https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/jpkc/kzll/Course/jiaoan.htm
《控制工程基础》电子教案
第一讲绪论
控制工程基础教案（一）
一、课程的地位与作用
随着科学技术、特别是信息技术的突飞猛进，自动控制技术越来越广泛地应用于工农
业生产、交通运输、国防、宇航及日常生活的各个领域。掌握和了解自动控制的基本理论
和方法，对从事工程技术类各专业的科学技术人员是十分必要的。本课程具有科学方法论
的鲜明特点，研究的问题带有普遍性，是广泛意义上的方法论。这将对学生提高分析问题
和解决问题的能力，奠定坚实的理论基础。
控制工程基础是工科许多专业一门学科基础课。目前在我校有六个专业大类中的12个
专业将该课程设置成学科基础课，有三个专业大类中的4个专业将该课程设置为学科选修
课，电气信息类及机械类培优班均将该课程设置成学科基础课。
该课程在各专业的学习过程中起着非常重要的作用。它既是前期基础课向专业课的转
折，又是后续专业课的一个重要基础课。作为培养工程技术人员的学科基础课，该课程使
学生首次学习控制和控制系统的概念，系统地学习控制理论的经典方法。该课程的学习是
专业学习过程中的一个重要环节。
二、课程简介
控制工程基础是研究各类控制系统共性的一门技术基础科学。教学内容以反馈控制理论为核心，介绍控制系统建模方法，介绍线性系统的时域、频域和根轨迹的分析与设计方法。本课程具有科学方法论的鲜明特点，研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义。教学方式以讲授为主，辅以多媒体CAI及课堂讨论。课程的教学目标是，使学生掌握有关自动控制的基本概念、基本理论和基本方法，能够自觉运用反馈原理解决实际工程中的相关问题，进一步提高分析问题和解决问题的能力。
三、课程的教学目标与基本要求
通过本课程的学习，使学生掌握有关自动控制、自动控制系统的基本概念，掌握有关经典控制理论的基本概念、基本理论和基本方法，能够运用反馈原理解决实际中的相关问题，提高分析问题和解决问题的能力。
要求掌握自动控制系统的基本组成、线性系统数学建模以及系统分析与设计的基本方法，能进行典型控制系统的分析和设计。考核采用闭卷笔试形式，学习成绩将根据平时作业、实验课成绩及考试成绩综合评定。
该课程在教学组织时应根据不同专业的特点，不同专业的要求，具有针对性的教学。在教材的选用、教学方式的组织、实验的开设以及课内课外时数的分配上有所区别。
考核方式为闭卷笔试加平时作业。本课程将为培养学生运用控制原理的方法，分析和解决各种工程问题奠定扎实的理论基础。
四、主要教材、参考书（作者、教材名称、出版社）
Richard C. Drof & Robert H. Bishop, Modern Control System(第八版)高等教育出版社,2001年
Katsuhiko Ogata 现代控制理论（第三版），电子工业出版社，2000年
胡寿松，自动控制原理（第四版），科学出版社，2000年
刘明俊，自动控制原理.国防科技大学出版社，2000年
董景新赵长德，控制工程基础，清华大学出版社，1992年
李友善主编，自动控制原理(修订版)，北京:国际工业出版社，1989
吴麒主编，自动控制原理，北京：清华大学出版社，1990
绪方胜彦著，现代控制工程,卢伯英等译，北京：科学出版社，1976
黄家英，自动控制原理，高等教育出版社，2003年7月
控制的基本概念
章主要内容：
引言
自动控制的基本原理及基本控制方式
自动控制系统示例及基本组成
自动控制系统的分类
对控制系统的基本要求
典型输入信号
控制系统示例
引言
以“三论”（系统论、信息论、控制论）为代表的科学方法论，是一门新兴的学科，是二十实际以来最伟大的成果。它的崛起为人类认识世界和改造世界提供了新
几年，自然科学的高速发展一方面使得科学不断分化，分支科学越来越多，各种新的学科如雨后春笋般地相继出现；另一方面，各学科之间又不断的相互渗透，呈交统一的趋势。客观上要求有共同的方法论，为各学科的彼此沟通，发挥桥梁作用。“三论”的出现正是这种时代要求的结果。
三论”是从自然科学研究中总结出来的一种科学方法，但它不限于自然科学，具有一般的方法论意义。它不是某一具体科学的方法论，而是包括自然科学、社会科学的方法论，是认识世界和改造世界的统一的方法。被称为“横向科学”或“横断科学”。这种方法具有严格的程序和精确的形式，是一种更科学、更规范的方法，和各项工作都具有很强的指导性，在一定意义上可以说“三论”是哲学范畴的具体化、规范化、模型化。
三论”的出现是有深刻意义和历史背景的。作为“三论”之一的“控制论”中的“控制”的概念，人们并不陌生。
制？
“人猿相依别，有几个石头磨过”
人--------控制者
工具------被控制者、控制对象
的定义人们关于“控制论”的较公认的说法是：
”是以研究各种系统共同存在的控制规律为对象的一门科学。
指相互作用的两个或两个以上的元素构成的整体。任何事物都是一个整体，大至宇
宙、世界、国家、复杂的工业过程，小至一个单位、人、一个器件。如：
是一种普遍现象，存在与一切事物之中。一个国家有法律、行政、经济、舆论等手段
……人有大脑……自动机有内部控制系统。
制论”就是要揭示包括机器、生物、社会在内的各种不同的控制系统的共同规律。
是研究各种系统共同控制规律的科学，是方法论。
生的基础：
来源于人们的社会实践活动，有它产生的实践基础和理论基础。
人类很早以前就利用水的势差和风的流动作为能源的各种装置，像“风磨漏斗”、
“蒸汽机的调节器”。
19世纪以来，随着电子技术的发展，出现了以电信号传递信息为主的控制过程，如：控机床、控制炼钢等等。
第二次世界大战以前，在美国，一些不同学科的科学家自发地建立组织讨论会，研究
们共同感兴趣的问题，更多的是各学科之间的交叉问题。维纳参加了这样的讨论，得到了
迪，形成了控制论的思想基础。
何发现问题、提出问题并创立这一全新的学科的呢？
的三大要素：同构理论
通、交换
展生产与教育普及”
的平衡木表演
声波定位
自动控制的发展及现状
以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。
：
时期经典控制理论时期40年代末到50年代
单机自动化局部自动化单变量控制自动调节器伺服系统
时期现代控制理论时期60年代
多变量控制最优控制多种变化因素航天系统导弹系统人造卫星
时期大系统理论时期70年代
规模庞大结构复杂变量参数多目标不单一生物系统社会系统机器人
：
向大系统理论发展规模庞大结构复杂功能综合因数众多……
向智能控制系统发展自组织自学习自修复自繁殖……
已形成了以理论控制论为中心的四大分支（也有不同分法）：
工程控制论技术系统工程系统
生物控制论生物系统
社会控制论社会系统
智能控制论思维系统
基本概念和方法是人类认识史上的一个飞跃，开辟了认识世界的新途径。返回
控制的基本原理及基本控制方式
制
自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如：机器、设备或生产过程）的某一物理量（或工作状态）自动地按照预定的规律运行（或变例：化工过程的反应塔
数控机床
雷达、指挥仪、火炮控制系统
人造地球卫星
……
制系统
自动控制系统是指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
组成：控制装置对被控对象起控制作用的设备的总体。
被控对象要求实现自动控制的机器、设备和生产过程
系统的基本方式：开环控制闭环控制
制
是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。
号流动的单向性无反馈
是指具有开环控制方式的控制系统。开环系统的输出量不对系统的控制发生作用。
加热炉
输入信号：电流i(t) （时间的函数）
控制装置：开关k，电阻丝
被控对象：炉子
输出信号：炉温T
分析：工作原理
抗干扰能力
各个量之间的关系
点：控制装置只按照给定的输入信号对被控对象进行单向的控制，被控对象的输出不影响控制。
流电机转速的开环控制
输入信号：电压v
控制装置：电位器、功放、电动机
被控对象：负载
输出信号：电动机的转速n
分析：工作原理
抗干扰能力
各个量之间的关系
特点：电动机的转速由电位器控制
转速对电位器上电压的大小没有影响
开环系统的特点：
. 简单，给定一个输入量，便对应有一个输出量。
. 精度由元器件的精度和干扰决定。不具备修正由于干扰而引起的系统的偏差。因而使用受到限制。
制
闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制。
特点：信号流动的双向性有反馈
闭环系统是指具有闭环控制方式的控制系统。闭环系统的输出量对系统的控制发生作用，它可以实现复杂而又准确的控制。
例1：电加热炉的闭环控制方式
例2：直流电机转速的闭环控制
与闭环控制的比较：
a.稳定性
b.精度
c.抗干扰
d.结构、功率
制
复合控制是指将开环控制方式和闭环控制方式组合在一起的控制方式。实质上，它是在闭环回路的基础上，附加一个输入信号或扰动作用的顺馈信号，以提高系统复合控制=开环控制+闭环控制
种复合控制形式：按输入补偿的复合控制
按扰动补偿的复合控制
制与间接控制
制
控制
制
控制系统示例及基本组成
象
构
置
置
置
置
置
号
号
控制系统的分类
类：
模型分线性系统非线性系统
方式分开环控制系统闭环控制系统
概念分定常系统时变系统
的性质分连续系统离散系统
输出信号的数量分单输入单输出系统多输入多输出系统
参数分布特征分集中参数系统分布参数系统
类型分类机电系统气动系统液压系统生物系统……
功用分类温度控制系统位置控制系统……
为了全面的反映自动控制系统的特点，常常将上述各类分类方法组合应用。
制系统中以下几点要注意：
严格地讲，任何的实际系统都是非线性的，只是形式不同、程度不同。
非线性系统分为：本质非线性不能线性化处理，用特殊的研究方法
非本质非线性线性化处理后，用线性系统的理论研究
严格地讲，任何实际系统都是时变的，系统的参数总会随时间的变化。
严格地讲，任何实际系统都存在随机性。返回
一、填空题 1．控制系统正常工作的首要条件是__稳定性_。 2．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为___2s ?3S+5____ 。 3．响应曲线达到过调量的____最大值____所需的时间，称为峰值时间t p 。 4．对于一阶系统的阶跃响应，其主要动态性能指标是___T _____，T 越大，快速性越___差____。 5．惯性环节的奈氏图是一个什么形状______半圆弧 。 二、选择题 1．热处理加热炉的炉温控制系统属于：A A.恒值控制系统 B.程序控制系统 C.随动控制系统 D.以上都不是 2．适合应用传递函数描述的系统是（ C ）。 A 、单输入，单输出的定常系统； B 、单输入，单输出的线性时变系统； C 、单输入，单输出的线性定常系统； D 、非线性系统。 3．脉冲响应函数是t e t g 532)(--=，系统的传递函数为： A A.)5(32+-s s B.) 5(32-+s s C.)5(32+- s D. )5(32++s s 4．实轴上两个开环极点之间如果存在根轨迹，那么必然存在( C ) A ．闭环零点 B ．开环零点 C ．分离点 D ．虚根 5. 在高阶系统中，动态响应起主导作用的闭环极点为主导极点，与其它非主导极点相比，主导极点与虚轴的距离比起非主导极点距离虚轴的距离（实部长度） 要（ A ） A 、小 B 、大 C 、相等 D 、不确定 6．一阶系统的动态性能指标主要是（ C ） A. 调节时间 B. 超调量 C. 上升时间 D. 峰值时间 7 . 控制系统的型别按系统开环传递函数中的（ B ）个数对系统进行分类。
控制工程基础 交卷时间：2016-05-31 14:01:38 一、单选题 1. 设系统的特征方程为，则此系统（） A. 稳定 B. 临界稳定 C. 不稳定 D. 稳定性不确定。 https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案A 2. 超前校正装置频率特性为，其最大超前相位角为（） A. B. C. D.
https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案A 3. 以下说法正确的是（） A. 时间响应只能分析系统的瞬态响应 B. 频率特性只能分析系统的稳态响应 C. 时间响应和频率特性都能揭示系统的动态特性 D. 频率特性没有量纲 https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 4. 如题10图所示反馈控制系统的典型结构图，_______ A. B. C. D. https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C
5. 根轨迹渐近线与实轴的交点公式为（） A. B. C. D. https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案D 6. 已知其原函数的终值（） A. 0 B. ∞ C. 0.75 D. 3
https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 7. 离散系统闭环脉冲传递函数的极点p k=-1，则动态响应为______。 A. 单向脉冲序列 B. 双向发散脉冲序列 C. 双向等幅脉冲序列 D. 双向收敛脉冲序列 https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案C 8. 在系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。 A. 允许的峰值时间 B. 允许的超调量 C. 允许的上升时间 D. 允许的稳态误差 https://www.doczj.com/doc/eb8793536.html,/oxer/page/ots/javascript:; 答案D 9.
工程力学试卷7
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 200 9 /201 0 学年第 1 学期考试试卷( )卷 本卷共 6 页，考试方式：闭卷笔试 ，考试时间： 120 分钟 一、判断题（下列论述肯定正确的打√，否则打×）：（本题共10小题，每小题1 分，共10分） 1、平面汇交力系对平面内任意一点的合力矩总为零。 （ ） 2、合力在任意轴上的投影一定等于各分力在同一轴上投影的代数和。 （ ） 3、平面力偶可以在平面内任意转移，而不改变其对刚体的作用效果。 （ ） 4、力偶无合力，因此组成力偶的一对力是一对平衡力。 （ ） 5、平面一般力系和空间一般力系的平衡条件都要求主矢和主矩均为零。 （ ） 6、胡克定律E σε=对轴向拉伸变形总是适用的。 （ ） 7、泊松比是材料纵向线应变和横向线应变的绝对值之比。 （ ） 专 业 班 级 姓 名 ： 学 号 ： 密 封 线 装 订 线
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3 8、材料和横截面积均相同时，圆环形截面杆比圆形截面杆的抗扭能力强。 （ ） 9、在集中力偶作用处，剪力发生转折，弯矩发生突变。 （ ） 10、中性轴不一定是横截面的对称轴。 （ ） 二、单项选择题：（本题共10小题，每小题2分，共20分） 1. 在下述原理中，属于静力学推论的有（ ）。 ① 二力平衡原理； ② 力的平行四边形法则；③ 加减平衡力系原理； ④ 力的可传性原理； ⑤ 作用与反作用定理； ⑥ 三力汇交原理。 A ．②③④⑥ B ．①②③⑤ C ．①②③④⑥ D ．④⑥ 2、物体受到两个共点力的作用，无论是在什么情况下，其合力（ ）。 A ．一定大于任意一个分力 B ．至少比一个分力大 C ．不大于两个分力大小的和，不小于两个分力大小的差 D ．随两个分力夹角的增大而增大 3、已知有一个力F 的投影Fx 不等于零，而力F 对x 轴的矩为Mx （F ）=0，由此可 判定力F （ ）。 A ．不在过x 轴的平面上但垂直于x 轴 B ．不在过x 轴的平面上且不垂直于x 轴 C ．在过x 轴的平面上且垂直于x 轴 D ．在过x 轴的平面上但不垂直于x 轴 4、关于低碳钢材料在拉伸试验过程中，所能承受的最大应力是（ ）。 A ．比例极限p σ B ．屈服极限s σ C ．强度极限b σ D ．许用应力[]σ 5、长为l 、直径为d 的两根由不同材料制成的圆轴，在其两端作用相同的扭转力偶 矩m ，以下结论中正确的是（ ）。 A .最大切应力相同，两端相对扭转角不同 B .最大切应力相同，两端相对扭转角相同 C .最大切应力不同，两端相对扭转角相同
第一章静力学基础 力学包括静力学，动力学，运动学三部分，静力学主要研究物体在力系作用下的平衡 规律，静力学主要讨论以下问题： 1.物体的受力分析； 2.力系的等效.与简化； 3. 力系的平衡问题。 第1讲§ 1 － 1静力学的基本概念§1-2静力学公理 【目的与要求】 1 、使学生对静力学基本概念有清晰的理解，并掌握静力学公理及应用范围。 2、会利用静力学静力学公理解决实际问题。 【重点、难点】 1、力、刚体、平衡等概念； 2、正确理解静力学公理。 一、静力学的基本概念 1、力和力系的概念 一）力的概念 1）力的定义：力是物体间的相互作用，这种作用使物体运动状态或形状发生改变。 （举例理解相互作用） 2)力的效应： ○1外效应（运动效应）：使物体的运动状态发生变化。（举例） ○2内效应（变形效应）：使物体的形状发生变化。（举例） 3）力的三要素：大小、方向、作用点。 力是定位矢量 4）力的表示： ○1图示○2符号：字母＋箭头如：F 二）力系的概念 1）定义：作用在物体上的一组力。（举例） 2)力系的分类
○ 1按力的的作用线现在空间分布的形式： A 汇交力系 b 平行力系 c 一般力系 ○ 2按力的的作用线是否在同一平面内 A 平面力系 B 空间力系 3)等效力系与合力 A 等效力系 ——两个不同力系，对同一物体产生相同的外效应，则称之 B 合力——若一个力与一个力系等效，则这个力称为合力 2.刚体的概念： 1）定义：在力的作用下保持其大小和形状不发生变化。 2）理解：刚体为一力学模型。 3.平衡的概念： 1）平衡——物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动． 2)平衡力系——作用在刚体上使物体处于平衡状态的力系。 3平衡条件——平衡力系应满足的条件。 二．静力学公里 公理一：二力平衡公里 作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且 作用在同一直线上。 使刚体平衡的充分必要条件 二力构件：在两个力作用下处于平衡的物体。 公理二加减平衡力系原理 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变厡力系对刚体的作用。 推理1 力的可传性 作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。 作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线． 12 F F = -
《控制工程基础》期末复习题 一、选择题 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 8、若某最小相位系统的相角裕度0γ>，则下列说法正确的是 ( )。 A 、不稳定； B 、只有当幅值裕度1g k >时才稳定； C 、稳定； D 、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。 9、若某串联校正装置的传递函数为1011001 s s ++，则该校正装置属于( )。 A 、超前校正 B 、滞后校正 C 、滞后-超前校正 D 、不能判断 10、下列串联校正装置的传递函数中，能在1c ω=处提供最大相位超前角的是： A 、 1011s s ++ B 、1010.11s s ++ C 、210.51s s ++ D 、0.11101 s s ++ 11、关于传递函数，错误的说法是 ( ) A 传递函数只适用于线性定常系统； B 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C 传递函数一般是为复变量s 的真分式； D 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 12、下列哪种措施对改善系统的精度没有效果 ( )。 A 、增加积分环节 B 、提高系统的开环增益K C 、增加微分环节 D 、引入扰动补偿 13、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴，则系统的 ( ) 。 A 、准确度越高 B 、准确度越低 C 、响应速度越快 D 、响应速度越慢 14、已知系统的开环传递函数为50(21)(5) s s ++，则该系统的开环增益为 ( )。 A 、 50 B 、25 C 、10 D 、5 15、若某系统的根轨迹有两个起点位于原点，则说明该系统( ) 。 A 、含两个理想微分环节 B 、含两个积分环节 C 、位置误差系数为0 D 、速度误差系数为0 16、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。 A 、超调%σ B 、稳态误差ss e C 、调整时间s t D 、峰值时间p t 17、已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( ) A 、 (2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2) K s s s -- 18、若系统增加合适的开环零点，则下列说法不正确的是 ( )。 第一章概论 本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。 例1 例图1-1a为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。 例图1-1a 晶体管稳压电源电路图 解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。对于本题，可画出方块图如例图1-1b。 例图1-1b 晶体管稳压电源方块图 本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过 R和4R分压后与稳压管的电 3 压 U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w 电流增大，集电极电流随之增大，降在 R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。 c 反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。 例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。 解：该系统是一种阀控液压油缸。当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。由此可画出如例图1-2b的职能方块图。 《工程力学》整体教学设计 一、管理信息 课程名称：《工程力学》 学分：4 学时：60 课程类型：专业基础课 授课对象：一年级第一学期的高职土建类专业学生 先修课程：高等数学、道路工程制图、建筑材料 后修课程：、结构力学、结构设计原理、土力学、基础工程等 学生情况分析：应往届高中毕业生，应届职高毕业生，文理科生都有，交流表达能力较好，愿意动手，有一定的计算机操作能力。多数学生数理基础差，学习习惯差，自我控制力差，团队合作意识欠缺，职业素养欠缺，自主学习能力差。 二、课程设计 1、课程目标设计 课程目标的设计应突出职业能力培养，体现基于职业岗位分析和职业岗位技术应用能力培养的教学设计理念，以学生为主体，以真实工作任务或土建工程结构为载体组织教学内容，在真实工程案例中采用行动导向的教学方法和手段进行实施。培养学生在工程施工中必备的力学素养和实际问题的解决能力。 《工程力学》课程目标分为职业能力目标和关键能力目标两个方面。见表1。 表1 课程目标 职业能力目标关键能力目标 静定结构受力分析能力 力系平衡条件的应用能力 梁、柱的强度、刚度、稳定性计算能力基本的力学实验操作能力 工程结构实际问题的解决能力学习能力 工作能力 数字逻辑应用能力信息技术能力 合作协调能力 创新能力 2、课程内容设计 重构内容体系：为适应湖南交通职业技术学院道路桥梁工程技术专业的校企合作、工学交替人才培养模式和“专业+产业”系企一体的专业建设模式，以工作过程导向的课程观为指导思想，根据职业岗位能力要求、职业标准要求、工作任务要求、职业素质要求和前后续课程的衔接。按照职业岗位和职业能力培养的要求，对教学内容进行遴选，重新构建了适应施工岗位工作的过程性知识为主、陈述性知识为辅的内容体系，以梁、轴和柱等结构件为载体，形成模块化的课程内容结构（见表2、表3）。 实践内容设计：为了以真实的工作任务为载体，强化学生能力培养，本课程精心设计了与理论知识相对应的实践教学项目。研究建立虚拟力学实验室，设计验证性实验的模拟实验软件。在校办企业试验检测中心建立仿真力学试验室，与企业工程师合作开发出真实的力学试验项目（见表2、表3）。 《控制工程基础》 实验指导书 彭光俊黄安贻编 . 1、比例环节： Rf Ri Rp op1 ei eo -Kp Ei(S)Eo(S) 1 实验二 二阶系统的阶跃响应 一、实验目的 1.学习二阶系统的阶跃响应曲线的实验测试方法。 2.研究二阶系统的两个重要参数ξ、n ω对阶跃瞬态响应指标的影响。 二、实验设备 1、XMN-2型机 1台 2、双踪示波器 1台 3、万用表 1个 三、实验内容与方法 典型二阶系统方块图如图2-1所示。 图2－1 其闭环传递函数： 22 2 () ()2n n n Y S X S S S ωζωω=++ n ω——无阻尼自然频率 ζ——阻尼比 1n T ω= T ——时间常数。 模拟电路图如图2-2所示。 图2－2 运算放大器运算功能： 1op ――积分1,T RC TS ?? -= ???； 2op ――积分1,T RC TS ?? -= ??? ； 9op ――反相(1)-； 6op ――反相比例,f i R K K R ? ?-= ?? ?； 11n T RC ω==（rad/s ） 122f i R K R ζ==? 1.调整40f R K =，使0.4(0.2)K ζ==；取1, 4.7R M C μ==使0.47T =秒 （10.47n ω=），加入单位阶跃扰动()1()X t t V =，记录响应曲线()Y t ，记作①。 2.保持0.2ζ=不变、阶跃扰动()1()X t t V =不变，取1, 1.47R M C μ==，使 1.47T =秒（11.47n ω=），记录响应曲线()Y t ，记作②。 3.保持0.2ζ=不变、阶跃扰动()1()X t t V =不变，取1, 1.0R M C μ==，使 1.0 T =秒（11.0n ω=），记录响应曲线()Y t ，记作③。 4.保持11.0n ω=不变，阶跃扰动()1()X t t V =不变，调整80f R K =，使 0.8(0.4)K ζ==，记录响应曲线()Y t ，记作④。 5. 保持11.0n ω=不变，阶跃扰动()1()X t t V =不变，调整200f R K =，使 20( 1.0)K ζ==，记录响应曲线()Y t ，记作⑤。 分别标出各条曲线的()p Mp t ，s t ，将曲线①、②、③进行对比；③、④、⑤进行对比;将③中的M p(t p ), t s 与理论值进行比较。 四、实验报告要求 1. 列出实验数据与结果； 2. 对实验误差进行分析； 3. 建立上述装置的传递函数，调用matlab 提供的函数进行仿真分析并进行对比。 五、思考题 1. 推导模电路的闭环传递函数 () ?() Y S X S =确定n ω,ζ和R ,C ,f R ,i R 的关系。 2. 若模拟实验中()Y t 稳态值不等于阶跃输函数()X t 的幅度，其主要原因可能是什么？ 软件开发技术方向 1.培养目标: 本方向以培养学生良好的软件分析、设计、开发、维护、测试等研发能力为目标,通过模块化的学习,使其具备扎实的技术基础、良好的技术素质和优秀的技术应用能力。本专业要求能够运用先进的软件设计方法、开发方法和工程管理方法,进 行软件设计与编程、项目的规范管理和项目的交流与组织协调,同时具备团队协作 精神、技术创新、项目管理和市场开拓能力,能够胜任大中型软件开发和管理的工 程型软件开发工作。 2.培养技能: 1以软件分析、设计、开发、维护、测试等工程研发能力为培养目标; 2使学生对于Java或.net编程语言深入了解和掌握,深刻理解面向对象编程思想; 3使学生对J2EE或.net技术体系有全面的了解,熟练掌握和使用主流框架开发 N层企业级项目; 4培养学生设计和搭建软件开发项目系统架构(平台、数据库、接口和应用架 构和解决开发中各种系统架构问题的能力; 5使学生对企业的项目的开发及管理模式有深入的理解及体验,具有更强的项目开发及团队合作能力; 6让学生通过职业素养的熏陶及培训,获得良好的职业素养、规范的职业工作习惯以及较强的工作能力; 3.主要方向课程(软件工程专业的必修环节外: ?编译原理 ?软件工程形式化方法 ?软件设计与体系结构 ?软件开发方向企业定制课程 4.就业趋势: 随着社会的发展,软件开发行业已经成为一个象征高薪的职业,随着软件业的快速发展,软件开发专业人才的人数逐年增长。未来几年,国内外高层次软件人才将供不应求。毕业生主要在各大软件公司、企事业单位、高等院校、各大研究所、国防等重要部门从事软件设计、开发、应用与研究工作,有数据表明,我国软件出口规模达到215亿元,软件从业人员达到72万人,在中国十大IT职场人气职位中,软件工程师位列第一位,软件工程人才的就业前景十分乐观。 就业岗位类型:1 程序开发工程师;2 需求分析师;3 实施工程师;4 售后支持工程师;5 测试工程师等等。 可胜任具体如下岗位:Java软件开发工程师、Java软件测试工程师、Java实施工程师、.NET软件开发工程师、.NET 软件测试工程师、Java网络编程工程师、网站开发、网站维护、就业于电信、金融、保险及大型企业的IT部门,从事海量数据及分布式运算的企业级应用软件开发等等。 辽宁科技学院教案 课程名称：控制工程基础 任课教师：杨光 开课系部：机械学院 开课教研室：机制 开课学期：2012～2013学年度第1学期 教学内容备注 一、机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。 1、系统(广义系统):按一定的规律联系在一起的元素的集合。 2、动力学问题:系统在外界作用（输入或激励、包括外加控制与外界干扰） 下，从一定初始状态出发，经历由其内部的固有特性（由系统的结构与参数所 决定）所决定的动态历程（输出或响应）。这一过程中，系统及其输入、输出三 者之间的动态关系即为系统的动力学问题。 上式中y(t)为微分方程的解，显然它是由系统的初始条件，系统的固有特性，系统的输入及系统与输入之间的关系决定。 对上例，需要研究的问题可归纳为以下三类： 二、控制理论的发展与应用 控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。从1868年马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里，自动控制理论的发展可分为四个主要阶段： 第一阶段：经典控制理论（或古典控制理论）的产生、发展和成熟； 第二阶段：现代控制理论的兴起和发展； 第三阶段：大系统控制兴起和发展阶段； 第四阶段：智能控制发展阶段。 经典控制理论： 控制理论的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间，为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备，进一步促进和完善了自动控制理论的发展。 ?1868年，马克斯威尔（J.C.Maxwell）提出了低阶系统的稳定性代数判据。 ?1895年，数学家劳斯（Routh）和赫尔威茨（Hurwitz）分别独立地提出了高阶系统的稳定性判据，即Routh和Hurwitz判据。 ?二战期间（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了频率响应理论 1948年，伊万斯（W.R.Evans）提出了根轨迹法。至此，控制理论发展的第一阶段基本完成，形成了以频率法和根轨迹法为主要方法的经典控制理论。 经典控制理论的基本特征： (1)主要用于线性定常系统的研究，即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合； (2)只用于单输入，单输出的反馈控制系统； (3)只讨论系统输入与输出之间的关系，而忽视系统的内部状态，是一种对系统的外部描述方法。 现代控制理论: 由于经典控制理论只适用于单输入、单输出的线性定常系统，只注重系统的外部描述而忽视系统的内部状态。因而在实际应用中有很大局限性。 随着航天事业和计算机的发展，20世纪60年代初，在经典控制理论的基础上，以线性代数理论和状态空间分析法为基础的现代控制理论迅速发展起来。 1954年贝尔曼（R.Belman)提出动态规划理论 1956年庞特里雅金（L.S.Pontryagin）提出极大值原理 1960年卡尔曼（R.K.Kalman)提出多变量最优控制和最优滤波理论 在数学工具、理论基础和研究方法上不仅能提供系统的外部信息（输出量和输入量），而且还能提供系统内部状态变量的信息。它无论对线性系统或非线性系统，定常系统或时变系统，单变量系统或多变量系统，都是一种有效的分析方法。 当今世界，控制技术无处不在,世界随处可见控制与反控制。 控制技术融合了信息技术、工程技术，是多种技术的融合。 绪 论 一、工程力学的研究对象 建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构。结构是由若干构件按一定方式组合而成的。组成结构的各单独部分称为构件。例如：支承渡槽槽身的排架是由立柱和横梁组成的刚架结构，如图1－1a 所示；单层厂房结构由屋顶、楼板和吊车梁、柱等构件组成，如图1－1b 所示。结构受荷载作用时，如不考虑建筑材料的变形，其几何形状和位置不会发生改变。 结构按其几何特征分为三种类型： （1）杆系结构：由杆件组成的结构。杆件的几何特征是其长度远远大于横截面的宽度和高度。 （2）薄壁结构：由薄板或薄壳组成。薄板或薄壳的几何特征是其厚度远远小于另两个方向的尺寸。 （3）实体结构：由块体构成。其几何特征是三个方向的尺寸基本为同一数量级。 （a ） （b ） 图0-1 工程力学的研究对象主要是杆系结构。 二、工程力学的研究内容和任务 工程力学的任务是研究结构的几何组成规律，以及在荷载的作用下结构和构件的强度、刚度和稳定性问题。研究平面杆系结构的计算原理和方法，为结构设计合理的形式，其目的是保证结构按设计要求正常工作，并充分发挥材料的性能，使设计的结构既安全可靠又经济合理。 进行结构设计时，要求在受力分析基础上，进行结构的几何组成分析，使各构件按一定的规律组成结构，以确保在荷载的作用下结构几何形状不发生发变。 结构正常工作必须满足强度、刚度和稳定性的要求。 强度是指抵抗破坏的能力。满足强度要求就是要求结构的构件在正常工作时不发生破坏。 刚度是指抵抗变形的能力。满足刚度要求就是要求结构的构件在正常工作时产生的变形不超过允许范围。 稳定性是指结构或构件保持原有的平衡状态的能力。满足稳定性要求就是要求结构的构件在正常工作时不突然改变原有平衡状态，以免因变形过大而破坏。 按教学要求，工程力学主要研究以下几个部分的内容。 （1）静力学基础。这是工程力学的重要基础理论。包括物体的受力分析、力系的简化与平衡等刚体静力学基础理论。 （2）杆件的承载能力计算。这部分是计算结构承载能力计算的实质。包括基本变形杆件的内力分析和强度、刚度计算，压杆稳定和组合变形杆件的强度、刚度计算。 （3）静定结构的内力计算。这部分是静定结构承载能力计算和超静定结构计算的基础。包括研究结构的组成规律、静定结构的内力分析和位移计算等。 （4）超静定结构的内力分析。是超静定结构的强度和刚度问题的基础。包括力法、位移法、力矩分配法和矩阵位移法等求解超静定结构内力的基本方法。 三、刚体、变形固体及其基本假设 工程力学中将物体抽象化为两种计算模型：刚体和理想变形固体。 刚体是在外力作用下形状和尺寸都不改变的物体。实际上，任何物体受力的作用后都发生一定的变形，但在一些力学问题中，物体变形这一因素与所研究的问题无关或对其影响甚微，这时可将物体视为刚体，从而使研究的问题得到简化。 理想变形固体是对实际变形固体的材料理想化，作出以下假设： （1）连续性假设。认为物体的材料结构是密实的，物体内材料是无空隙的连续分布。 （2）均匀性假设。认为材料的力学性质是均匀的，从物体上任取或大或小一部分，材料的力学性质均相同。 （3）向同性假设。认为材料的力学性质是各向同性的，材料沿不同方向具有相同的力学性质，而各方向力学性质不同的材料称为各向异性材料。本教材中仅研究各向同性材料。 按照上述假设理想化的一般变形固体称为理想变形固体。刚体和变形固体都是工程力学中必不可少的理想化的力学模型。 变形固体受荷载作用时将产生变形。当荷载撤去后，可完全消失的变形称为弹性变形；不能恢复的变形称为塑性变形或残余变形。在多数工程问题中，要求构件只发生弹性变形。工程中，大多数构件在荷载的作用下产生的变形量若与其原始尺寸相比很微小，称为小变形。小变形构件的计算，可采取变形前的原始尺寸并可略去某些高阶无穷小量，可大大简化计算。 综上所述，工程力学把所研究的结构和构件看作是连续、均匀、各向同性的理想变形固体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力。 一. 填空题(每小题2.5分，共25分) 1． 对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、 快速性 和 准确性 。 2． 按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环系统 和 闭环系统 。 3． 在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有 微分方程 、 传递函数 等。 4． 误差响应 反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统 控制精度的程度。 5． 一阶系统 1 1 Ts 的单位阶跃响应的表达是 。 6． 有系统的性能指标按照其类型分为时域性能指标和 频域性能指标 。 7． 频率响应是线性定常系统对 谐波 输入的稳态响应。 8． 稳态误差不仅取决于系统自身的结构参数，而且与 的类型有关。 9． 脉冲信号可以用来反映系统的 。 10. 阶跃信号的拉氏变换是 。 二． 图1为利用加热器控制炉温的反馈系统（10分） 电压放大 功率放大 可逆电机 + -自偶调压器~220V U f +给定毫 伏信号 + -电炉热电偶加热器 U e U g 炉温控制系统 减速器 - 图1 炉温控制结构图 试求系统的输出量、输入量、被控对象和系统各部分的组成，且画出原理方框图，说明其工作原理。 三、如图2为电路。求输入电压i u 与输出电压0u 之间的微分方程， 并求该电路的传递函数（10分） 图2 R u 0 u i L C u 0 u i C u 0 u i R (a) (b) (c) 四、求拉氏变换与反变换(10分) 1．求[0.5]t te -（5分） 2．求1 3 [] (1)(2) s s s - ++ （5分） 五、化简图3所示的框图，并求出闭环传递函数（10分） 《软件开发基础》课程标准 表1 课程基本信息 （一）课程性质与任务 课程性质：：《软件开发技术》是计算机专业的一门技术基础课，在软件工程学科人才培养体系中占有重要的地位。软件开发是建立计算机应用系统的重要环节，通过学习和训练，加深对大学计算机基础课程的理解和认识，加强程序设计能力的训练，培养学生运用软件开发方法和技术分析问题和解决问题的能力。《软件开发基础》已成为高校计算机软件教学体系中的一门重要课程 课程任务：通过本课程的学习掌握在操作系统、数据库、多媒体、网络等应用环境中软件的基本开发方法及技术，以及在软件开发过程中要解决的数据结构与常用算法的实现。通过该课程的学习，使学生掌握在上述环境中开发软件所必需的基础知识、基本开发方法和常用开发技术，为今后结合实际应用开发软件打下必要的基础。 （二）课程教学目标 本课程的开设旨在通过该课程的学习，使学生能够全面系统地掌握计算机软件开发技术的基本知识，熟悉软件工程概念与流程、数据结构概念与算法，并且结合数据库知识具有一定的软件系统设计能力。 1. 知识目标 （1）教授以软件开发的发展、主要方法、常用工具的使用为主线。包括：软件开发的基本概念、基本原理、常用的软件管理方法、常用的建模工具等。 （2）关键的知识讲授阶段有：软件需求获取方法、需求规格说明撰写与评审方法、软件设计的基本概念、结构化设计方法、体系结构设计、面向对象UML的软件分析方法、UML 建模方法、软件测试基本理论等。 （3）通过该课程的教授，学生应具备软件开发基本理论知识。 2. 能力目标 （1）运用软件开发的概念、原理、技术和方法开发与维护软件的能力 （2）编写相关技术文档的能力 （3）分析问题和解决问题的能力和团队工作交流能力。 3. 素质目标 （1）职业素养的培养：对软件开发领域常见的职业要求、团队合作精神进行培养与灌输。 （2）专业素养的培养：对软件管理过程中常见的问题能够予以准确判断，明确解决思路。 （三）参考学时 64(理论：32\实验：32 )学时。 （四）课程学分 3学分 （五）课程内容和要求（理论64学时） 课程旨在使学生掌握软件开发的基本概念、原理和方法，从软件开发技术、软件工程管理和软件工程环境等几个方面了解如何将系统的、规范化的和可以度量的工程方法运用于软件开发和维护中。要求学生通过本门课的学习，基本掌握结构化方法、面向对象方法等软件开发技术，初步了解软件复用的概念及基于构件的开发方法，同时对软件工程管理和环境等内容有一个总体的了解。 表2 课程内容与学时安排表 目录 1．概述 (1) 2．实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (5) 3．实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (12) 4．实验三典型环节（或系统）的频率特性测量 (16) 5. 使用说明实例 (21) 概述 一．实验系统功能特点 1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及并口通讯线。 2．ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。 3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。 4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。 二．系统构成 实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。ACT-I实验箱内装有以AD C812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC微机连接。 1．实验箱ACT-I简介 ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共16个单元组成，详见附图。 (1)电源单元U1 工程力学试题库(学生 用) 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 工程力学复习题 一、选择题 1、刚度指构件（ ）的能力。 A. 抵抗运动 B. 抵抗破坏 C. 抵抗变质 D. 抵抗变形 2、决定力对物体作用效果的三要素不包括（ ）。 A. 力的大小 B. 力的方向 C. 力的单位 D. 力的作用点 3、力矩是力的大小与（ ）的乘积。 A.距离 B.长度 C.力臂 D.力偶臂 4、题4图所示AB 杆的B 端受大小为F 的力作用，则杆内截面上的内力大小为 （ ）。 A 、F B 、F/2 C 、0 D 、不能确定 5、如题5图所示，重物G 置于水平地面上，接触面间的静摩擦因数为f ，在物体上施 加一力F 则最大静摩擦力最大的图是（ B ）。 (C) (B)(A) 题4图 题5图 6、材料破坏时的应力，称为（ ）。 A. 比例极限 B. 极限应力 C. 屈服极限 D. 强度极限 7、脆性材料拉伸时不会出现（）。 A. 伸长 B. 弹性变形 C. 断裂 D. 屈服现象 8、杆件被拉伸时，轴力的符号规定为正，称为（）。 A.切应力 B. 正应力 C. 拉力 D. 压力 9、下列不是应力单位的是（）。 A. Pa B. MPa C. N/m2 D. N/m3 10、构件承载能力的大小主要由（）方面来衡量。 A. 足够的强度 B. 足够的刚度 C. 足够的稳定性 D. 以上三项都是 11、关于力偶性质的下列说法中，表达有错误的是（）。 A.力偶无合力 B.力偶对其作用面上任意点之矩均相等，与矩心位置无关 C.若力偶矩的大小和转动方向不变，可同时改变力的大小和力偶臂的长度，作用效果不变 D.改变力偶在其作用面内的位置，将改变它对物体的作用效果。 12、无论实际挤压面为何种形状，构件的计算挤压面皆应视为（） A.圆柱面 B.原有形状 C.平面 D.圆平面 13、静力学中的作用与反作用公理在材料力学中（）。 A.仍然适用 B.已不适用。 14、梁剪切弯曲时，其横截面上（）。A A.只有正应力，无剪应力 B. 只有剪应力，无正应力 C. 既有正应力，又有剪应力 D. 既无正应力，也无剪应力 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 控制工程基础期末试题 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，，共20分) 1.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量σp( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.不定 2.运算放大器具有_____的优点。( ) A.输入阻抗高，输出阻抗低 B.输入阻抗低，输出阻抗高 C.输入阻抗高，输出阻抗高 D.输入、输出阻抗都低 3.在伯德图中反映系统抗高频干扰能力的是( ) A.低频段 B.中频段 C.高频段 D.无法反映 4.设开环系统频率特性G(jω)= ,当ω=1rad/s时，其频率特性幅值M(1)=( ) A. B.4 C. D.2 5.设开环传递函数G(s)H(s)= ,α>0,K>0，随着K增大，闭环系统 ( ) A.相对稳定性变差，快速性不变 B.相对稳定性变好，快速性不变 C.相对稳定性不变，快速性变好 D.相对稳定性变差，快速性变差 6.对于一阶、二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的( ) A.充分条件 B.必要条件 C.充分必要条件 D.以上都不是 7.开环传递函数为G(s)H(s)=, 则实轴上的根轨迹为( ) A.〔－4,∞) B.〔－4,0〕 C.(－∞,－4) D. 〔0,∞〕 8.进行串联滞后校正后，校正前的穿越频率ωc与校正后的穿越频率的关系，通常是( ) A.ωc= B.ωc> C.ωc< D.ωc与无关 9.PID控制规律是____控制规律的英文缩写。( ) A.比例与微分 B.比例与积分 C.积分与微分 D.比例、积分与微分 10.比例环节的频率特性相位移θ(ω)=( ) A.90° B.－90° C.0° D.－180° 二、填空题(本大题共10小题，每小空1分，共15分) 1.根轨迹全部在根平面的__________部分时，系统总是稳定的。 2.设系统的频率特性G(jω)=R(ω)+JI(ω)，则相频特性∠G(jω)=__________。 3.随动系统中常用的典型输入信号是__________和__________。 4.超前校正装置的最大超前角处对应的频率ωm=__________。 5.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为__________控制系统、__________控制系统和程序控制系统。 控制工程基础学习笔记 一、概论 1.1基本概念 控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。 输入信号：人为给定的，又称给定量。 输出信号：就是被控制量。它表征对象或过程的状态和性能。 反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信号。 偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。 误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。 扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。 1.2控制的基本方式 开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。 闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。 1.3反馈控制系统的基本组成 给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。 测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。 比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。 1.4对控制系统的性能要求 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。稳定是控制系统正常工作的先决条件。 快速性：指稳定系统响应的动态过程的时间长短。 准确性：指控制系统进入稳态后，跟踪给定信号或纠正扰动信号影响的准确度。 二、控制系统的动态数学模型 2.1 控制系统的运动微分方程 2.1.1 建立数学模型的一般步骤 用解析法列写系统或元件微分方程的一般步骤是： (1)分析系统的工作原理和信号传递变换的过程，确定系统和各元件的输入、输出量。 (2)从系统的输入端开始，按照信号传递变换过程，依据各变量所遵循的物理学定律，依次列写出各元件、部件动态微分方程。 (3)消去中间变量，得到一个描述元件或系统输入、输出变量之间关系的微分方程。 (4)写成标准化形式。将与输入有关的项放在等式右侧，与输出有关的项放在等式的左侧，且各阶导数项按降幂排列。 2.2 拉氏变换与反变换 2.2.1 拉普拉斯变换的定义 如果有一个以时间t 为自变量的实变函数f(t)，它的定义域是t>=0，那么f(t)的拉普拉斯变换定义为 F(s)=L[f(t)]= 式中,s 是复变数， 称为拉普拉斯积分；F(s)是函数f(t)的拉普拉斯变换，它是一个复变函数，通常也称F(s)为f(t)的象函数，而称f(t)为F(t)的原函数；L 表示进行拉普拉斯变换的符号。 阶跃函数的拉氏变换 单位斜坡函数的拉氏变换为R(s)=1/s 2 指数函数at e 的拉氏变换 )()()0 e d st F s L f t f t t ∞ -=??????)()()0e d st F s L f t f t t ∞ -=?????? ()()[]? ∞ -?==0 dt e At t f L s R st ? ?∞ -∞-∞-+ =---=0 001 0)(|dt Ae s dt s Ae e s A t st st st 2 s A = []= = ? ∞ -0 dt e e e L st at at ()a s dt e t a s -= ? ∞ --1控制工程基础_董景新_《控制工程基础》课程
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