机械控制工程基础.
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”。
机械控制工程基础第一章 绪论
3.4
速度（斜坡）函数、加速度（抛物线）函数
x(t) = A ·2 / 2 t F(s)=A/s3
x(t) = At F(s)=A/s2
这两种信号在随动系统分析中最常见。
5. 脉冲函数
, t 0 (t ) 0, t 0
(t )dt 1
L(s)=1 6. 正弦函数 x(t) = Asinwt L(s) = Aw /( s2 + w2 )
三、微分定理
若 L [ f (t) ] = F (s) 当初始条件 f( 0) = 0 当初始条件 f(0) =f ’(0)=f"(0)=…= 0
则 L [d f(t) / dt] = sF(s) L [dnf (t) / dtn ] = snF(s)
例.d3x0(t/) / dt + 2d2x0(t) / dt + 3dx0(t) / dt + x0(t) = 2dxi(t)/dt + xi(t)
六、初值定理
若 则 L [ f (t) ] = F (s)
f (0) lim f (t ) lim s F (s)
t 0 s
条件： lim f (t ) 存在 t0 应用：确定元件或系统的初始值。
§ 3
拉氏反变换
若 F(s) = F1(s) + F2(s) + F3(s) + … 当 Fi(s) 比较简单，可通过查表求得。
α2 、 … 、 αn可由方法1求得， α11 、 α12 、 α13 可由下式求得
A( s ) ] |s p B(s) d ( s p1 ) F ( s ) 12 [ ] |s p ds 2 1 d ( s p1 ) F ( s ) 13 [ ] |s p 2 2! ds
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。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如工作总结、工作报告、工作计划、心得体会、讲话致辞、教育教学、书信文档、述职报告、作文大全、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor.I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!Moreover, our store provides various types of practical materials for everyone, such as work summaries, work reports, work plans, reflections, speeches, education and teaching, letter documents, job reports, essay summaries, and other materials. If you want to learn about different data formats and writing methods, please stay tuned!机械工程控制基础教学大纲《机械工程控制基础》课程教学大纲一、本课程性质、地位和任务性质：《机械工程控制基础》是机电一体化专业本科段计划规定必考的一门专业基础课。
机械控制工程基础
动力学方程：(mp2+cp+k)y(t)=（cp+k)x(t) 左端算子:(mp2+cp+k)由系统本身结构与参数决定， 固有特性，与外界无关。 右端算子:（cp+k)反映系统与外界关系，与输入有关。
系统数学模型
对一般线性系统，可建立微分方程：
(anpn+an-1 pn-1+…+a1p1+a0)y(t)= (bmpm+bm-1 pm1+…+b1p1+b0)x(t) y(0)=y0 y′(0)=y0′ … yn-1(0)=y0(n-1)
系统中的量
1、 输出量（被控量、被控参量）x0：最终控制的目标值。 2 、控制量（给定量） xi ：根据设计要求与输出量相适应的 预先给定信号。 3、干扰量（扰动量）：引起输出变化的各种外部和内部条 件，属于一种偶然的无法人为控制的随机输入信号。 4、 输入量：控制量与干扰量的总称，一般多指控制量。 5、 反馈量：由输出端引回到输入端的量。 6、 偏差量：控制量与反馈量之差。 7、 误差量：实际输出量与希望输出量之差值。 e (t)=x0 (t)—x0*(t)
研究对象与任务
分析系统，就是分析x(t)、g(t)、y(t)三者关系（动态历程）
（3）初始条件：系统在x(0-)时的状态。 x(0-）视为一种特殊 的输入。 （4）动态历程：即系统的输出y(t)随t而变化的过程， 或系统从一种稳态到另一稳态之间所经历的过程。 动态特性：系统在过渡过程中，输出响应的快速性和平稳性 静态特性：过渡过程结束后，系统工作的准确性（稳态误差） 稳定性、快速性、准确性是系统设计的三大指标要求。
系统分类
闭环系统：通过反馈环节调节输入，高精度。 例：数控机床 附加检测（反馈）装置
《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》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。
机械控制工程基础实验报告
机械控制工程基础实验报告一、实验目的机械控制工程基础实验是机械工程及相关专业的重要实践环节，通过实验可以加深对机械控制工程基本理论的理解，掌握控制系统的性能分析和设计方法，提高实际动手能力和解决问题的能力。
本次实验的具体目的包括：1、熟悉典型控制系统的组成和工作原理。
2、掌握控制系统数学模型的建立方法。
3、学会运用实验设备对控制系统的性能进行测试和分析。
4、培养团队合作精神和创新思维。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：1、控制实验台：包括电机、传感器、控制器等部件，用于构建控制系统。
2、计算机：安装有相关的实验软件，用于数据采集和处理。
3、示波器：用于观察系统的输入输出信号。
三、实验原理1、控制系统的组成控制系统通常由控制对象、控制器、传感器和执行机构组成。
控制对象是被控制的物理设备或过程，控制器根据传感器采集到的系统状态信息，按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构作用于控制对象，使系统的输出达到预期的目标。
2、控制系统的数学模型数学模型是描述控制系统动态特性的数学表达式，常用的有传递函数和状态空间方程。
传递函数是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
状态空间方程则是用一组一阶微分方程来描述系统的动态特性。
3、控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、准确性和快速性。
稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够恢复到平衡状态的能力；准确性是指系统的输出与期望值之间的偏差大小；快速性是指系统从一个状态过渡到另一个状态所需的时间。
四、实验内容1、一阶系统的响应特性实验构建一阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应，记录响应曲线。
通过改变系统的参数，如时间常数，分析其对系统响应速度和稳定性的影响。
2、二阶系统的响应特性实验构建二阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应。
调整系统的阻尼比和自然频率，研究其对系统的超调量、调节时间等性能指标的影响。
3、系统的频率特性实验给系统输入不同频率的正弦信号，测量系统的输出幅值和相位，绘制系统的幅频特性和相频特性曲线。
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。
12
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
23
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
数控机床、工业机器人、机床动态分析之一，强调用系统的、反馈的、控制的 方法来分析研究工程实际问题。
课程任务与学习要求 课程任务
通过课程教学，使学生掌握经典控制理论的基本原 理和思想方法，初步培养进行系统分析与校正的能力，
结合后续专业课程的学习，为将来在机械电子工程中
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
1954年我国科学家钱学森出版专著《工程控制论》 (英文版)，首先把控制论推广到工程技术领域。
二、机械工程控制论的研究对象
机械工程控制论 研究机械工程技术中广义系统的动力学问题 研究的对象：系统（广义系统） 研究的任务：动力学问题 研究的领域：机械工程领域
第一章 绪论
元素
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
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。
教室里的照明系统
控制系统——系统的可变输出，能按照要求由参考输
入或控制输入进行调节的系统
第一章 绪论
如: 空调
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
自动控制系统 教室中的风扇 人工控制系统
温度计
加热电阻丝
调压器
~220V
人工控制的恒温箱
第一章 绪论
比较 给定信号 u1
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
恒温恒湿试验箱又名环境试验箱，实验各种材料的耐热、耐寒 、耐干、耐湿性能。适合电子、电器、食品、车辆、金属、化 学、建材等实验
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
三、机械工程控制论的研究任务 动力学问题 即输入或激励，包括外加控制与外界干扰 ——机械工程技术中的广义系统在一定的外
界条件作用下，从一定的初始状态出发，经历由其内
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
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
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）
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
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
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
（ a）
2 cy (t ) (t+ (t+ y ) c x ) k kx (( tt )) （系统 b）解： (b) m (mp + cp kky )y( (tt) )=( cp )x
系统的固有特性: mp 2 + cp + k 系统的输入或激励: f(t)， x(t) 系统与外界之间的关系: 1， cp+k 代表了系统在一定外界条件下的动态历程 系统对输入的响应（系统的输出）：y(t)
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、
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
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
部的固有特性所决定的整个动态历程； 研究这一过程中，系统及其输入、输出三者之间的动 即由系统的结构与参数所决定的特性 态关系。
下面，我们通过一个简单的例子，让大家更深刻的理解
“机械工程控制论的研究任务”这一问题。
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
例1-1 弹簧-质量-阻尼单自由度系统
（ 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
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：
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。
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:
在一定条件下，动态模型可以转换为静态模型。
动态模型是描述系统的动态历程的，机械工程控制 论研究的是机械工程技术中广义系统的动力学问题， 所以往往需要采用动态数学模型，即需要建立微分方 程或差分方程来描述系统的动态特性。