机械控制工程基础.

第一章绪论知识结构图知识结构图第一节机械工程控制论的研究对象与任务一、系统及广义系统系统是由相互联系、相互作用的若干部分构成且具有一定运动规律的一个有机整体。

一个较大系统之内可能包括若干个较小的子系统。

不仅系统的各部分之间存在非常紧密的联系，而且，系统与外界之间也存在一定的联系。

系统与外界之间的联系如图1.1.1所示，其中，输入：外界对系统的作用，它包括给定的输入和干扰；输出：系统对外界的作用。

图1.1.1系统及其与外界的联系系统可大可小，可繁可简，甚至可“实”可“虚”，完全由研究的需要而定，通常将它们统称为广义系统。

二、机械工程控制论的研究对象机械工程控制论实质上是研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。

具体地说，它研究的是机械工程广义系统在一定的外界条件（即输入或激励、干扰）作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

三、机械工程控制论的研究任务从系统、输入、输出三者之间的关系出发，根据已知条件与求解问题的不同，机械工程控制论的任务可以分为以下五种：（1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题；（2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题；（3）已知输入和理想输出时，设计系统，即最优设计问题；（4）输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤波与预测问题；（5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数，即系统辨识问题。

第二节系统及其模型一、系统的特性系统具有如下特性：（1）系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统的结构有关；（2）系统的内容比组成系统各元素的内容要丰富得多；（3）系统往往具有表现出在时域、频域或空域等域内的动态特性。

二、机械系统以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载荷为目的的系统，称为机械系统。

对于机械系统，其输入和输出分别称为“激励”和“响应”。

机械工程控制基础教学大纲(实用版)编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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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。

机械控制工程基础习题答案机械控制工程是一门涉及机械系统控制的学科，它主要研究如何设计和实现机械系统的自动化控制。

在学习机械控制工程的过程中，习题是不可或缺的一部分，它可以帮助我们巩固所学的知识，并提高解决实际问题的能力。

下面，我将为大家提供一些机械控制工程基础习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是机械控制系统？机械控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈环路组成的系统，它能够对机械系统进行自动化控制。

传感器用于感知机械系统的状态，执行器用于执行控制信号，控制器根据传感器的反馈信号对执行器进行控制，从而实现对机械系统的控制。

2. 什么是闭环控制系统？闭环控制系统是一种通过反馈信号来调整控制器输出的控制系统。

它通过比较实际输出与期望输出之间的差异，并根据差异的大小来调整控制器的输出，从而使实际输出逐渐接近期望输出。

3. 什么是开环控制系统？开环控制系统是一种没有反馈信号的控制系统。

它只根据输入信号来决定控制器的输出，而不考虑实际输出与期望输出之间的差异。

开环控制系统的输出结果受到外部干扰和系统参数变化的影响较大。

4. 什么是传感器？传感器是一种能够感知环境或物体特定参数的装置。

在机械控制系统中，传感器用于感知机械系统的状态，如位置、速度、力等，并将感知到的信息转化为电信号，供控制器使用。

5. 什么是执行器？执行器是一种能够执行控制信号的装置。

在机械控制系统中，执行器用于根据控制器的输出信号来执行相应的动作，如控制电机的转速、控制阀门的开关等。

6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的控制器，它根据误差、误差变化率和误差积分来调整控制器的输出。

PID控制器通过比较实际输出与期望输出之间的差异，并根据差异的大小来调整控制器的输出，使实际输出逐渐接近期望输出。

7. 什么是控制系统的稳定性？控制系统的稳定性是指在一定的输入条件下，系统的输出能够有限地保持在某个范围内，不会出现无限增长或发散的现象。

《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。

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。