机械控制工程基础
机械控制工程基础论文
机械控制工程基础论文引言机械控制工程是控制工程的一个重要分支，它涉及到机械系统的设计、建模和控制。
随着科技的不断发展，机械控制工程在各个领域中都起到了至关重要的作用。
本文将介绍机械控制工程的基础知识和相关技术，并分析其在实际应用中的作用。
机械控制工程的基础知识1. 机械系统的建模与分析机械系统的建模是机械控制工程的基础工作之一。
通过建立机械系统的数学模型，可以更好地理解和分析机械系统的运动特性和行为。
常用的机械系统建模方法包括拉格朗日方程和哈密顿原理等。
在建模的过程中，需要考虑到机械系统的质量、惯性、摩擦等因素，以确保建模的准确性。
2. 控制系统的设计与分析控制系统的设计是机械控制工程中的核心内容之一。
通过引入控制器和反馈机制，可以实现对机械系统的稳定控制和精确调节。
控制系统的设计需要考虑到机械系统的动态特性、稳定性和响应速度等因素。
常用的控制系统设计方法包括比例积分微分控制器（PID）和现代控制理论等。
3. 传感器与执行器的应用传感器和执行器是机械控制工程中常用的设备。
传感器用于采集机械系统的状态信息，如位置、速度和力等。
执行器用于将控制信号转化为机械系统的动作，如电动机和液压缸等。
传感器和执行器的选择和应用对于机械控制系统的性能和稳定性至关重要。
机械控制工程的应用机械控制工程在各个行业和领域中都有广泛的应用。
以下是机械控制工程的几个典型应用示例：1. 制造业自动化机械控制工程在制造业自动化中扮演着重要的角色。
通过引入机器人和自动化设备，可以实现对制造过程的自动控制和优化。
这不仅提高了生产效率，还提高了产品的质量和一致性。
2. 交通运输机械控制工程在交通运输领域中的应用也非常广泛。
自动驾驶技术和交通信号控制系统等都是机械控制工程的重要应用。
通过引入自动驾驶技术，可以提高交通运输的安全性和效率。
3. 空间探索机械控制工程在航天领域中也发挥着重要作用。
通过控制航天器的姿态和运动，可以实现对航天任务的准确执行。
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”。
《机械控制工程基础》
控制工程基础
2.1.5 拉普拉斯(Laplace)反变换
（1）拉普拉斯反变换的定义
1 j st f (t ) L [ F ( s)] F ( s ) e ds 2j j
1
（2）拉普拉斯反变换的应用
求解微分方程 求原函数
2.2 典型环节的传递函数
控制工程基础
控制工程基础
3.1 时间响应的概念
时间响应可分为瞬态响应与稳态响 应。
控制工程基础
瞬态响应的性能指标
表3-3
阻尼比
极点与阶跃响应的关系
极 点 极点在s平面的位置 阶跃响应形式
>1 =1
0<<1
s1 , s 2 n n 2 1
s1 , s 2 n
s1 , s2 n j n 1 2
（1）静态误差系数
ess lim e(t ) lim sE ( s)
t s 0
1 lim s X ( s) s 0 1 G ( s ) H ( s )
（3-56）
K ( 1s 1)( 2 s 1)......( m s 1) G(s) H (s) N （3-57） s (T1s 1)(T2 s 1)......(Tn s 1)
i 1 j 1
注意 ：开环传递函数和开环系统传递函数是不 一样的。
闭环传递函数
Y ( s) X (s)
n
G ( s)
i i 1 m i 1 j 1
n
1 Gi ( s) H i ( s)
当H(s)=1时，我们将系统称为单位反馈系统或全 反馈系统。
机械控制工程基础教学大纲
机械控制工程基础教学大纲机械控制工程基础教学大纲机械控制工程是现代工程领域中的重要学科之一，它涉及到机械系统的设计、控制和优化。
为了帮助学生全面掌握机械控制工程的基础知识和技能，制定一份科学合理的教学大纲至关重要。
本文将探讨机械控制工程基础教学大纲的内容和结构。
一、课程目标机械控制工程基础课程的目标是培养学生对机械系统的控制原理和方法有基本的了解和掌握，能够应用所学知识解决实际问题。
通过该课程的学习，学生应具备以下能力：1. 理解机械系统的基本结构和工作原理；2. 掌握机械控制系统的建模和仿真方法；3. 熟悉常见的控制器设计方法；4. 能够应用所学知识进行机械系统的控制和优化。
二、课程内容1. 机械系统基础知识介绍机械系统的组成部分和基本工作原理，包括机械元件、传动系统、传感器等。
2. 信号与系统讲解信号的基本概念和特性，介绍系统的数学建模和分析方法，为后续的控制系统设计打下基础。
3. 控制系统基础主要介绍控制系统的基本概念和分类，包括开环控制和闭环控制，以及控制系统的性能指标和稳定性分析方法。
4. 传感器与执行器详细介绍常见的传感器和执行器的原理和应用，包括光电传感器、压力传感器、电机等。
5. 控制器设计介绍常见的控制器设计方法，包括比例积分控制器、PID控制器等，以及控制器参数调整和优化方法。
6. 系统建模与仿真讲解机械系统的建模方法，包括基于物理原理的建模和基于数据的建模，以及仿真工具的使用。
7. 控制系统实验进行基于实际机械系统的控制系统实验，培养学生的动手能力和实际应用能力。
三、教学方法1. 理论授课通过课堂讲解和案例分析，向学生传授机械控制工程的基础理论知识。
2. 实践操作安排实验课程，让学生亲自操作实际的机械系统，加深对所学知识的理解和应用能力。
3. 课程设计布置课程设计任务，要求学生独立完成机械控制系统的设计和优化，培养学生的综合能力。
四、评估方式1. 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等。
机械控制工程基础时域分析
机械控制工程基础时域分析机械控制工程是研究机械系统的动力学和控制原理的学科，包括传感器、执行器、控制器等方面的研究。
时域分析是机械控制工程的基础，它通过分析系统的时域响应，来理解和优化机械系统的性能。
本文将从时域分析的基本概念、应用和分析方法等方面进行讨论。
时域分析是指通过观察系统的输出响应随时间的变化情况，来分析系统的动态特性和性能。
在机械控制工程中，常见的时域分析方法有时域响应分析、稳态分析和瞬态分析等。
时域响应分析是指分析系统在给定输入条件下的输出响应特性。
通过对系统的输入和输出信号进行采样和分析，可以得到系统的幅频特性、相频特性和时滞特性等。
时域响应分析是机械控制工程设计和调试的重要工具，可以帮助工程师了解系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力等。
稳态分析是指分析系统在稳定状态下的响应特性。
在机械控制系统中，常用的稳态分析方法有频率响应法和根轨迹法等。
频率响应法是通过改变输入信号的频率来观察系统的输出响应，从而确定系统的稳定性和响应特性。
根轨迹法是通过分析系统的特征方程的根的运动轨迹来判断系统的稳定性和响应情况，可以帮助工程师优化系统的控制效果。
瞬态分析是指分析系统在短时间内的响应特性。
在机械控制系统中，常见的瞬态分析方法有单位脉冲响应法和阶跃响应法等。
单位脉冲响应法是通过输入单位脉冲信号，观察系统的输出响应来分析系统的瞬态响应特性。
阶跃响应法是通过输入阶跃信号，观察系统的输出响应来分析系统的瞬态响应速度和稳定性。
除了以上介绍的几种常见的时域分析方法外，还有一些其他方法可以用于机械控制系统的时域分析，如幅度裕度法、帕斯卡尔等效法等。
这些方法都有其适用的场合和优缺点，工程师在实际应用时需要根据系统的特点和需求来选择合适的方法。
时域分析是机械控制工程的基础，它在机械系统的设计、调试和优化中起着重要的作用。
通过对机械系统的时域响应进行分析，可以帮助工程师了解系统的动态特性和性能，并提供改进系统控制效果的依据。
机械控制工程基础和自动控制原理的区别
机械控制工程基础和自动控制原理的区别在工程学领域，机械控制工程基础和自动控制原理是两个重要的概念。
虽然它们在某些方面具有相似性，但它们之间存在着本质的区别。
本文将详细探讨这两个概念的区别，帮助读者更好地理解它们。
一、机械控制工程基础1.定义：机械控制工程基础主要研究如何利用机械系统来实现预期的控制目标。
它关注于机械结构、传动装置、传感器、执行器等组件的设计、分析和优化。
2.研究内容：- 机械系统的建模与仿真：研究如何建立机械系统的数学模型，并通过仿真分析系统性能。
- 控制器设计：根据控制目标，设计合适的控制器，实现对机械系统的有效控制。
- 传感器与执行器：研究如何选择和应用传感器、执行器等组件，以满足控制系统的需求。
3.应用领域：机械控制工程基础广泛应用于工业机器人、汽车、航空航天、精密制造等领域。
二、自动控制原理1.定义：自动控制原理主要研究如何利用控制理论、方法和技术，实现系统的自动控制。
它关注于控制系统的稳定性、准确性和快速性。
2.研究内容：- 控制理论：研究控制系统的数学模型、稳定性、线性与非线性控制、最优控制等理论。
- 控制方法：研究PID控制、模糊控制、自适应控制、鲁棒控制等具体控制方法。
- 控制技术：研究如何将控制理论和方法应用于实际控制系统，实现预期的控制效果。
3.应用领域：自动控制原理广泛应用于电力系统、化工、冶金、生物医学、交通等领域。
三、区别1.研究对象：机械控制工程基础关注于机械系统本身，而自动控制原理关注于控制系统的整体性能。
2.研究内容：机械控制工程基础侧重于机械结构、传动装置、传感器、执行器等组件的设计和分析；自动控制原理侧重于控制理论、方法和技术的应用。
3.应用领域：虽然两者在某些领域有交叉，但机械控制工程基础主要应用于机械领域，而自动控制原理广泛应用于各种工业、农业、生物医学等领域。
4.目标：机械控制工程基础的目标是实现机械系统的精确控制，而自动控制原理的目标是实现控制系统的稳定性、准确性和快速性。
机械控制工程基础名词解释大全
机械控制工程基础名词解释大全1.机械：机器、机械设备和机械工具的统称。
2.机器：是执行机械运动，变换机械运动方式或传递能量的装置。
3.机构：由若干零件组成，可在机械中转变并传递特定的机械运动。
4.构件：由若干零件组成，能独立完成某种运动的单元5.零件：构成机械的最小单元，也是制造的最小单元。
6.标准件：是按国家标准(或部标准等)大批量制造的常用零件。
7.自由构件的自由度数：自由构件在平面内运动，具有三个自由度。
8.约束：起限制作用的物体，称为约束物体，简称约束。
9.运动副：构件之间的接触和约束，称为运动副。
10.低副：两个构件之间为面接触形成的运动副。
11.高副：两个构件之间以点或线接触形成的运动副。
12.平衡：是指物体处于静止或作匀速直线运动的状态。
13.屈服极限：材料在屈服阶段，应力波动最低点对应的应力值，以σs表示。
14.强度极限：材料σ-ε曲线最高点对应的应力，也是试件断裂前的最大应力。
15.弹性变形：随着外力被撤消后而完全消失的变形。
16.塑性变形：外力被撤消后不能消失而残留下来的变形。
17.延伸率：δ=(l1-l)/l×100％，l为原标距长度，l1为断裂后标距长度。
18.断面收缩率：Ψ=(Ａ－Ａ1)/Ａ×100％，Ａ为试件原面积，Ａ1为试件断口处面积。
19.工作应力：杆件在载荷作用下的实际应力。
20.许用应力：各种材料本身所能安全承受的最大应力。
21.安全系数：材料的机限应力与许用应力之比。
22.正应力：沿杆的轴线方向，即轴向应力。
23.剪应力：剪切面上单位面积的内力，方向沿着剪切面。
24.挤压应力：挤压力在局部接触面上引起的压应力。
25.力矩：力与力臂的乘积称为力对点之矩，简称力矩。
26.力偶：大小相等，方向相反，作用线互相平行的一对力，称为力偶27.内力：杆件受外力后，构件内部所引起的此部分与彼部分之间的相互作用力。
28.轴力：横截面上的内力，其作用线沿杆件轴线。
机械控制工程基础习题答案
机械控制工程基础习题答案机械控制工程是一门涉及机械系统控制的学科，它主要研究如何设计和实现机械系统的自动化控制。
在学习机械控制工程的过程中，习题是不可或缺的一部分，它可以帮助我们巩固所学的知识，并提高解决实际问题的能力。
下面，我将为大家提供一些机械控制工程基础习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是机械控制系统？机械控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈环路组成的系统，它能够对机械系统进行自动化控制。
传感器用于感知机械系统的状态，执行器用于执行控制信号，控制器根据传感器的反馈信号对执行器进行控制，从而实现对机械系统的控制。
2. 什么是闭环控制系统？闭环控制系统是一种通过反馈信号来调整控制器输出的控制系统。
它通过比较实际输出与期望输出之间的差异，并根据差异的大小来调整控制器的输出，从而使实际输出逐渐接近期望输出。
3. 什么是开环控制系统？开环控制系统是一种没有反馈信号的控制系统。
它只根据输入信号来决定控制器的输出，而不考虑实际输出与期望输出之间的差异。
开环控制系统的输出结果受到外部干扰和系统参数变化的影响较大。
4. 什么是传感器？传感器是一种能够感知环境或物体特定参数的装置。
在机械控制系统中，传感器用于感知机械系统的状态，如位置、速度、力等，并将感知到的信息转化为电信号，供控制器使用。
5. 什么是执行器？执行器是一种能够执行控制信号的装置。
在机械控制系统中，执行器用于根据控制器的输出信号来执行相应的动作，如控制电机的转速、控制阀门的开关等。
6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的控制器，它根据误差、误差变化率和误差积分来调整控制器的输出。
PID控制器通过比较实际输出与期望输出之间的差异，并根据差异的大小来调整控制器的输出，使实际输出逐渐接近期望输出。
7. 什么是控制系统的稳定性？控制系统的稳定性是指在一定的输入条件下，系统的输出能够有限地保持在某个范围内，不会出现无限增长或发散的现象。
机械控制工程基础
机械控制工程基础1. 引言机械控制工程是研究机械系统的运动和控制的学科。
它涉及到机械工程、电子工程和自动化控制等多个领域的知识，并且在现代制造业中具有重要的应用价值。
本文将介绍机械控制工程的基础知识和概念，包括机械系统的建模与分析、控制理论与方法以及实际应用等方面。
机械系统的建模是指将机械系统抽象为数学模型，以便进行分析和控制。
常见的机械系统包括旋转系统、平动系统和复杂的组合系统等。
对于旋转系统，可以使用角度、角速度和转矩等参数来描述；对于平动系统，可以使用位移、速度和力等参数来描述。
机械系统的分析可以通过应用牛顿力学、动力学和控制理论等方法来进行。
旋转系统是机械系统中常见的一种形式，例如电机、发动机和风力发电机等。
旋转系统的建模通常使用惯性、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。
旋转系统的分析可以通过应用扭矩方程和旋转动力学方程等方法来进行。
2.2. 平动系统的建模与分析平动系统是机械系统中另一种常见的形式，例如汽车、电梯和运输机械等。
平动系统的建模通常使用质量、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。
平动系统的分析可以通过应用牛顿第二定律和平衡方程等方法来进行。
2.3. 复杂系统的建模与分析复杂系统是由多个旋转系统和平动系统组合而成的系统，例如机器人和生产线等。
复杂系统的建模可以通过将旋转系统和平动系统进行耦合，并考虑其间的相互作用来进行。
复杂系统的分析可以通过应用联立方程和状态空间方法等方法来进行。
3. 控制理论与方法控制理论是机械控制工程中的重要内容，它研究如何设计控制器以稳定和优化机械系统的运动。
控制方法包括经典控制和现代控制两种类型。
3.1. 经典控制经典控制方法是机械控制工程中最早发展的一种控制方法，主要包括比例控制、积分控制和微分控制等。
经典控制方法适用于线性系统和稳定系统，但对于非线性系统和时变系统则效果有限。
3.2. 现代控制现代控制方法是机械控制工程中较新发展的一种控制方法，主要包括状态反馈控制、最优控制和鲁棒控制等。
《机械工程控制基础》课件
二、开环、闭环和复合控制系统
控制系统按其有无反馈作用和反馈作用 的方式可分为三类： 1、开环控制系统 2、闭环控制系统 3、复合控制系统
开环控制系统
如果系统的输出量和输入量之间没有反 馈作用，输出量对系统的控制过程不发 生影响时，这样的系统称为开环控制系 统。 图1-5是数控线切割机的进给系统.
二、控制理论的发展
4、1948年美国数学家维纳（N.Wiener）出版了 著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通 讯的科学》一书，他揭示了无论机器系统、生命 系统甚至社会和经济系统中，都存在一个共同本 质的特点，它们都是通过信息的传递、处理与反 馈这三个要素来进行控制，这就是控制论的中心 思想。1950年伊万斯（W.R.Evans）提出的根轨 迹法提供了寻找特征方程根的比较简易的图解方 法，至此，形成了完整的经典控制理论。
控制系统中常用的概念和术语的含义说明
• 输出量（或称输出信号、被控制量）：是指控制系统中需要
加以控制的物理量。系统的输出量常用符号xo(t)表示。 • 输入量（或称输入信号、给定值、给定量）：是指输入给控 制系统用以控制输出量变化规律的物理量它作用于系统输入端 ，直接地或间接地表示系统输出量的期望值（给定值）。系统 的输入量常用符号xi(t)表示. • 扰动量（或称扰动信号）：指那些能使输出量偏离预定要求 （期望值）的意外干扰因素。 • 反馈量（或称反馈信号）：是指把输出量取出并直接或经转 换以后送回到输入端与输入信号进行比较的物理量。
一、控制系统的基本工作原理
系统：是由相互制约的各个部分组成的具有一 定功能的有机整体。 自动控制系统：能够进行自动控制的一整套设 备或装置。通常由控制器（控制装置）和被控 对象两大部分组成。 被控对象是指系统中需要加以控制的机器、设 备或生产过程； 控制器是指能够对被控对象产生控制作用的设 备的总体。 控制系统的任务就是使被控制对象的物理量按 照预先给定的控制规律变化。
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
机械控制工程基础机械控制工程是工程学科中涉及机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等多个领域的重要学科方向。
本文从机械控制工程的基础知识、应用领域和发展趋势等方面进行和介绍。
基础知识机械控制工程的基础知识包括机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等几个方面。
其中，机械设计是机械控制工程的基础，它涉及机械零件的设计、材料力学、工程图学等方面的知识；电力电子学则涉及到电力电子变换器、电机驱动系统等方面的知识；机电一体化则是将机械、电子、信息等多种技术融合在一起，形成一种新型的设计理念和方法；自动控制则是机械控制工程的核心，它涉及到控制系统的建模、控制策略设计和控制器设计等方面的知识。
机械控制工程的基础知识对于工程师来说非常重要，它为工程师提供了实现机械控制的基础理论和方法，使工程师能够更好地应对机械控制过程中的各种问题和挑战。
应用领域机械控制工程广泛应用于各个行业和领域，例如汽车、航空、机器人、电力、化工、纺织、食品等。
下面简单介绍几个典型的应用领域：汽车工业在汽车工业中，机械控制工程应用最为广泛。
汽车电子控制系统是当前汽车行业的关键技术之一，它不仅可以提高汽车的性能和安全性能，还可以实现汽车智能化和自动化控制。
航空航天工业在航空航天工业中，机械控制工程在推进飞机、航天器、卫星等航空器件的自动化和智能化方面起着重要作用。
航空器件的智能化和自动化程度越高，越能保证其安全、稳定和高效的运行。
机器人工业在机器人工业中，机械控制工程是实现机器人智能化和自动化控制的基础。
机器人是一种具有智能化和自主决策能力的智能设备，它为生产制造业的发展带来了巨大的变革和机遇。
发展趋势随着科技的不断发展和工业化进程的加速，机械控制工程也在不断地发展和进步。
未来，机械控制工程的发展趋势主要有以下几个方向：智能化智能化是机械控制工程未来的发展方向之一。
随着人工智能和互联网技术的不断发展，机械控制系统也将变得更加智能化，实现更加高效、自动化和智能的控制。
机械控制工程基础考研题库
机械控制工程基础考研题库机械控制工程基础考研题库机械控制工程是一门涉及机械工程、自动化、电气工程等多个学科的交叉学科，它研究的是如何通过控制系统实现对机械设备的控制和调节。
在考研中，机械控制工程基础是一个重要的科目，它涉及到控制系统的基本原理、数学模型、控制方法等方面的知识。
为了更好地备考机械控制工程基础，我们可以通过做题来提高自己的理解和应用能力。
一、控制系统基础控制系统是机械控制工程的核心内容之一，它是通过对被控对象进行监测和调节，使其输出达到期望值的系统。
在考研中，我们需要了解控制系统的基本概念、分类以及常见的数学模型。
例如，常见的控制系统分类有开环控制系统和闭环控制系统，它们的区别在于是否有反馈信号。
此外，我们还需要了解控制系统的传递函数、状态空间模型等数学模型，以便于分析和设计控制系统。
二、控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性是评价一个控制系统性能的重要指标之一。
在考研中，我们需要掌握稳定性分析的基本方法和技巧。
例如，常见的稳定性分析方法有根轨迹法、频率响应法等。
通过这些方法，我们可以判断一个控制系统是否稳定，并且可以根据需要进行系统的稳定性设计。
三、控制系统的校正与补偿控制系统的校正与补偿是控制系统设计中的重要环节，它可以通过调整系统参数或者添加补偿器件来改善系统的性能。
在考研中，我们需要了解常见的校正与补偿方法，例如比例控制、积分控制、微分控制等。
此外，我们还需要了解控制系统的校正与补偿的设计原则和方法，以便于应用到实际问题中。
四、控制系统的优化设计控制系统的优化设计是提高系统性能的关键环节，它可以通过优化控制器参数、选择合适的控制方法等来实现。
在考研中，我们需要了解常见的控制系统优化方法，例如PID控制器的参数整定方法、模糊控制的优化方法等。
此外，我们还需要了解控制系统的优化设计的原则和方法，以便于应用到实际问题中。
五、控制系统的应用控制系统在实际工程中有广泛的应用，例如工业自动化、机器人控制、航空航天等领域。
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;。
机械控制工程基础公式
机械控制工程基础公式
机械控制工程涉及的基础公式有很多，涵盖了力学、动力学、控制理论等多个领域。
以下是一些常见的基础公式：
1. 速度公式，v = s/t.
其中，v表示速度，s表示位移，t表示时间。
2. 力的公式，F = ma.
其中，F表示力，m表示物体的质量，a表示加速度。
3. 动能公式，KE = 0.5 m v^2。
其中，KE表示动能，m表示物体的质量，v表示速度。
4. 动量公式，p = m v.
其中，p表示动量，m表示物体的质量，v表示速度。
5. 控制理论中的传递函数公式，G(s) = Y(s) / U(s)。
其中，G(s)表示系统的传递函数，Y(s)表示系统的输出，
U(s)表示系统的输入。
6. PID控制器的输出公式，u(t) = Kp e(t) + Ki ∫e(t)dt + Kd de(t)/dt.
其中，u(t)表示PID控制器的输出，Kp、Ki、Kd分别表示比例、积分和微分系数，e(t)表示误差，t表示时间。
以上只是机械控制工程中的一部分基础公式，实际涉及的公式还有很多，涉及到不同的子领域和具体的应用场景。
希望以上回答能够满足你的需求。
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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系统性能指标
系统校正
课程章节
绪论
（2学时） （8+2学时） （8+2学时） （8+2学时）
拉普拉斯变换（2学时） 系统的数学模型
系统的时间响应分析 系统的频率特性分析 系统的稳定性
（4学时）
复习
（2学时）
第一章 绪 论
1.1 1.2 1.3
机械工程控制论的研究对象与任务
系统及其模型
一、反馈的定义
系统的输出不断直接或经过中间变换后全部或部分 系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间之所 以有动态关系，就是由于系统本身存在着信息的反馈。 地返回到输入端，并与输入共同作用于系统的过程。 二、反馈的种类
1. 内反馈与外反馈 例1-2 发动机离心调速系统
3. 对于确定的输入，系统应具有什么特性，
才能使系统实现预期的响应？ 求系统(结构参数)
基本的动力学问题
第一章 绪论
研究任务:
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
已知系统和输入，求系统的响应(或输出)， 并通过响应来研究系统本身的问题 已知系统和系统的理想输出，设计输入 已知输入和理想输出时，设计系统 输出已知，确定系统，以识别 输入或输入中的的有关信息
授课方式与考核方式
授课方式
以电子工业出版社、玄兆燕编写的《机械工程控制
基础》为指导，利用多媒体课件为主、板书为辅进行
理论教学；
利用MATLAB/Simulink软件开展实验教学。
考核方式
平时作业5次，占总评成绩的20%；
实验2次，占总评成绩的10%；
期末闭卷考试，占总评成绩的70%。 出勤率低于1/3取消期末考试资格。
第一章 绪论
经济学 控制论 社会学 生物学 工程技术 机械工程
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。
经济控制论 社会控制论 生物控制论 工程控制论 机械工程控制论
控制论的中心思想——通过信息的传递、加工处理
并利用反馈来进行控制。
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
(1)系统分析问题
(2)最优控制问题
(3)最优设计问题
(4)滤波与预测问题
(5)系统辨识问题
已知系统的输入与输出，求系统的结构 与参数，即建立系统的数学模型
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
一、系统
1.2 系统及其模型
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的各元素的内容要丰富很多; (3) 系统往往具有表现在时间域、频率域或空间域等领
输入——激励（外界对系统的作用，如载荷等） 输出——响应（系统对外界的作用，如变形、位移）
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
激 控制输入——人为地、有意识地加上去； 励 扰动——偶然因素产生而一般无法完全人为
控制的（干扰）；
三、数学模型
模型的定义——研究系统、认识系统、描述系统与分
析系统的一种工具。 模型的种类——实物模型、物理模型和数学模型等。
（ b）
y(t)即微分方程的解，它是由系统的初始条件、系统的 固有特性、系统的输入及系统与输入之间的关系所决定。
第一章 绪论
问题：
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1. 系统的输入与系统的固有特性如何影响y(t)？ 三者之间表现为何种关系？ 求输出 2. 系统确定并已知时，对系统施加何种输入， 能使系统实现预期的响应（即y(t)）？ 求输入
道路交通的应用——车牌自动识别
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
人形机器人
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
勇气号火星探测器（美国，2004）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
自动火炮、导弹制导等高新领域的应用
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制工程基础
主讲教师：王晓云
参考教材
[1] 杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）. 武汉：华中科技大学出版社，2005年7月 [2]熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题 解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月 [3]朱骥北.《机械控制工程基础》 (第15版）.北京：机械 工业出版社，2005年 [4]董景新、赵长德.《控制工程基础》(第3版）.北京： 清华大学出版社，2009年6月 [5]刘叔军、樊京. 《MATLAB控制系统应用与实例》.北 京：清华大学出版社，2008年5月
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
蒸汽机离心调速器
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
数控机床进给系统模拟图
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
在农业机械领域的应用
第一章 绪论
在日常生活中的应用
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
解决一些实际问题打下一定的基础。
学习要求
需要大家具备一定的数学、力学、电学方面的基础
知识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要
大家认真对待每次的课后练习环节。
主要教学内容
基本概念
机 械 控 制 工 程 基 础
基础知识
控制系统结构体系
控制系统数学模型 时域分析
分析方法
频域分析 系统稳定性判据
工程应用
反馈
1.4
系统的分类及对控制系统的基本要求
第一章 绪论
本章教学大纲
本章教学大纲
1. 了解机械工程控制论的基本概念、研究对象与任务；
2. 掌握系统、模型、反馈、偏差等基本概念；
3. 掌握反馈控制系统工作原理的分析；
4. 掌握控制系统的组成、分类及基本性能要求。
教学重点：反馈的基本概念、控制系统工作原理分析、
域内的动态特性。
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
二、机械系统 定义——以实现一定的机械运动，承受一定的机械载 荷为目的，由机械元件组成的系统。 如：
•当研究某台机床切削加工过程中的动力学问题时； 切削加工过程 •当研究此台机床加工的工件的某些质量指标时；工件
•当研究此台机床的操作者在加工过程中的作用时； 操作者
功率 电压 放大器 放大器 u
执行 电动机
减速器
u2 调压器
热电偶 加热电阻丝
~220V
恒温箱自动控制系统
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
根据自己的生活和学习经验，列举控制系统的例子 问题：1）普通全自动洗衣机 2）全自动照相机的闪光系统、调焦系统 3）饮水机，微波炉 4）抽水马桶水箱的液面自动调节器
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合 元素之间的联系 外界对系统的作用 系统与外界的交互作用 系统对外界的作用 系统的要素
输入(激励) 干扰(扰动)
输出(响应)
系统的框图
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
广义系统——具备系统要素的一切事物或对象
机器系统
生命系统 社会经济系统
如:
课程性质
控制论
经典控制理论
本课程的主要内容
现代控制理论 “机械控制工程基础”是控制论(Cybernetics)与机械工程 技术理论之间的边缘学科，侧重介绍机械工程的控制原 理，同时密切结合工程实际，是一门技术基础课程。 机械制造技术发展的一个明显而重要的趋势——越来 越广泛而深入地引入了控制理论。
在雷达领域的应用
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
海洋探测机器人
1990年日本海洋科技中心 研制的“海沟号”缆控式 无人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
瑞典博福斯公司研制的“双鹰”水下扫雷机器人
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
பைடு நூலகம்
生产系统
思维、学习、工作
机械工程中的广义系统: 元件、部件、仪器、设备; 加工过程、操作设备、测量;
车间、部门、工厂、企业、
企业集团、全球制造行业等
第一章 绪论
非控制系统 系统 控制系统
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
人工控制系统 自动控制系统
非控制系统——仅具有由人工开、关两种状态的系统
如：搅拌机 （视频链接）
液面控制
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
工业：数控机床、轧钢机、恒温箱等
农业：恒温大棚、农业自动化机械 日常：冰箱、洗衣机、空调
应用范围
道路交通：信号灯控制、车牌自动识别
宇航：火箭、飞船、卫星 机器人、导弹制导、核动力等高新领域 生物、医学、环境、经济管理等其它
第一章 绪论
工业：
系统（a）
系统（b）
m-c-k单自由度系统
同一系统，不同的输入
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
动力学方程： （a）解： (t ) m (t ) 令 p=d/dtf （微分算子） (t ) ky(t ) cy y 2( ( m y t )cp c y t) )y 整理得： 系统 (a) (mp + + k (tky )=( ft() t) f (t )
控制系统的分类
第一章 绪论
一、控制论概述
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究