机械工程控制基础
2017-06-19 10:56:43 0 举报AI智能生成
基于大学课程《机械工程控制基础》而做的知识点整理和思维导图。教材为华中科技大学出版的《机械工程控制基础》（第六版），杨叔子等编著。本文件仅用于学习交流，禁止他人用于商业用途。
作者其他创作
大纲/内容
机械工程控制论
对象
系统
线性系统
分类
线性定常系统
微分方程
列写微分方程
确定输入、输出
按顺序，根据运动规律列微分方程
消除中间变量
整理微分方程，输出=输入，降幂排列
静态数学模型
控制特性
机械特性\外特性
控制特性
增量化表示
在复平面内
零点极点增益模型
零点
极点
所有极点都在左半平面
有极点在右半平面
放大系数
叠加原理
非线性系统
处理
数学模型
传递函数
特点
1.传递函数=系统本身与外界的关系/系统本身与外界无关的固有特性
2.对传函进行Laplace逆变换可得输出
3.n>m
4.可以有量纲也可以无量纲
5.物理性质不同也可以有相同的传函
典型环节
比例环节
惯性环节
微分环节
积分环节
震荡环节
延时环节
方框图
结构要素
函数方框
相加点
分支点
建立步骤
微分方程
Laplace变换
按信号传递顺序连接
简化
等效变换
串联环节
并联环节
方框图的反馈连接
分支点间移动
相加点间移动
分支点和相加点之间不能相互移动
考虑扰动的反馈控制系统
相似原理
控制系统
基本要求
稳定性
快速性
准确性
分类
按输出变化规律分
自动调节系统
随动系统
程序控制系统
按是否有反馈分
开环系统
闭环系统
优点
能使干扰引起的输出减小，减小误差
分析系统
在时域内
时间响应
按性质分
自由响应
强迫响应
按来源分
零输入响应
零状态响应
性能指标
瞬态响应
延迟时间
上升时间
峰值时间
最大超调量或最大百分比超调量
调整时间或过渡过程时间
稳态响应
稳态误差
在频域内
频率响应
频率特性
幅频特性
相频特性
和传函的关系
如何求
根据系统的频率响应来求取
换到复平面来求取
用试验的方法求取
作用和特点
图示方法
极坐标图Nyquist
步骤
典型环节的图样
Bode图
步骤
典型环节的图样
Nyquist和Bode的关系
单位圆—0dB线
负实轴—-180°线
两个特殊点
Wc
Wg
穿越
正穿越
负穿越
正半次穿越
负半次穿越
特征量\性能指标
零频特性
复现频率和复现带宽
谐振频率和相对谐振峰值
截止频率和截止带宽
幅值裕度
相位裕度
最小相位系统和非最小相位系统
定义
产生非最小相位的环节
延时环节
不稳定的导前环节和二阶微分环节
不稳定的惯性环节和振荡环节
稳定性
稳定
不稳定
注意
稳定与否取决于系统内部条件，与输入无关
不稳定现象必有适当的反馈作用
所讨论的稳定性都是指自由振荡下的稳定性
一些观点
李雅普诺夫的观点
渐进稳定性
“小偏差”稳定性
稳定判据
Routh\代数判据
必要条件
充分条件
Routh表
第一列各元素符号均为正且不等于零
特殊情况
某行第一个元素为零，后面不为零。
用一个很小的正数代替零
某行均为零
构造辅助多项式
Nyquist\几何判据
幅角原理
稳定判据
说明
在GH平面而不是S平面
开环系统
最小相位系统
是否包围点（-1，j0）
非最小相位系统
包围圈数
开环与闭环的稳定性之间没有关系
开环轨迹关于实轴对称
Bode判据
和Nyquist的关系
判据
优点
简便
利用渐近线可以粗略判断稳定性
方便校正
方便调整K
相对稳定性
相位裕度
幅值裕度
一阶系统
响应
单位脉冲
响应函数等于传函的Laplace逆变换
单调减，趋于0，指数曲线
单位阶跃
时间响应函数等于输出的Laplace逆变换
单调增，趋于1，指数曲线
二阶系统
分类
0
无阻尼系统
单位脉冲响应函数w（t）
单位阶跃信号响应函数xo（t）
1
临界阻尼系统
单位脉冲响应函数w（t）
单位阶跃信号响应函数xo（t）
（0,1）
欠阻尼系统
单位脉冲响应函数w（t）
单位阶跃信号响应函数xo（t）
>1
过阻尼系统
单位脉冲响应函数w（t）
单位阶跃信号响应函数xo（t）
响应的性能指标
上升时间
峰值时间
最大超调量（安全指标）
调整时间
振荡次数
高阶系统
误差
稳态误差
偏差
稳态偏差
系统特性
无差度
0型
I型
II型
输入
阶跃信号
0型：永远有偏差
I、II型：无差
斜坡信号
0型：∞
I型：有差，但可以减小
II型及以上：无差
加速度信号
0、I型：不能跟随
II型：有差
III型及以上：无差
干扰
性能指标
时域
频域
综合性能指标
误差积分性能指标
误差平方积分性能指标
广义误差平方积分性能指标
校正\补偿
分类
串联校正
按性质分类
无源校正环节
增益调整
相位超前校正
相位滞后校正
相位滞后-超前校正
有源校正环节
PID
PD
PI
PID
反馈校正
位置反馈校正
速度反馈校正
顺馈校正
输出/响应
反馈
反馈控制
内在反馈
输入/激励
分类
控制
扰动
典型输入信号
系统正常工作时的输入信号
外加测试信号
单位脉冲函数
单位阶跃函数
单位斜坡函数
单位抛物线函数
正弦函数
其他随机函数
任务
最优控制
已知：系统
确定：输入
求：输出
最优设计
已知：输入
确定：系统
求：输出
系统分析
已知：输入
确定：系统
求：输出，并通过输出分析系统
滤波与预测
已知：输出
确定：系统
求：输入
系统识别或系统辨识
已知：输出、输入
求：系统模型
定义
Key：控制
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