控制工程基础-车辆.ppt
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1、1,控制工程基础,课程总结,2,考试题型: 第一部分(40分): 填空题(20分) 、选择题 (20分) 第二部分(60分): 1、用部分分式法求原函数 2、数学模型(直线运动机械系统) 3、方框图简化 4、时域分析法(瞬态响应的性能指标) 5、频域分析法(频率响应+伯德图) 6、系统稳定性判定(劳斯判据) 7、稳态误差的计算,关于“控制工程基础”课程考核说明,综合成绩:平时20% + 末考80%,3,控制系统,控制系统的概念,对控制系统的基本要求,控制工程基础课程结构,分析,设计,常用校正方式,PID校正,超前校正,滞后超前校正,滞后校正,4,1.工作原理,首先检测输出量的实际值,将实际值以
2、某种方式(返回输入端,称“反馈量”)与给定值(输入量)进行比较得出偏差值,再用偏差值产生控制调节信号去消除偏差。,闭环控制系统一般由给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等组成。,2.闭环控制系统的组成,3.反馈的概念,输出量通过检测装置将信号返回输入端,并与输入量进行比较的过程。,第1章 绪论,5,4.控制论的本质,是通过信息的传递、加工处理并加以反馈来进行控制,控制理论是信息学科的重要组成方面。,5.机械工程控制论,是以机械工程技术为对象的控制论问题,是研究这一工程领域中广义系统的动力学问题,即研究系统及其输入、输出之间的动态关系。 机械工程控制论的主要研究以下内容:
3、(1)系统分析 (2)最优控制 (3)最优设计 (4)系统识别 (5)滤波与预测,第1章 绪论,6,6. 控制系统的基本要求,稳定性: 控制系统工作的首要条件。指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 快速性: 系统的输出量和输入量产生偏差时,消除这种偏差过程的快速程度。 准确性: 调整过程结束后系统的输出量与输入量之间的偏差。,第1章 绪论,7,分析控制系统:工作原理、动态特性、系统的稳定性、准确性、快速性 设计控制系统:设计满足稳、准、快要求的系统,并加以实现,课程结构体系,第1章 绪论,8,拉普拉斯变换的定义,复变量,原函数,象函数,拉氏变换符号,典型时间函数的拉普拉斯变换,欧
4、拉公式,第2章 拉斯变换的数学方法,9,拉氏变换的定理,第2章 拉斯变换的数学方法,10,计算拉普拉斯反变换方法:,1. 查表法,拉氏反变换,2. 采用部分分式展开法,第2章 拉斯变换的数学方法,11,解:,第2章 拉斯变换的数学方法,12,主要内容:,系统微分方程的建立 传递函数 方块图及动态系统的构成,在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉氏变换与引起该输出的输入量的拉氏变换之比。,传递函数反映系统本身的动态特性,只与系统本身的结构参数有关,与外界输入无关。,第3章 系统的数学模型,传递函数:,13,比例环节:K,一阶微分环节:Ts+1,二阶微分环节:,积分环节:,惯性环节:,二阶振荡环节
5、:,微分环节:s,第3章 系统的数学模型,传递函数的典型环节,延迟环节:,第3章 系统的数学模型,14,例:试求如图所示机械系统的传递函数。其中,F(t)为系统的输入外力,y(t)为系统的输出位移,M1和M2为质量块,K1和K2为弹簧的弹性系数,B为阻尼器的阻尼系数。(忽略质量块重力作用)(共10分),第3章 系统的数学模型,第3章 系统的数学模型,15,第3章 系统的数学模型,第3章 系统的数学模型,16,系统方框图的简化,方框图的运算法则,串联、并联及反馈连接,方框图的等效变换法则,求和点的移动 引出点的移动,第3章 系统的数学模型,开环传递函数,误差传递函数,17,第3章 系统的数学模型
6、,例:求如图所示控制系统的传递函数。,第3章 系统的数学模型,18,第3章 系统的数学模型,19,时间响应:系统在输入信号作用下其输出随时间变化的规律。时间响应分为两部分:瞬态响应和稳态响应。,瞬态响应:系统受到外加作用激励后,从初始状态到最终状态的响应过程,又称动态过程、瞬态过程。,稳态响应:时间趋于无穷大时,系统的输出状态。即稳态响应是瞬态过程结束后仍然存在的时间响应。,第4章 系统的时域分析,20,一阶系统的时间响应,单位阶跃响应,单位脉冲响应,单位斜坡响应,第4章 系统的时域分析,21,二阶系统的时间响应,第4章 系统的时域分析,22,Mp,瞬态响应的性能指标,1,0.5,0.05 或
7、 0.02,tr,tp,ts,td,第4章 系统的时域分析,23,例: 设单位负反馈的二阶系统的单位阶跃响应曲线如图所示,试确定系统的传递函数。,解:图示为一欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应曲线。由图中给出的阶跃响应性能指标,先确定二阶系统参数,再求传递函数。,第4章 系统的时域分析,24,第4章 系统的时域分析,25,稳态误差,第4章 系统的时域分析,26,扰动作用下的稳态误差,图示系统,R(s)为系统的输入, N(s)为系统的扰动作用。,求E(s)和ess,第4章 系统的时域分析,27,一、频率响应,正弦信号的稳态响应。,输入:,稳态输出:,第5章 系统的频域分析,28,二、频率特性,频率特性
8、的表示方法 解析法:G(jw) 幅频特性:A(w) = B/A = | G(jw) | 相频特性: j (w) = G(jw) 图示法: 对数坐标图或称Bode图; 极坐标图或称Nyquist图;,第5章 系统的频域分析,29,对于正弦输入r(t)=2sin2t的频率响应为:,第5章 系统的频域分析,30,三、 频率特性的对数坐标图(伯德图、Bode图),对数幅频特性图 横坐标:以10为底的对数分度表示的角频率,单位rad/s。 纵坐标:线性分度,幅值20 lgA(w) ,单位分贝(dB)。,对数相频特性图 横坐标:与对数幅频特性图相同。 纵坐标:线性分度,频率特性的相角j (w) ,单位度。
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