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机械学院控制工程基础1天津大学机械工程学院陈永亮机械控制工程基础—控制系统的方框图与传递函数机械学院控制工程基础2典型控制系统的组成给定元件控制元件执行元件被控对象反馈元件典型控制系统的组成输入量（给定量）比较元件反馈量控制量扰动量输出量（被控量）控制系统一般由若干元件以一定的形式连接而成。
机械学院控制工程基础3机械学院控制工程基础4名词术语（名词术语（teminology)teminology)名词术语（1）被控对象——要求进行控制的设备、机器或生产过程。
（2）被控量——表征被控对象特征的要求控制的物理量。
（3）给定元件——确定给定量的元件。
（4）给定量——被控量的希望对应值。
（5）反馈元件——检测被控量的传感元件。
（6）主反馈量——反馈元件的输出。
（7）比较元件——求给定量和主反馈量之差的元件（给定量和主反馈量应有相同量纲）。
（8）控制元件——根据偏差和要求的控制规律产生的响应的控制方法。
（9）执行元件—根据给定量的要求直接对被控对象进行操作。
（10）扰动量——使被控量偏离希望值的那些因素（内扰、外扰）。
（11）误差信号——输出量实际值与希望值之差。
（12）偏差信号——输入量与主反馈量之差。
注意：误差与偏差不是相同的概念。
什么时候误差与偏差相等？机械学院控制工程基础基于Matlab的控制系统设计例:以二阶线性传递函数为被控对象,进行PID控制。
ss s G 25133)(2+=Simulink 方式：机械学院控制工程基础6典型环节传递函数从数学模型的角度对组成系统的元件进行分类。
环节：具有某种确定信息传递关系的元件、元件组或元件的一部分。
机械学院控制工程基础7典型环节传递函数传递函数的零极点表示∏∏==*--=----=ni imi j n n m m s s z s K s s s s a z s z s b s G 1111)()()()()()()( z 是0)(=s G 的根，称之为)(s G 的零点。
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 。
