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1、机械工程控制基础小论文学院：交通运输学院专业：交通设备与控制工程班级：1402 级学号：1109140206：喜文日期：2016.12.20目录要 2关词 2引言 1.论 22. 系 统 的 数 学 模型33. 控 制 系 统 的 时 域 分 析 和 频 率 特性44. 系 统 的 稳 定性 .55. 系 统 的 性 能 指 标 与 校论 6 参考文 献 6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，是国民经济持续发展的基础。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
2、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。控制理论不仅是一门极为 重要的学科，而且也是科学方法论之一。本论文主要设计经 典控制理论的主要容及其应用，同时也介绍现代控制理论的 初步知识。关键词： 工程控制 系统 时间响应 频率特性 稳定性 性能 指标与校正 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。特别是对于我们这些接下来才选小专
3、业的人。通过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，并且想进一步地学习相关的知识。1. 绪论 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、部信息传递的规律及其 受
4、到外加作用后的反应，从而决定采用哪种控制策略以现对 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。2. 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。
5、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
6、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。3. 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两种图 形的做法，这两种作图法分别是奈奎斯特图和伯德图。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
7、对系统能 在最短的时间，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。4. 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。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
8、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。 通过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。5. 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。通过对机械 工程控制基础的学习，我很好的了解到工程机械方面的一些 知识，并且对我之后选择小专业也有很大的作用。因为感觉 自己更喜欢这方面的学习和工作，所以舍弃了本来和室友一 起选的机车车辆，而选择工程机械这个专业。在这门课的学 习上，老师讲解的非常好、非常透彻，让我们大家都学习的 比较轻松，在这种涉及某一方面的控制基础是很重要的，它 会影响我们对一个专业的看法。总之要感老师对我们的教 导，教了我们很多知识。参考资料：机械工程控制基础（第 6 版）/叔子 克冲 吴波 熊良才 编著.：华中科技大学， 2011.5
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