其值与开环放大系数K成反比。
静态加速度误差系数为：
K a lim s 2G ( s )
s0
K ( 1 s 1)( 2 s 1)......( m s 1) lim s 0 s0 (T1 s 1)(T2 s 1)......(Tn s 1)
2
稳态误差 ：
ss
(2) Ⅰ型系统（N=1） 静态加速度偏差系数为：
（7-6）
第二节 输入引起的稳态误差
一、误差传递函数与稳态误差
首先讨论单位反馈控制系统，如图7-2所示。其闭 环传递函数为 Y (s ) E (s) X (s) Y ( s) G( s) G (s ) B(s ) X ( s) 1 G( s)
误差(s)为 图7-2 单位反馈系统 （7-7）
K v lim sG ( s )
s0
K ( 1 s 1)( 2 s 1)......( m s 1) lim s 2 s0 s (T1 s 1)(T2 s 1)......(Tn s 1)
稳态误差：
ss 0
图7-5为单位反馈系统对单位斜坡输入的响应曲线。 其中，a、b、c分别为0型、Ⅰ型、Ⅱ型（或高于Ⅱ 型）系统的单位斜坡响应曲线及稳态误差。
《机械工程控制基础》实验综述报告
技术改造—272—《机械工程控制基础》实验综述报告谷 龙（安徽文达信息工程学院，安徽 合肥 230000）1、引言《机械控制工程基础》强调基本概念和基本方法，注重方法论述的逻辑性和严谨性，同时在论述过程中根据工科学生的具体情况尽量避免高深的数学论证，紧密结合控制工程与机械工程实际，用机械与电气实例解释基本理论和基本方法，使其能很好地在数理知识和专业知识之间起到桥梁的作用。
随着国家经济形势的迅猛发展，安徽的经济也迎来了巨大的发展机遇，合肥，作为安徽省的省会城市，其优先得到的发展机会是不言而喻的。
2、机械工程控制基础的实验现状2.1国内高校的实验方法 国内的一些高校从自身的办学定位出发，呈现出两种不同的实验方法： 一是以清华大学、上海交大等为代表的国内著名理论研究型高校，其办学宗旨是培养高水平的理论创新型人才。
《机械工程控制基础》课程的教学也必须从传统的控制理论知识的讲述，转变到如何引导学生应用课堂上所学的相关控制理论的基础知识去解决机械工程中相关的控制工程问题，为此，必须建立与之相适应的实验教学体系。
二是以众多职业技术学院为代表的实际操作型学校，其办学宗旨是培养企业设备的操作工人，他们大多采用的是以提高学生的应用技能为目的的实验方法。
目的旨在培养学生的认知能力，为企业直接提供来之即用的产业工人。
2.2国外高校的实验方法 实验教学是培养学生实践和科学素养的重要途径，所以实验室成为从事实验教学和科学研究的重要基地。
近年来，高校实验室建设规模和实验室的功能得到了不断加强，由此带来的实验室安全问题变得尤为突出。
2015 年12 月18 日，据人民网报道：“清华大学化学系何添楼一实验室发生火灾爆炸事故，造成一博士后实验人员当场死亡。
”此次实验室安全事故再一次敲响了实验室安全教育与管理的警钟。
为了保障实验室财产与实验人员的安全，高校应把实验教学安全规范与管理作为实验教学与科研工作的首要任务。
国外实验室安全规范与管理情况国外特别是西方发达国家，其高校对安全管理高度重视，每所高校都成立专门机构负责实验安全工作，机构内成员大多是专业技术人员。
机械工程控制基础 校正
机械工程控制基础校正引言机械工程控制是现代工程领域非常重要的一个方面。
它涉及到机械系统的控制，包括对机械系统的测量、分析和校正。
正确的校正可以确保机械系统的可靠性和稳定性，提高生产效率并减少故障率。
本文将介绍机械工程控制的基础知识，并讨论校正的重要性以及常用的校正方法。
机械工程控制的基础知识机械工程控制涉及到许多基础知识，包括机械系统的运动学、动力学和传动元件的设计等。
了解这些基础知识可以帮助工程师更好地理解和控制机械系统的运动和行为。
运动学机械系统的运动学研究机械系统中物体的运动规律和位置变化。
运动学的基本概念包括位移、速度和加速度。
位移是物体在给定时间内的位置变化量，速度是物体在单位时间内的位移变化量，加速度是物体在单位时间内的速度变化量。
了解这些概念可以帮助工程师确定机械系统的运动规律，并对其进行控制。
动力学机械系统的动力学研究机械系统中物体的运动原因和受力情况。
动力学的基本概念包括力、质点和刚体的运动规律。
力是物体产生运动的原因，质点是在运动过程中可以看作具有质量但没有尺寸的物体，刚体是在运动过程中保持形状不变的物体。
了解这些概念可以帮助工程师确定机械系统所受的力和力的作用效果。
传动元件的设计传动元件是机械系统中用于传递动力和运动的元件，包括齿轮、传动链、皮带传动和联轴器等。
传动元件的设计和选择直接影响机械系统的性能和可靠性。
了解传动元件的原理和设计方法可以帮助工程师选择适合的传动方式并进行合理的设计。
校正的重要性机械系统的校正是确保机械系统正常运行和生产性能的重要环节。
校正可以帮助工程师检测和修复机械系统中的问题，保持机械系统的稳定性和准确性。
提高生产效率通过对机械系统进行校正，可以减少系统中的摩擦、振动和损耗等不良影响因素，从而提高机械系统的效率和性能。
校正可以使机械系统的运动更加平稳，降低机械系统的能量消耗和噪音产生，提高机械系统的生产效率。
减少故障率机械系统中的故障通常是由于机械部件的松动、磨损和失效引起的。
《机械工程控制基础》课后答案
目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。
第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。
图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。
煤炭给定的温度100 C手和锹眼睛实际的炉水温度比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。
试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。
解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。
机械工程控制基础实验指导书
《机械工程控制基础（经典控制部分）》——MATLAB 仿真实验指导书曹昌勇皖西学院机电系二〇一三年二月目录实验一 MATLAB的基本使用 (1)实验二控制系统的时域分析 (3)实验三控制系统频域特性分析 (5)实验四控制系统稳定性分析实验 (8)实验五控制系统校正 (10)第一章 MATLAB的基本使用 (12)第二章系统的时域特性 (22)第三章系统的频率特性 (40)第四章系统的校正 (54)参考文献 (77)实验一 MATLAB的基本使用（1）MATLAB最基本的矩阵操作实验；（2）MATLAB的符号运算操作实验；一、实验目的了解MATLAB 的强大功能、使用范围与特点，正确理解并掌握MATLAB 的基本知识、基本操作，为后续实验的顺利进行打好基础。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件、打印机等三、实验要求1、必须进行实验预习，要求认真浏览实验内容，最好能够自己上机独立操作一遍。
2、由于后续实验均以本实验为基础，因此实验一至关重要，认真学习MATLAB 的基本使用方法。
3、于实验学时有限，而本实验内容多，并且本实验所涉及的仅是MATLAB的部分内容，所以要求同学们自学，利用课余时间学习MATLAB的相关知识。
四、实验内容与步骤参考实验指导书注意：1、MATLAB中所有命令及表达式必须在英文状态下输入（汉字除外），而且MATLAB 严格区分字母的大小写。
2、所有命令都可通过help 来显示该命令的帮助信息，如help sin(显示正弦函数sin 的帮助信息)。
3、所有命令都必须以小写字母形式输入才能正确执行，否则出错。
五、实验报告要求1、书写实验目的、实验所用设备。
2、习题的具体解题过程（包括所用的命令、所用的步骤）。
3、实验体会：的对MATLAB强大功能的了解,体会MATLAB 给我们带来的方便与快捷。
实验二控制系统的时域分析（1）传递函数的几种形式及其相互转换实验；（2）传递函数方块图化简实验（3）控制系统的单位脉冲响应曲线分析实验；（4）控制系统的单位阶跃响应曲线分析实验；（5）一阶、二阶系统响应曲线的动态分析实验；一、实验目的1、掌握一阶系统的时域特性，理解时间常数T对系统性能的影响。
[机械工程控制基础(第七版)]杨叔子答案
![[机械工程控制基础(第七版)]杨叔子答案](https://img.taocdn.com/s3/m/3f59055fc4da50e2524de518964bcf84b9d52d01.png)
机械工程控制基础(第七版) 杨叔子答案引言机械工程控制是现代机械工程领域中关键的一部分。
它涉及到控制系统的设计、建模和分析，用于实现对机械设备和过程的控制和监控。
本文档将详细介绍机械工程控制基础（第七版）的杨叔子答案。
第一章: 控制系统的基础概念控制系统是指对某一系统或过程的输出进行控制的一组设备或程序。
控制系统由输入、处理和输出组成，其中输入是传递给系统的指令或信号，处理是对输入进行处理以产生输出，输出是系统产生的响应。
本章包括控制系统的基础概念，如开环和闭环控制系统、反馈和前馈控制、控制系统的性能指标等。
杨叔子答案提供了对这些概念的详细解释和示例。
第二章: 控制系统的数学模型控制系统的数学模型是对实际系统行为的描述。
它由微分方程、差分方程或传输函数表示。
本章介绍了数学建模的基本原理和方法，包括拉普拉斯变换、传递函数的建立等。
杨叔子答案提供了一些实例，帮助读者理解数学模型的建立过程。
第三章: 控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性是指系统在特定条件下是否能保持稳定的性质。
稳定性分析是控制系统设计中非常重要的一部分。
本章介绍了稳定性分析的基本概念和方法，包括极点分析、根轨迹法等。
杨叔子答案提供了一些典型的例题和解答。
第四章: 控制系统的时间响应分析控制系统的时间响应是指系统在输入变化时的响应情况。
时间响应分析用于评价控制系统对输入变化的快慢程度和稳定性。
本章介绍了时间响应分析的基本概念和方法，包括阶跃响应、脉冲响应等。
杨叔子答案提供了一些例题和详细解答，方便读者理解时间响应分析的过程。
第五章: 控制系统的频率响应分析控制系统的频率响应是指系统在不同频率下的响应情况。
频率响应分析用于评价控制系统对不同频率的输入信号的传递特性。
本章介绍了频率响应分析的基本原理和方法，包括频率响应曲线、Bode图等。
杨叔子答案提供了一些经典的例题和解答。
第六章: 控制系统的校正和校正器控制系统的校正是指通过调整系统参数或添加校正器来改善系统性能的过程。
机械控制工程基础6.1
2 4 2 4 4 ln 1 1 2
对于给定的、tp和ts均wr 、 wb与成反比。
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④相位裕量g与阻尼比间的关系：
g 180 wc arctan
2 1 4 4 2 2
当g60°时，0.6
Байду номын сангаас
⑤ wc与 wb间的关系为：
是，只有稳定性还不能确保系统正常工作。例如， 对于数字控制仿形铣床的进给系统，超调量过大是 不允许的，因为它既影响工件表面粗糙度，又影响 刀具寿命。因此，系统既要稳定，又要能满足所要 求的性能指标，则可考虑对原已选定的系统增加些 必要的元件或环节，使系统能够全面地满足所要求 的性能指标，这就是系统的综合与校正。
机械工程控制基础_第六章
第六章 系统的性能指标与校正
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
系统的性能指标 系统的校正 串联校正 PID校正 反馈校正 顺馈校正 利用MATLAB设计系统校正
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第六章 系统的性能指标与校正
系统稳定是系统能正常工作的必要条件。但
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6.1 系统的性能指标
系统的性能指标，按其类型可分为： (1)时域性能指标：它包括瞬态性能指标和稳态性能指标；
(2)频域性能指标：它不仅反映系统在频域方面的特性，而
且，当时域性能无法求得时，一般可先用频率特性实验来求得 该系统在频域中的动态性能，再同此推出时域中的动态性能；
1 2 2 ln
1
1 2
wbt p 1 2 2 2 4 2 4 4 / 1 2
2/28
JA_70358《机械工程控制基础 第2版》_李连进(教案大纲)段晓雅[5页]
![JA_70358《机械工程控制基础 第2版》_李连进(教案大纲)段晓雅[5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/87a962af85868762caaedd3383c4bb4cf7ecb7a9.png)
**大学《机械工程控制基础》课程教学大纲一、教学内容第一章绪论1.1机械工程的发展与控制理论的应用1.2机械工程自动控制系统的基本结构及工作原理1.3机械自动控制系统的分类1.4 对自动控制系统的基本要求教学难点：掌握反馈的概念与作用。
教学重点：掌握机械控制系统组成和原理，了解机械控制基础的研究对象和基本任务。
第二章自动控制系统的数学模型和传递函数2.1 系统数学模型的建立2.2非线性数学模型的线性化2.3拉普拉斯变换2.4传递函数2.5 系统方框图和信号流图2.6工程实例中的数学模型与传递函数教学难点：系统微分方程的建立。
教学重点：系统微分方程的建立，系统传递函数的推导及方框图的简化。
第三章系统的时域分析法3.1 时域响应概述3.2 典型的输入信号3.3 控制系统的时域性能指标3.4 一阶系统的时间响应3.5 二阶系统的时间响应3.6 欠阻尼二阶系统的时域性能指标3.7 高阶系统的时域响应教学难点：二阶系统的计算。
教学重点：二阶系统响应的五个性能指标的定义及计算，系统误差的分析与计算。
第四章控制系统的频域分析法4.1 频率特性的概述4.2 典型环节频率特性的极坐标图4.3 系统奈奎斯特图的画法4.4 典型环节频率特性的对数坐标图4.5 频率特性的性能指标4.6 最小相位系统和非最小相位系统4.7 闭环频率特性及频域性能指标教学难点：绘制系统Bode图。
教学重点：频率特性的定义及求法，频率特性与系统稳态输出的关系，系统频率特性的极坐标图、对数极坐标图的作图方法。
第五章线性控制系统的稳定性5.1系统稳定性的基本概念及稳定条件5.2代数稳定性判据5.3几何稳定性判据5.4系统的相对稳定性5.5工程实例中的稳定性分析教学难点：Nyquist稳定性判据、Bode稳定性判据。
教学重点：几种稳定性判据，相对稳定性指标的计算及意义， Nquist稳定性判据的应用。
第六章控制系统的误差分析和计算6.1 系统稳态误差的基本概念6.2 系统稳态误差的计算6.3 减小稳态误差的途径6.4 动态误差系数6.5 工程实例中的误差分析教学难点：动态误差系数分析与计算。
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机械工程控制基础
第六章 系统的性能指标与校正
2. 频域性能指标
相位裕度
幅值裕度 Kg
复现频率 M / 复现带宽 0 ～ M
谐振频率 r / 谐振峰值 0 ～ M r ( Amax)
截止频率 b / 截止带宽 0 ～ b
！可以证明：bt p 及 bts 都是阻尼比ξ的函数。因此当系
统的阻尼比给定后，系统的截止频率b与t p 及 ts 都成反比
Gc (s)为校正装置的传
递函数；
Xi (s)
X i (s) 为输入，
N1 (s) 为负载扰动，
N2 (s)为测量噪声；
X o (s)为输出。
Gc (s)
N1 ( s)
G(s)
N2 (s) X o (s)
校正设计基于开环传递函数 Gc (s)G(s) 。校正的目标为：
● 系统的稳定性 ● 输出跟踪输入的精确性 ● 减少负载扰动的影响 ● 抑制测量噪声的影响 ● 处理模型不确定性能的鲁棒性能
e(t)est dt
0
s0
E1(s)
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第六章 系统的性能指标与校正
(2)误差平方积分性能指标—输出过程有振荡的情形
误差平方积分 I e2 (t)dt 0
(3) 广义误差平方积分性能指标
I [e2 (t) e2 (t)]dt 0
--重视大的的误差
--同时重视大的误差 及大的误差变化率
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第六章 系统的性能指标与校正
3. 综合性能指标（误差准则）
（1）误差积分性能指标—适合无超调的情形
误差 e(t) xor (t) x(t)
误差积分
I 0 e(t)dt
而e(t)的Laplace变换为
故有
E1(s)
e(t)est dt
0
lim lim I s0
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6.2 系统的校正 本节主要教学内容 6.2.1 校正的概念 6.2.2 校正的目标 6.2.3 校正的分类
第六章 系统的性能指标与校正
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第六章 系统的性能指标与校正
6.2.1. 校正的概念
● 所谓校正（或称补偿Compensation），就是指在控制系 统中增加新的装置(环节)，以改善系统性能的方法。
机械工程控制基础
第六章 系统的性能指标与校正
第六章 系统的性能指标与校正
本章主要教学内容
6.1 系统的性能指标 6.2 系统的校正 6.3 串联校正; 6.4 PID校正 6.5 反馈校正 6.6 顺馈校正
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机械工程控制基础
6.1 系统的性能指标 本节主要教学内容
第六章 系统的性能指标与校正 Back
6.1.1 时域性能指标 6.1.2 频域性能指标 6.1.3 综合性能指标
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1. 时域性能指标 瞬态性能指标 延迟时间 td
上升时间 tr 峰值时间 t p 最大超调量 M p
调整时间 ts
稳态性能指标
稳态误差 ess
第六章 系统的性能指标与校正
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第六章 系统的性能指标与校正
● 为什么要进行系统校正？
【例2】曲线①为某系统的开Nyquist
图（P=0），系统是稳定的。但是
相位裕度太小，是系统的响应有很大
的超调量，调整时间太长。即使减小
K，因相位裕度没有变化，系统的性
能仍然得不到改善。只有加入新的环
1
节，使Nyquist轨迹变为曲线②，即，
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பைடு நூலகம்
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第六章 系统的性能指标与校正
● 为什么要进行系统校正？
【例1】 曲线①为系统的开环Nyquist图
(P=0)，由于Nyquist轨迹包围点(-1，j0)，
故相应的闭环系统不稳定。
2
如何使得系统稳定？
方法一 减小系统的开环放大倍数K，
由K变为K1，则曲线①因模变小而变为
第六章 系统的性能指标与校正
使 Gk ( j) ﹤﹤1，以获得高
频滚降特性，减低高频噪声 的影响。
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6.2.3. 校正的分类
第六章 系统的性能指标与校正
相位超前校正 ●串联校正 相位滞后校正
相位超前-滞后校正
无源校正环节 —电阻电容网络
有源校正环节 — PID校正
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典型的对数幅频特性图
低频段：一般使用高增益控 制策略，提高系统的型 别，或提高静态增益。
交越区（中频段）：通过增 加开环零点或降低开环 静态增益使Gk ( j) 以较 平缓的斜率穿越0dB线 可获得较大的相位裕度
和增益裕度 Kg 。
高频段：一般使用低增益控 制策略，通过控制器给 开环传递函数增加极点，
使原来的特性在 1 至 2 频率区间产
生正的相移，才能使系统的相位裕度
得到明显的提高，系通的性能得到改
善。
2
0
①
②
！从频率法看，增加新的环节，主要是改变系统的频率特性。
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第六章 系统的性能指标与校正
6.2.2. 校正的目标
【示例】: G(s)为被控
对象的传递函数，
自动控制系统的设计大体上可按两种方式进行： 一是预先给出某种设计指标，通常以严格的数学形式给
出，然后确定某种控制形式，并通过解析的方式预定指标 的控制器 — 系统综合。
二是制定控制系统的期望性能指标，并根据这些性能
指标计算出开环系统特性，然后比较期望的开环特性与实 际的开环特性，根据比较结果确定在开环系统中增加某种 控制装置，并计算出控制装置的参数 — 系统校正。
1
曲线②，不包围(-1，j0)，这样系统就稳 ③
定了。但是K变小会使系统的稳态误差增
加，这是不希望的，也是不允许的。
② ①
方法二 在原系统中增加新的环节，使Nyquist轨迹在某个频率范围(如 1 2 内)发生变化，例如从曲线①变为曲线③，使原来不稳定的系 统变为稳定的系统，而且不改变K，即不增大系统的稳态误差。
● 反馈校正 ● 顺馈校正
Xi (s)
关系。即系统的带宽越大，该系统响应输入信号的快速性 越好。
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第六章 系统的性能指标与校正
例1 两个一阶系统： G1(s) 1/(s 1) G2 (s) 1/(3s 1)
系统Ⅰ b T 1s1
系统Ⅱ b T 0.33s1
结论：带宽大的系统Ⅰ比带宽较小的系统Ⅱ具有较快的 响应速度