机械控制工程基础论文

机械工程控制基础综述

机械0906

摘要：制造业是“永远不落的太阳”，是现代文明的支柱之一，它即占有基础地位，又处于前沿关键；即古老又年轻，它是工业的主体，是国民经济的基础与核心；在今天信息技术如此迅猛发展，高新科技日新月异的时代，工程控制理论越来越广泛而紧密的与机械制造交融，已经成为推动机械制造业快速向前发展的一大助力。控制理论在机械工程控制中也是一样的只不过是由我们给它设定应作方式而已。一个好的控制系统就一定是相对比较稳定的控制系统，所以系统的稳定性在系统中是非常重要的。而系统要稳定必定于反馈有关。内容包括：拉普拉斯变换的数学方法，系统的数学模型，系统的时间响应分析，系统的频率特性，系统的稳定性，控制系统的性能指标与校正。关键词：工程控制系统时域频域稳定性性能指标校正

引言:机械工程控制理论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题。

随时间流逝，一学期的机械工程控制基础课程已接近尾声。一方面，为完成老师布置的作业，另一方面，也想对这门课谈谈自己的一些感受。机械工程控制基础虽是我们这一学期刚接触的学科，可它的基础理论在机械工程中有着极其重要的作用。通过曹老师生动而形象的讲授，我对这门课有了一个有侧重点的了解，并正努力在最短的时间内系统的学习吸收。在下面的内容中，我会详细的介绍。

同其他科目的学习一样，我们首先跟随曹老师学习本书的绪论。在绪论中，我们明确了什么是机械工程控制。机械工程控制论是研究

以机械工程技术为对象的控制论问题。具体地讲，是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，即研究系统在一定的外界条件（即输入与干扰）作用下，系统从某一初始状态出发，所经历的整个动态历程，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。例如，机床数控技术中，调整到一定状态的数控机床就是系统，数控指令就是输入，而数控机床的运动就是输出。机械工程控制主要研究并解决的两方面问题是：一是研究系统的动态特性、内部信息传递的规律及其受到外加作用后的反应，从而决定采用哪种控制策略以求实现对系统的最优控制--即系统的最优控制；二是对于某些机械工程中的问题，例如机械振动、噪声、加工质量和灵敏度等，应用控制论的观点和思想方法揭示出它们的本质，从而找到有效的解决方法--即系统分析。

第二章谈论的是系统的数学模型。为分析、研究一个系统进而对该系统进行控制，不仅要定性的了解该系统的工作原理及其特性，更重要的是定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、参数与动态性能之间的关系。这就要求我们建立系统的数学模型。数学模型有许多不同的方式。随着具体系统和条件的不同，不同数学模型的表达式适合于不同的系统。建立数学模型的方法主要有分析法和实验法。但是，我们也应该注意建立模型时，列微分方程时应注意的几个问题：阐明传递函数的概念和意义；阐明如何从系统或典型环节的微分方程获得其相应的传递函数，并列举一些物理系统传递函数的推导方法。由于模型的建立需要做大量的图形和计算，我们在这里就不详细举例了。

在第二章我们也学习了控制工程中运用最基础的数学方法--拉

普拉斯变换。这个公式是我们学习控制工程前面基础内容的基本方法。它的几个典型变换为我们学习后面的传递函数的运算奠定了坚实的基础。说到传递函数，则是贯穿整个控制工程理论基础的核心内容。它是我们分析每一个系统性能的依据。例如，稳定性的分析。系统稳

定性是指：设一线性定常系统原处于某一平衡状态，若它瞬间受到某一扰动作用而偏离了原来的平衡状态，当此扰动撤消后，系统仍能回到原有的平衡状态，则称该系统是稳定的。反之，若系统对干扰的瞬态响应随着时间的推移而不断扩大或发生持续振荡，则系统为不稳定。由此可知：线形系统的稳定性取决于系统的固有特征（结构、参数），与系统的输入信号无关。而判断系统稳定性的参数，都来自于传递函数及其有关公式的计算。。

第三章和第四章分别介绍了控制系统的时域分析和频率特性。在这两章的学习中，老师花了很多时间给我们介绍了二种图形的做法，这三种作图法分别是奈奎斯特图，伯德图。这使我们在研究系统各项特性时，方便了许多。通过图形的分析判断，使我们一目了然的找到所需要的参数，从而对系统能在最短的时间内，做出准确的分析和判定。图形的做法及原则，每种图形都不尽相同，在这里就不一一介绍了，具体了解可查阅课本及相关资料。

第五章介绍的是系统的稳定性，这一章是最重要的的，因为它是系统能不能正常工作的保证。控制系统在外部拢动信号作用下偏离其原来的平衡状态，当拢动作用消失后，系统能以足够的精度恢复到原来的平衡状态，则系统是稳定的；否则，系统是不稳定的。曹老师给我们讲了劳斯稳定判据，劳斯稳定判据的必要且充分条件是：（1）系统特征方程的各项系数皆大于零；

（2）劳斯阵列第一列元素符号一致，则系统稳定。否则系统不稳定。

第一列元素符号改变次数就是特征方程中所包含的右根数目。

奈奎斯特稳定判据简称为奈氏判据，它是利用系统开环奈奎斯特图判断闭环系统稳定性的频率域图解方法。它是一种几何判据。利用奈氏判据也不必求取闭环系统的特征根，而是通过系统开环频率特性Ｇ(jω)H(jω)曲线来分析闭环系统的稳定性。

奈奎斯特稳定判据为：在开环传递函数G(s)H(s)中，令s=jω，当ω在-∞至+∞范围内变化时，可画出闭合的极坐标图（奈奎斯特图），它以逆时针方向绕（-1，j0）点的圈数为N，假定开环极点在[s]右半平面的个数为P，当满足于N=P的关系时，闭环系统是稳定的。

利用开环频率特性G(jω)H(jω)的波德图，也可以来判别系统的稳定性。这种方法有时称为对数频率特性判据，简称对数判据或波德判据，它实质上是奈奎斯特判据的引深。

对开环稳定的系统(P=0)时，在ω从0变化到+∞时，在L(ω)≥0的区间，若相频特性曲线ϕ(ω)不穿越 -180︒线，则系统闭环系统稳定；对开环不稳定的系统(P≠0)时，在ω从0变化到+∞时，在L(ω)≥0的区间，相频特性曲线ϕ(ω)在-180︒线上正负穿越次数之差为N=P/2次，则闭环系统是稳定的。

通过曹老师的讲解让我理解了稳定性的各种判定方法，也知道了他的重要性。

由于课时的限制，老师把第六章定为我们学习的最后一章，它所涉及的内容是控制系统的性能指标与校正方式。并没有太详细的介绍这一部分，只是初略的了解了一下几种校正的方式：串联校正、并联校正（反馈校正）和PID校正器校正三种运用较为普遍的方法。但此部分却是不可忽视的一部分。至少，我们应该知道：一、系统分析的特点：由控制系统的参数分析其稳定性，确定性，快速性。二、系统设计的特点：由确定系统结构参数来判断系统稳定、满足一定的准确性和快速性要求。

以上就是我对机械工程控制基础这门课的学习。吃水不忘挖井人，求知也不能忘记授业人。曹老师的讲课很细心和认真，使我们作为您的学生倍感骄傲。特别是当我们有不能理解的地方和以前学过却忘记了的地方，老师总是不厌其烦的讲解直到我们理解了为止，这也是我