1 机械控制工程基础
大工15秋《机械控制工程基础》在线作业1满分答案
大工15秋《机械控制工程基础》在线作业1满分答案大工15秋《机械控制工程基础》在线作业1一、单选题（共10道试题，共60分。
）1.系统的截止频率越大则（）A.上升时间越小B.上升时间越大C.稳态误差越小D.快速性越好正确答案：A2.下面系统各环节的连接方式不对的是（）A.串联连接B.并联连接C.反馈连接D.混合连接正确答案：D3.XXX图上以原点为圆心的单位圆对应于伯德图上面的（）A. 5dB线B. 3dB线C. 1dB线D. 10dB线正确答案：C4.某二阶系统阻尼比为2，那么系统阶跃响应是（）A.等幅振荡B.单调衰减C.振荡衰减D.振荡发散正确答案：B5.单位负反馈的开环传递函数为G(s)，则其闭环系统的前向传递函数与（）A.反馈传递函数相同B.闭环传递函数相同C.误差传递函数相同D.开环传递函数相同精确答案：D6.求线性定常系统的传递函数条件是（）A.稳定条件B.零初始前提C.稳态前提D.瞬态前提正确答案：B7.控制框图的等效变换原则是变换前后（）A.输入量和反馈量保持不变B.输出量和反馈量保持不变C.输入量和干扰量保持不变D.输入量和输出量坚持不变精确答案：D8.下面基本函数的传递函数不包括（）A.积分环节B.一阶微分环节C.扩大环节D.延时环节精确答案：C9.一般开环控制系统是（）A.不稳定系统B.时域体系C.频域体系D.稳定系统精确答案：D10.微分环节是高通率坡起，将使系统（）A.增大干扰误差B.减小干扰误差C.增大阶跃输入误差D.减小阶跃输入误差精确答案：A大工15秋《机械控制工程基础》在线作业1二、多选题（共5道试题，共20分。
）1.有关频率特性，下面说法正确的有（）A.能够看出幅值和相位随着频率变化 B.对数频率特性图是通用形式之一 C.对数幅相特性图是通用形式之一D.无法判断精确答案：ABC2.体系的误差可以分为（）A.稳态误差B.瞬态误差C.动态误差D.静态误差精确答案：AC3.频率特性不包括（）A.幅频特性B.延迟特性C.相频特性D.脉冲特性精确答案：BD4.允许误差的百分比通常取（）A. ±5%B. ±2%C. ±20%D. ±15%正确答案：AB5.可以表征体系动态特性的有（）A.频率特性B.惯性特性C.微分方程D.积分方程正确答案：ACD大工15秋《机械控制工程基础》在线作业1三、判断题（共5道试题，共20分。
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
1机械工程控制基础(第五版)__第一章绪论概论
②如何控制一个机电系统，使之按预定的 规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实 现最佳控制打下基础。
2020年11月19日2时6分
主要内容介绍
(一) 绪论 控制系统的基本工作原理，控制系统的几种分 类，控制理论的发展史，对控制系统的基本要 求。
(二) 控制系统的数学模型及传递函数 LAPLACE变换，系统的数学模型，传递函数， 典型环节的传递函数，系统的方框图及其联接， 系统的信号流程图。
(三) 线性系统的时域分析 典型输入信号，控制系统的时域性能指标，一 阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应，系 统的稳态误差。
2020年11月19日2时6分
本课程所分析的系统，涉及机械、电气， 所以在建立数学模型时，需运用到理论 力学、电工、机械原理等多门课程的知 识。
2020年11月19日2时6分
第一章 绪论
基本内容
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务 1.2 系统及其模型 1.3 反馈 1.4 控制系统的分类 1.5 对控制系统的基本要求
本章难点
主要内容介绍（续）
(四) 频率特性分析法
频率特性的基本概念，典型环节的频率特性， 系统的开环频率特性的绘制，系统的闭环频率 特性。
(五) 控制系统的稳定性分析
稳定性的基本概念，代数稳定性判据，频域稳 定性判据，系统的相对稳定性。
(六) 系统的校正方法
系统校正的一般概念，串联校正，反馈校正。
2020年11月19日2时6分
中南林业科技大学-机电工程学院
2020年11月19日2时6分
讲授人：龚中良 教 材：《机械工程控制基础》（第五版）
机械工程控制基础知识点
机械工程控制基础知识点●控制论的中心思想：它抓住一切通讯和控制系统所共有的特点，站在一个更概括的理论高度揭示了它们的共同本质，即通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。
机械工程控制论：是研究机械工程技术为对象的控制论问题。
（研究系统及其输入输出三者的动态关系）。
机械控制工程主要研究并解决的问题：（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。
（4）当系统的输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识。
（5）当系统已定，输出已知时，以识别输入或输入中得有关信息，此即滤液与预测。
●信息：一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。
信息传递/转换：是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递。
信息的反馈：是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。
如果反馈回去的讯号（或作用）与原系统的输入讯号（或作用）的方向相反（或相位相差180度）则称之为“负反馈”；如果方向或相位相同，则称之为“正反馈”。
●系统：是指完成一定任务的一些部件的组合。
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：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的。
闭环系统：系统的输出量对系统有控制作用，或者说，系统中存在反馈的回路。
开环系统与闭环系统的区别：开环系统构造简单，不存在不稳定问题、输出量不用测量，开环系统对系统悟空制作用；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，对系统有控制作用。
线性系统：系统的数学模型表达式是线性的系统。
线性的定常系统：用线性常微分方程描述的系统。
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。
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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
机械工程控制基础-课件
0, t 0 I (t ) 1 , t 0
1 I (t )e dt s
, t 0 (t )} 0 , t 0
st
• 2 单位脉冲函数
L[ (t )] (t )e dt 1
0
• 3 单位斜坡函数
L[( t )]
t
0
f (t ) g ( )d f (t ) * g (t ) 叫做
of f (t ) and g (t ).
2-5 拉氏逆变换
• 1 拉氏逆变换的三种方法 • (1)查表法 由拉氏变换表直接查出与像函数 F(s)对应的原函数f(t). • (2)留数定理法 利用留数定理计算像函数的 原函数。 • (3) 部分分式法 先把像函数分解为部分分式，
L[ f (t )] F (s)
0
f (t )e st dt, t 0
• 2 拉氏逆变换 • 定义式
s j,
f (t ) 原函数，F (s) 像函数
2-3 典型时间函数的拉氏变换
• 1 单位阶跃函数
L[ I (t )}
st 0
其中， p1 , p 2 , p n 是极点， k1 , k 2 , k n 是待定常数 .则
• 例题2-6 p22
• （2）F(s)有重极点
F (S ) k11 B( S ) a n ( s p1 ) r ( s p r 1 ) ( s p n )
kn k12 k1r k r 1 r r 1 s p1 s p r 1 s pn ( s p1 ) ( s p1 ) 其中， p1 , p 2 , p n 是极点， k11 , k12 , k n 是待定常数 . k11 F ( s )(s p1 ) r k12
机械工程控制基础考试题完整版1
机械控制工程基础一、填空题1. 线性控制系统最重要的特性是可以应用 叠加 原理，而非线性控制系统则不能。
2．反馈控制系统是根据输入量和 反馈量 的偏差进行调节的控制系统。
3. 根据自动控制系统是否设有反馈环节来分类，控制系统可分为开环_控制系统、_闭环控制系统。
4. 根据系统输入量变化的规律，控制系统可分为 恒值 控制系统、 随动 控制系统和 程序控制系统。
5. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。
6. 根据控制系统元件的特性，控制系统可分为线性 控制系统、 非线性_控制系统。
7. 线性控制系统其输出量与输入量间的关系可以用 线性微分 方程来描述。
8. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、 快速性 和准确性。
9. 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数等。
10. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
11. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于 系统本身的结构和参数 ，并且只适于零初始条件下的 线性定常 系统。
12. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终稳定状态的响应过程。
13. 脉冲信号可以用来反映系统的抗冲击能力。
14. 单位斜坡函数t 的拉氏变换为21s。
15. 单位阶跃信号的拉氏变换是 1 。
16．在单位斜坡输入信号作用下，0型系统的稳态误差 ∞ 。
17. I 型系统G s Ks s ()()=+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下，稳态误差为 ∞ 。
18. 一阶系统11Ts +的单位阶跃响应的表达是Tte --1。
19．决定二阶系统动态性能的两个重要参数是阻尼系数ξ和 无阻尼固有频率ωn 。
20. 二阶系统的典型传递函数是2222nn nw s w s w ++ξ。
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。
机械工程控制基础1-绪论
系统性能指标与校正 6 系统辨识初步 9
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•本课程与其它课程的关系：
电路
大学物理
电机学
复变函数
与积分变换 模拟电子技术
线性代数
机械控制工程基础
高等数学
各类
专业课
线性系统
现代控
制理论
6
• 主要参考资料
1.机械工程控制基础（第五版） 杨叔子等编著 华中科 技大学出版社 2005年7月
2.自动控制原理 卢京潮主编 西北工业大学出版社 2009年
机械控制工程基础是一门技术学科，从方法论的 角度来研究系统的建立、分析与设计，《机械控制工 程基础》是本学科的技术基础课。
2
➢课程任务
讲述经典控制理论的基本概念、理论和分析方 法。本课程的主要学习内容包括：绪论，积分变换， 系统的数学模型，时间响应分析，频率特性分析， 系统的稳定性分析和系统的性能指标与校正等，属 于经典控制论的基本知识。
解：在电热水器系统中，水箱内的水
温需要控制，即水箱为控制对象。水 的实际温度是被控制量，或系统的输 出量，设为To，输入量为用户希望的 温度，设为Ti；由于放出热水并注入冷 水或水箱散热等原因而使水箱内水温 下降为系统的干扰。
当To= Ti时，测温元件将实际温度转化成电信号，与温控开关预先设 定的信号进行比较得到的偏差信号为0，此时加热器不工作，水箱中 的水保持希望的温度。当注入冷水使To下降时，偏差不为0，电控开 关接通电源使电加热器工作对水加热，直到To= Ti为止。
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我国古代自动控制系统 方面的成就
●一千多年前：铜壶滴漏计 时器、指南针、各种天文仪 器
中国， 埃及和 巴比伦 出现自 动计时 漏壶
中国马钧研制出用齿轮传动 14 的自动指示方向的指南车
机械工程控制基础【共81张PPT】精选全文完整版
2、传递函数确定
（1）对实验测得的系统对数幅频曲线进行分段处理。即用斜率 为20dB/dec整数倍的直线段来近似测量到的曲线。
（2）当某处系统对数幅频特性渐近线的斜率发生变化时，此 即为某个环节的转折频率。①当斜率变化+20dB/dec时,可知处 有一个一阶微分环节Ts+1; ②若斜率变化+40dB/dec时，则处 有一个二阶微分环节 (s2/ 2n+2s/n+1) ③ 若斜率变化 20dB/dec时,则处有一个惯性环节1/(Ts+1);③若斜率变化40dB/dec时，则处有一个二阶振荡环节1/ (s2/ 2n+2s/n+1) 。
系统开环的对数幅频特性:
n
L() 20 lg A() 20 lg[ Ai ()]
n
20 lg Ai ()
i 1
i 1 n
Li ()
开环相频特i性1 :
n
() G( j) i ()
由此看出，系统的开环i对1 数幅频特性L(ω)等于各
个串联环节对数幅频特性之和；系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的开环相频特
性 等于各个环节相频特性之和。
即用斜率为 20dB/dec整数倍的直线段来近似测量到的曲线。
绘图制4-1系7 统纯开微环分2对环数节幅的频Bo特de性图曲线的一般步骤：
2
(2) 将各环节的对数幅频特性和相频特性曲线分别画于半对数
极坐标图在 时，在实轴上的投影为实频特性 ，在虚轴上的投影为虚频特性
对数相频特性横轴采用对数分度，纵轴为线性分度，单位为度。
曲线。
对数幅频特性的纵轴
为L(ω)=20lgA(ω)采用线 性分度，A(ω)每增加10 倍，L(ω)增加20dB；横坐 标采用对数分度，即横 轴上的ω取对数后为等 分点。
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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Elements of Mechanical Control Engineering
天津大学机械工程学院 陈永亮
主教材：《控制工程基础 控制工程基础》 》第2版，王积伟等. 高等 教育出版社 (2010)
参考教材
1、机械控制入门，（日）雨宫好文 主编 末松良一 著，科学出版社，OHM社，北京，2000年 2、 控制系统基础， （美）S. Gupta 著 ，机械工业出 版社(2004.7) 3、现代控制系统 第11版 (美)Richard C. Dorf, Robert H. Bishop著 谢红卫，邹逢兴等译 ，多尔夫 Richard C. (Dorf,Richard C.) 著，北京 高等教育出版社 2011 4、现代控制工程 第四版 Modern control engineering Third edition (美)Katsuhiko Ogata著 卢伯英，于海勋等 译，尾形克彦 Katsuhiko (Ogata, Katsuhiko) 著，北京 电子工业出版社 2011
控制理论的中心思想是通过信息 的传递、加工处理并加以反馈来进 行控制，控制理论也是信息学科的 重要组成部分。 典型机电产品（mechatronics）, 如工业机器人、数控机床、自动引 导车等都广泛应用了控制理论。
研究机械控制理论的目的是为复杂机 械装备或系统的设计、建造提供新的原 理。 即： 1）分析给定 ）分析给定控制系统 控制系统的工作情况 的工作情况 2）设计和实现更好的 ）设计和实现更好的控制系统 控制系统。 。 反馈原理就是一种对控制系统的设 计有深远影响的原理。
u (t )
开环系统
Disturbances
y (t )
给定值 r ( t) 控制器
控制量 u(t) 被控对象
被控量 y ( t)
The system
闭环控制系统 A closedclosed-loop control system Goals Controller
u (t )
Disturbances The system
能量：噪声、发 热 物料：有序整列物料
物料：无序物料
电气系统
供料器
1.2 控制系统的基本概念与原理
2
基本原理
1 自动控制 在无人参与情况下，利用外加的设备或装 置（称为控制装置或控制器），使机器、设 备、或生产过程（称为被控对象）的某个工 作状态或参数（称为被控量）自动按照预定 的规律运行。 例：数控机床能按预先排定的工艺程序自动 地进刀切削，加工出预期的几何形状； 温度控制系统能够保持恒温，如3D打印机加 热系统 机器人、飞机自动驾驶、雷达系统、
Anyway, our purpose is not to give a comprehensive history but simply to give a flavor for the evolution of the field.
更趋近于
控制论的哲学原理探讨 （1）是现代自动化的理论与方法基础； （2） 控制论是关于机器的自动控制、加 工和存储信息行为的理论； （3）探讨辨证的动态系统 （4）控制研究普遍规律，来自客观世界， 运用于客观世界
控制理论（ Control theory ）是系统 理论（system theory）的一个分支 [Zadeh L.A., 1963]
Control theory is often regarded as a branch of the general, and somewhat more abstract, subject of system theory.
负反馈控制系统
+ -
控制器
+
+
1.3 开环控制与闭环控制 按照有无反馈来分类： 开环控制系统：输出不返回输入去参与控制 闭环控制系统：输出返回输入并参与控制 半闭环控制系统：系统局部输出返回局部输入并 参与局部控制
1 7
被控装置
xi
2
3
4
5
6
xo
反馈元件
1——控制装置，2——测速电机，3——电流电机。4——滚珠丝杠螺母副，5——工作台 6——（角）位移测量仪 a.假如没有速度反馈，只有位置反馈，其方块作用图 b.如果有速度反馈，而且也有位置反馈，其方块作用图
过程控制工程（流程装备）
…
…
（雷达、火炮等军事装备） 特征 特征：单输入-单输出，频率域 经典控制理论(Classical Control Theory) )的代表人物： Bode, Nyquist, Nichols, Evans 应用：化工、炼油、冶金等工业 部门
1
现代控制理论(“Modern
输入 输出 信息：控制信号 信息：运行情况 能量：外接电源 振动供料器 总功能：物料状态 变化
的部件或功能 功能单元的组合
In more general terms, a control system is an interconnection of many components or functional units in such a way as to produce a desired result.
闭环控制系统缺点： The advantages of feedback are gained at the expense of certain disadvantages, the principal ones being: 1 稳定性 The possibility of instability is introduced and stability becomes a major design concern. Actually, feedback can either stabilize or destabilize a system. 增益损失
其他控制方法： 鲁棒控制(Robust Control
Control Theory”.)形成于20世 纪60年代（导弹、数控、空间 技术） 特征：多输入-多输出，时间 域 现代控制理论的代表人物： Wiener, Kalman
Theory) ，自适应控制 (adaptive control) ，智能控制 (intelligent control) ，非线性 控制(nonlinear control ) 应用：大系统、人工智能控 制
人工控制的恒温箱系统功能框图
人工控制过程的实质：检测偏差，纠正偏 差
恒温箱自动控制系统的构成简图
恒温箱自动控制系统工作原理 **通过热敏电阻（检测元件）观测恒温箱内的温 度（被控制量） **热敏电阻将实际温度转换为电压信号 **恒温箱要求的温度通过电压给出，实际温度 （电压信号）与要求的温度（给定量）进行比较， 得到温度偏差的大小和方向 **根据偏差大小和方向通过功率放大-驱动，自 动调节输出电压，控制加热电阻丝的电流以调整 温度回复到要求的温度（给定量） 自动控制过程的实质：检测偏差，纠正偏差
–闭环控制数控机床
齿 轮 箱 伺服电动机 工作台 直线光栅 丝杠
按伺服系统控制方式分类
–半闭环控制数控机床
齿 轮 箱 伺服电动机 进给脉冲 丝杠 编码器
32
工作台 编码器
数控 装置
进给脉冲
伺服电动 机驱动器
数控 装置
伺服电动 机驱动器
位置反馈
31
位置反馈
开环控制系统 An openopen-loop control system Goals Controller
例：恒温自动控制系统 电路原理图
恒温箱自动控制系统功能框图
4
综上所述，控制系统的工作原理为： **检测输出量（或被控量）的实际值 **将实际量的输出值与给定值（或输入量）进行 比较得出偏差 **用偏差值产生控制调节作用以消除偏差，使得 输出量维持期望的输出
反馈控制：输出返回输入并参与控制 反馈控制建立在偏差基础上，其本质是检测偏差 并纠正偏差 反馈控制系统：基于反馈原理，应具备测量、比 较、执行三个基本功能 正反馈与负反馈
~ ug ub
控制量：ud = K (ug-ub) 偏差信号：ug-ub 偏差信号 按偏差调节：n↑→ub↑→( ug-ub)↓→ud↓→ n↓
n k ud
6
闭环控制优点 The advantages of feedback control are: 1 自动跟踪输入函数 The system output can be made to follow or track the specified input function in an automatic fashion. The name automatic control theory is frequently used for this reason. 2 抗干扰 System performance is less sensitive to variations of parameter values. System performance is less sensitive to unwanted disturbances
2
系统 控制系统 (Systems, and control systems )
系统是为完成一定任务的一些部件
振动给料机=机械系统+电气系统 机械系统
组合 。
一般地，控制系统 控制系统是为产生期望结果
According to the Encyclopedia Americana, a system is “…an aggregation or assemblage of things so combined by nature or man as to form an integral and complex whole….”