基础知识机电控制工程 ppt课件

2020/4/2
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第一节 术语定义
术语
– 系统
»定义
任何存在因果关系的一组物理元件 输入：因 输出：果
»数学模型
线性、定常、确定、集中参数、动态 常系数线性微分方程
»物理特性
机电系统
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控制与控制系统
– 控制
»按照预先给定的目标，改变系统行为或性能的方 法
– 控制系统
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传递函数转换为状态方程
x1 y 0u x2 y& 0u& 1u x&1 1u
M
xn
y (n1)
u (n1) 0
L
n1u x&n1 n1u
0 b0
1 b1 a1 0
M
n bn a1 n1 L an11 an 0
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p
yk (t) ykj (t) j 1
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状态方程
u1 (t ) u2 (t)
y1 (t ) y2 (t)
x1(t), x2 (t), xn (t)
up (t)
yq (t)
x& (t)A(t)x(t)B(t)u(t) y(t)C(t)x(t)D(t)u(t)
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第二节 典型机电控制系统
本节自学
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第三节 系统数学模型
概述
– 目的
»了解控制对象的特性 »进行定量分析
– 构成
»物理定律和系统关系
– 特点
»抽象近似
– 形式
»传递函数、状态方程
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输入－输出模型
u1 (t )
y1 (t )
u2 (t)
系
y2 (t)
统
y(t) u1(t) u2 (t)
Y (s) U1(s) U2 (s) U(s)
Y (s)
y(t) Байду номын сангаасu(t)
Y(s) U (s)
U (s)
Y (s)
Y (s)
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理论推导
– 列微分方程组 – 线性化处理 – 拉氏变换（代数方程组） – 画方块图 – 方块图简化，或消去代数方程组中间变量 – 输出输入之比即传递函数
»靠调节能量输入的方法，使得某些物理量受到控 制的一类系统
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控制系统分类
– 开环、闭环控制系统
输入 控制器
输出 受控对象
输入 + −
控制器
输出 受控对象
测量装置
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控制系统分类
– 串联、串并联
输入 + −
控制器
输出 受控对象
测量装置
输入 + −
串联 控制器
+ −
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方块图
y(t) Ku(t)
Y (s) KU (s)
U (s)
Y (s) K
t
y(t) g(t )u( )d Y (s) G(s)U (s) 0
U (s)
y(t) u1(t) u2 (t)
Y (s) U1(s) U2 (s) U(s)
Y (s) G(s)
Y (s)
机电控制工程
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教师资料
– 姓名：张嵘 – 办公地点：五金库2006 – 联系方法：71335 – E-mail：
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课程内容
– 机电系统建模 – 电机的原理与控制 – 伺服系统分析 – 实验
教学计划
– 第1~8周 讲课 – 第9~14周 实验 – 第15周课程设计讨论 – 第16周考试
传递函数
d n d y t n ( t ) a 1 d n d t 1 n y ( 1 t ) L a n 1 d y d ( t t ) a n y ( t ) b 0 d d m t u m j b 1 d d m t m 1 u 1 j L b m 1 d d u t j b m u j
( s n a 1 s n 1 L a n 1 s a n ) Y ( s ) ( b 0 s m b 1 s m 1 L b m 1 s b m ) U ( s ) G (s ) U Y ( (s s ) ) b 0 s s n m a b 1 1 s s n m 1 1 L L a b n m 1 s 1 s a b n m
4000
3000
3500 频 率 Hz
4000
4500 4500
5000 5000
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第四节 系统响应
时间响应
– 单位脉冲、单位阶跃、单位斜坡输入 – 时间域描述 – 瞬态响应、稳态响应 – 方法：反拉氏变换，部分分式展开
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实验测得频率特性
扫频信号发 生器
能量变换
被测对象
信号变 换
动态信号分 析仪
50 0
-50 -100 -150 -200
2000
0 -10 -20 -30 -40 -50
2000
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耦合信号1 相位 度
耦 合 信 号 1 幅 值 dB
2500 2500
3000
3500 频 率 Hz
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考核要求
项目
比例
作业
15％
实验
30％
大作业 考试
15％ 40％
备注
布置后两周内交齐， 过时无效 实验完成后两周内交 齐，过时无效
第16周交齐
开卷
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机电控制工程
第一章 基础知识
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概述
内容
– 术语定义 – 典型机电控制系统（自学） – 系统数学模型 – 系统响应 – 性能指标 – 控制器设计
up (t)
yq (t)
pq个 微 分 方 程
d d n t y n k j a 1 d d n t 1 n y 1 k j L a n 1 d d y t k j a n y k j b 0 d d m t u m j b 1 d d m t m 1 u 1 j L b m 1 d d u t j b m u j
传递函数转换为状态方程
0 1 0 L
0
0
1L
A M M M
0
0
0L
an an1 an2 L
C 1 0 L 0, D 0
0 1
0
2
M, B M
1
n1
a1 n
x& Ax Bu y Cx Du
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状态方程转换为传递函数 G (s)Y(s)C(sIA)1BD U(s)
输出 受控对象
并联 控制器
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控制系统分类
– 复合控制系统
输入 + −
前馈 控制器
串联 控制器
+ +
输出 受控对象
前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度
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控制系统分类
– 模拟、数字控制系统 – 调节、跟踪、伺服、过程控制系统
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