机械控制工程基础

1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。

具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。

机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面:(1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。

(2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。

(3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。

(4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。

(5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。

1.2 什么是反馈什么是外反馈和内反馈所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。

所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。

所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。

1.3 反馈控制的概念是什么为什么要进行反馈控制所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。

在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。

为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。

1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么闭环控制系统的基本工作原理如下:(1)检测被控制量或输出量的实际值;(2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值;(3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。

这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。

通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。

1.5对控制系统的基本要求是什么对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。

稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。

高纲1514江苏省高等教育自学考试大纲30587 机械控制工程基础扬州大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《机械控制工程基础（含实践）》是机械制造及自动化专业的主要专业基础课程。

通过学习，获得机电控制系统分析及设计的基本理论、基本知识和方法；通过理论学习和仿真课程设计，具备对机电控制系统的稳定性、稳态性以及快速性等性能的分析能力，初步掌握机电控制系统的设计方法。

本课程的先修课程为：工程力学、机械设计、机械工程材料、机械制造技术；后续课程为：其它专业课程、课程设计、毕业设计。

二、课程目标1. 使考生掌握分析已有机电控制系统的结构、组成以及工作原理的方法；2. 掌握机电控制系统数学模型的建立、动态性能及稳态性能等的分析和计算以及系统的综合校正等基本原理和方法；3. 通过理论学习、物理实验和仿真实验，训练考生对机电控制系统的综合分析和设计能力；4. 理解机械、电气以及控制工程各领域之间的联系。

三、与相关课程的联系与区别《机械控制工程基础》是一门新兴技术科学，也是一门边缘学科，以控制理论为基础，以有关自动控制和系统动力学的理论及其在机械工程中应用为主要研究对象。

学习本课程应具备自动控制理论、高等数学、积分变换、复变函数、电工电子技术、理论力学、机械振动等课程。

四、课程的重点和难点1.课程的学习重点1）建立机械控制工程的微分方程、传递函数及其方框图、频率特性等数学模型；2）机械控制工程的一阶系统、二阶系统以及高阶系统的时间响应，时域性能指标等时域分析；3）机械控制工程的频率响应、频率特性、开环频率特性（极坐标）图、开环对数频率特性（伯德）图；4）机械控制系统的劳斯稳定性判据、奈奎斯特稳定性判据、增益裕量和相位裕量等相对稳定性的分析计算，系统稳态误差的分析和计算等；5）机械控制系统的相位超前、相位滞后、相位滞后-超前以及PID等串联校正。

2.课程的学习难点1）机械控制系统的开环频率特性、以及稳定性和相对稳定性的分析与计算；2）机械控制系统的相位滞后-超前串联校正、PID校正，以及并联校正的分析与计算。

机械控制工程基础和自动控制原理的区别在工程学领域，机械控制工程基础和自动控制原理是两个重要的概念。

虽然它们在某些方面具有相似性，但它们之间存在着本质的区别。

本文将详细探讨这两个概念的区别，帮助读者更好地理解它们。

一、机械控制工程基础1.定义：机械控制工程基础主要研究如何利用机械系统来实现预期的控制目标。

它关注于机械结构、传动装置、传感器、执行器等组件的设计、分析和优化。

2.研究内容：- 机械系统的建模与仿真：研究如何建立机械系统的数学模型，并通过仿真分析系统性能。

- 控制器设计：根据控制目标，设计合适的控制器，实现对机械系统的有效控制。

- 传感器与执行器：研究如何选择和应用传感器、执行器等组件，以满足控制系统的需求。

3.应用领域：机械控制工程基础广泛应用于工业机器人、汽车、航空航天、精密制造等领域。

二、自动控制原理1.定义：自动控制原理主要研究如何利用控制理论、方法和技术，实现系统的自动控制。

它关注于控制系统的稳定性、准确性和快速性。

2.研究内容：- 控制理论：研究控制系统的数学模型、稳定性、线性与非线性控制、最优控制等理论。

- 控制方法：研究PID控制、模糊控制、自适应控制、鲁棒控制等具体控制方法。

- 控制技术：研究如何将控制理论和方法应用于实际控制系统，实现预期的控制效果。

3.应用领域：自动控制原理广泛应用于电力系统、化工、冶金、生物医学、交通等领域。

三、区别1.研究对象：机械控制工程基础关注于机械系统本身，而自动控制原理关注于控制系统的整体性能。

2.研究内容：机械控制工程基础侧重于机械结构、传动装置、传感器、执行器等组件的设计和分析；自动控制原理侧重于控制理论、方法和技术的应用。

3.应用领域：虽然两者在某些领域有交叉，但机械控制工程基础主要应用于机械领域，而自动控制原理广泛应用于各种工业、农业、生物医学等领域。

4.目标：机械控制工程基础的目标是实现机械系统的精确控制，而自动控制原理的目标是实现控制系统的稳定性、准确性和快速性。

《机械控制工程基础》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号:MACH4008012．课程体系/类别：专业类/专业核心课3．学时/学分：56学时/3学分4．先修课程:高等数学、积分变换、理论力学、电工电子技术、机械设计基础、大学计算机基础、高级程序设计5．适用专业:机械大类专业(包括机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、能源与动力工程和工业工程）二、课程目标及学生应达到的能力《机械控制工程基础》是西安交通大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。

旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。

本课程的主要任务是通过课堂教学、计算机仿真实训、实验教学等教学方式,使学生掌握实现机械系统自动控制的基本理论；学会典型机电系统的数学建模、运行性能分析和系统设计、校正与补偿等基本知识和基本技能;具有基本的机电控制系统分析设计能力，以及对复杂机械系统的控制问题进行分析、求解和论证的能力，并了解机械控制领域的新理论和新技术,支撑毕业要求中的相应指标点。

课程目标及能力要求具体如下：课程目标1。

掌握机械控制系统的基本概念和组成原理,具备自动控制原理与系统的基础概念；掌握典型机电传动单元与系统的数学建模方法；掌握机电系统的时域和频域分析设计校正方法。

（毕业要求中的第1)课程目标2。

培养学生对机械控制工程中复杂问题的分析能力，能够对复杂机械控制系统进行分析、设计，并能够采用相关软件进行模拟仿真,能够构建实验控制系统进行分析研究，具有研究和解决机械控制工程问题的能力。

（毕业要求中的第2、4）课程目标3.初步了解机械系统常用的控制方法，以及现代控制和智能控制的原理，了解机械控制理论的现状与发展趋势.培养学生运用机械控制工程领域新技术新方法对复杂机械工程中的系统控制问题进行理论分析、实验研究的能力.(毕业要求中的第4）三、课程教学内容与学时分配）四、课程教学方法(一)课堂讲授（40学时）1．采用启发式教学，通过结合具体如机器人控制系统、机床运动控制系统、液压伺服控制系统等实例教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。

机械控制工程基础1. 引言机械控制工程是研究机械系统的运动和控制的学科。

它涉及到机械工程、电子工程和自动化控制等多个领域的知识，并且在现代制造业中具有重要的应用价值。

本文将介绍机械控制工程的基础知识和概念，包括机械系统的建模与分析、控制理论与方法以及实际应用等方面。

机械系统的建模是指将机械系统抽象为数学模型，以便进行分析和控制。

常见的机械系统包括旋转系统、平动系统和复杂的组合系统等。

对于旋转系统，可以使用角度、角速度和转矩等参数来描述；对于平动系统，可以使用位移、速度和力等参数来描述。

机械系统的分析可以通过应用牛顿力学、动力学和控制理论等方法来进行。

旋转系统是机械系统中常见的一种形式，例如电机、发动机和风力发电机等。

旋转系统的建模通常使用惯性、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。

旋转系统的分析可以通过应用扭矩方程和旋转动力学方程等方法来进行。

2.2. 平动系统的建模与分析平动系统是机械系统中另一种常见的形式，例如汽车、电梯和运输机械等。

平动系统的建模通常使用质量、阻尼和刚度等参数来描述系统的特性。

平动系统的分析可以通过应用牛顿第二定律和平衡方程等方法来进行。

2.3. 复杂系统的建模与分析复杂系统是由多个旋转系统和平动系统组合而成的系统，例如机器人和生产线等。

复杂系统的建模可以通过将旋转系统和平动系统进行耦合，并考虑其间的相互作用来进行。

复杂系统的分析可以通过应用联立方程和状态空间方法等方法来进行。

3. 控制理论与方法控制理论是机械控制工程中的重要内容，它研究如何设计控制器以稳定和优化机械系统的运动。

控制方法包括经典控制和现代控制两种类型。

3.1. 经典控制经典控制方法是机械控制工程中最早发展的一种控制方法，主要包括比例控制、积分控制和微分控制等。

经典控制方法适用于线性系统和稳定系统，但对于非线性系统和时变系统则效果有限。

3.2. 现代控制现代控制方法是机械控制工程中较新发展的一种控制方法，主要包括状态反馈控制、最优控制和鲁棒控制等。

机械控制工程基础机械控制工程是工程学科中涉及机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等多个领域的重要学科方向。

本文从机械控制工程的基础知识、应用领域和发展趋势等方面进行和介绍。

基础知识机械控制工程的基础知识包括机械设计、电力电子学、机电一体化和自动控制等几个方面。

其中，机械设计是机械控制工程的基础，它涉及机械零件的设计、材料力学、工程图学等方面的知识；电力电子学则涉及到电力电子变换器、电机驱动系统等方面的知识；机电一体化则是将机械、电子、信息等多种技术融合在一起，形成一种新型的设计理念和方法；自动控制则是机械控制工程的核心，它涉及到控制系统的建模、控制策略设计和控制器设计等方面的知识。

机械控制工程的基础知识对于工程师来说非常重要，它为工程师提供了实现机械控制的基础理论和方法，使工程师能够更好地应对机械控制过程中的各种问题和挑战。

应用领域机械控制工程广泛应用于各个行业和领域，例如汽车、航空、机器人、电力、化工、纺织、食品等。

下面简单介绍几个典型的应用领域：汽车工业在汽车工业中，机械控制工程应用最为广泛。

汽车电子控制系统是当前汽车行业的关键技术之一，它不仅可以提高汽车的性能和安全性能，还可以实现汽车智能化和自动化控制。

航空航天工业在航空航天工业中，机械控制工程在推进飞机、航天器、卫星等航空器件的自动化和智能化方面起着重要作用。

航空器件的智能化和自动化程度越高，越能保证其安全、稳定和高效的运行。

机器人工业在机器人工业中，机械控制工程是实现机器人智能化和自动化控制的基础。

机器人是一种具有智能化和自主决策能力的智能设备，它为生产制造业的发展带来了巨大的变革和机遇。

发展趋势随着科技的不断发展和工业化进程的加速，机械控制工程也在不断地发展和进步。

未来，机械控制工程的发展趋势主要有以下几个方向：智能化智能化是机械控制工程未来的发展方向之一。

随着人工智能和互联网技术的不断发展，机械控制系统也将变得更加智能化，实现更加高效、自动化和智能的控制。

2.1什么是线性系统？其最重要的特性是什么？下列用微分方程表示 的系统中，x 。

表示系统输出，x 表示系统输入，哪些是线性系统？ (1)X o2 X oX o2x^2 X i⑵X o2 X o 2 tx^ 2 Xi(3)X o2 X o2X ^2 X i⑷x 。

2x ox 。

2tx o= 2x解：凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。

线性系统的 一个最重要特性就是它满足叠加原理。

该题中(2)和(3)是线性系 统。

2.2图(题2.2 )中三同分别表示了三个机械系统。

求出它们各自的 微分方程，图中x 表示输入位移，X 。

表示输出位移，假设输出端无 负载效应。

图(题2.2)解:(1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有7/7刀 (a)7777/ (b)c i( x —x 。

) —C 2X 。

二 mx 。

mx 。

( c iC 2)x 。

二 c iXi(X j-x)k i= c(x-x 。

)c(xx °) = k 2x 。

(1) (2)消除中间变量有c (总- k 2)x 。

- k ik zx 。

二 ckix(3) 对图(c)所示系统，由牛顿定律有c ( X - x 。

) k i( X - x 。

)= k zx 。

1c x°+ ( ki+ k 2)x °=cx+ kix2.3 求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。

(a)图(题2.3)解：(1)对图⑻ 所示系统,设j 1为流过R 的电流,j 为总电流，则有1 u 厂 R ?iidtC2□ 一 u 。

二 R i j i对图(b)所示系统，引入一中间变量 x,并由牛顿定律有RiCiUiUnR解：设系统输入为M （即），输出二（即），分别对圆盘和质块进行动 力学分析，列写动力学方程如下:1U i-U 。

（i-i i）dtC1消除中间变量，并化简有C 1R 2U（1RC ） U 。

-= 0^+（肯+ C2）⑵ 对图（b ）所示系统，设i 为电流，则有1CR 2U 。

机械控制工程基础机械控制工程基础是机械工程中很重要的一个分支，它的主要目的是通过控制技术来实现机械系统中各种运动、位置和力量等参数的控制。

在机械系统中，控制是必不可少的，因为控制能够帮助机械系统按照既定的规划和要求运作，从而实现高效生产。

本篇文档将对机械控制工程基础的相关知识进行简单介绍。

机械控制工程基础概述机械控制工程基础是应用电子技术、计算机技术、信息技术和控制技术等知识对机械设备进行控制的技术系统。

它是将传感器、执行机构、控制电路等组成合理的控制系统来实现机械设备的各种控制和监测功能的一门技术学科。

机械控制工程基础是包括机械系统控制的各种领域，例如传感技术、控制策略、控制器、单片机和电机控制等。

机械控制工程的学习主要包括以下三个方面：1.了解机械系统中各种控制器的工作原理和结构，熟悉控制技术的方法和应用。

2.了解或学习仪表、传感器和执行机构等的基本原理、调整与维护技术，理解它们对机械系统的控制有着重要的作用。

3.熟悉数字电路与模拟电路的基本特征和分类，掌握单片机技术的基础知识以及编程和操作技术。

机械控制系统的结构机械控制系统由数个功能模块组成，包括传感器、执行机构、控制器和输入/输出设备等组成。

在机械控制系统中，传感器接收和测量被控量，执行机构接受控制信号，并进行动作以控制被控制量的值。

机械控制系统中的控制器主要是利用信号处理和控制方法来进行被控量的控制和监测。

输入和输出设备用于与人机交互，有利于机械控制系统的控制和调整。

机械控制系统的结构可以简单分为以下几个部分：1.传感器模块：用于检测物理量，将物理量转换成电信号或非电信号。

2.控制器模块：用于控制执行机构来改变被控量的状态。

3.执行机构模块：用于控制和实现被控制量的变化和运动。

4.供电系统模块：提供能量和电源，保证机械控制系统正常的工作。

5.输入与输出模块：用于控制设备与人机交互，方便调试和控制。

机械传感技术传感器是机械控制系统的重要部分，它负责收集各种机械量、力学物理量、化学物理量等的数据，并将其转化为可读的电信号或非电信号。

机械控制工程基础考研题库机械控制工程基础考研题库机械控制工程是一门涉及机械工程、自动化、电气工程等多个学科的交叉学科，它研究的是如何通过控制系统实现对机械设备的控制和调节。

在考研中，机械控制工程基础是一个重要的科目，它涉及到控制系统的基本原理、数学模型、控制方法等方面的知识。

为了更好地备考机械控制工程基础，我们可以通过做题来提高自己的理解和应用能力。

一、控制系统基础控制系统是机械控制工程的核心内容之一，它是通过对被控对象进行监测和调节，使其输出达到期望值的系统。

在考研中，我们需要了解控制系统的基本概念、分类以及常见的数学模型。

例如，常见的控制系统分类有开环控制系统和闭环控制系统，它们的区别在于是否有反馈信号。

此外，我们还需要了解控制系统的传递函数、状态空间模型等数学模型，以便于分析和设计控制系统。

二、控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性是评价一个控制系统性能的重要指标之一。

在考研中，我们需要掌握稳定性分析的基本方法和技巧。

例如，常见的稳定性分析方法有根轨迹法、频率响应法等。

通过这些方法，我们可以判断一个控制系统是否稳定，并且可以根据需要进行系统的稳定性设计。

三、控制系统的校正与补偿控制系统的校正与补偿是控制系统设计中的重要环节，它可以通过调整系统参数或者添加补偿器件来改善系统的性能。

在考研中，我们需要了解常见的校正与补偿方法，例如比例控制、积分控制、微分控制等。

此外，我们还需要了解控制系统的校正与补偿的设计原则和方法，以便于应用到实际问题中。

四、控制系统的优化设计控制系统的优化设计是提高系统性能的关键环节，它可以通过优化控制器参数、选择合适的控制方法等来实现。

在考研中，我们需要了解常见的控制系统优化方法，例如PID控制器的参数整定方法、模糊控制的优化方法等。

此外，我们还需要了解控制系统的优化设计的原则和方法，以便于应用到实际问题中。

五、控制系统的应用控制系统在实际工程中有广泛的应用，例如工业自动化、机器人控制、航空航天等领域。