目录

  • 1 第一单元
    • 1.1 控制理论在工程中的应用和发展
    • 1.2 控制系统的基本概念
    • 1.3 控制工程在机械制造工业中的应用
    • 1.4 控制系统的动态数学模型概述
  • 2 第二单元
    • 2.1 基本环节的数学模型
    • 2.2 数学模型的线性化
    • 2.3 拉氏变换及反变换
    • 2.4 传递函数及简单环节的传递函数
    • 2.5 系统函数方块图及其简化
    • 2.6 系统信号流图及梅逊公式
    • 2.7 受控机械对象数学模型及绘制实际机电系统的函数方块图
  • 3 第三单元
    • 3.1 时域响应以及典型输入信号
    • 3.2 一阶系统的瞬态响应
    • 3.3 二阶系统的瞬态响应
    • 3.4 时域分析性能指标
    • 3.5 时域瞬态响应的实验方法
  • 4 第四单元
    • 4.1 机电系统频率特性的概念及其基本实验方法
    • 4.2 频率特性的几何表示方法
    • 4.3 乃氏图
    • 4.4 伯德图
    • 4.5 典型环节与开环系统的频率特性
    • 4.6 由频率特性曲线求传递函数
    • 4.7 由单位脉冲响应求系统频率特性
    • 4.8 系统闭环频率特性
    • 4.9 机械系统动刚度的概念
  • 5 第五单元
    • 5.1 系统稳定性的基本概念
    • 5.2 系统稳定的充要条件
    • 5.3 代数稳定性判据
    • 5.4 乃奎斯特稳定性判据
    • 5.5 乃奎斯特稳定判据分析系统稳定性
    • 5.6 伯德图判断系统稳定性
    • 5.7 稳定裕度
    • 5.8 控制系统频域设计
    • 5.9 控制系统相对稳定性
  • 6 第六单元
    • 6.1 稳态误差的基本概念
    • 6.2 输入及干扰引起的稳态误差
    • 6.3 减小稳态误差的途径及动态误差系数
  • 7 第七单元
    • 7.1 系统的性能指标
    • 7.2 系统的校正概述
    • 7.3 串联校正
    • 7.4 反馈校正
    • 7.5 用频率法对控制系统进行综合与校正
    • 7.6 控制系统综合校正举例
  • 8 第九单元
    • 8.1 概述
    • 8.2 相平面法
    • 8.3 描述函数法
  • 9 第十单元
    • 9.1 实验一
    • 9.2 实验二
    • 9.3 复习
时域响应以及典型输入信号

反馈控制系统的一个显著优点是能够方便地调节系统的瞬态和稳态性能

为了分析和设计控制系统,我们必须明确定义系统的性能度量方式,并且能够定量计算系统的性能指标。

在明确了控制系统性能指标设计要求基础上,可以通过调节系统参数来获得预期响应。

由于控制系统本质上是动态的,因此通常需要从瞬态响应和稳态响应两个方面来衡量其性能。

瞬态响应是指系统响应中随着时间的推移会消失的部分,是系统在某一输入信号作用下其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。

稳态响应是指在输入信号激励之后,系统响应中将长期存在的部分,是系统当某一信号输入时,系统在时间趋于无穷大时的输出状态。

关于控制系统性能指标的一点简介:

1.典型输入信号(教材P76-P78)

控制系统本质上是时域系统,因此,对控制系统而言,确定时域性能指标是非常重要。应该注重控制系统的瞬态性能,即时域性能。

首先,必须确定系统是否稳定,而稳定性的分析和确定方法将留待后续章节加以讨论。如果系统是稳定的,那么就可以用多个性能指标来衡量系统对特定输入信号的响应

然而,系统的实际输入信号通常是未知的,因此需要选用标准测试输入信号(典型输入信号)系统对这些典型输入信号的响应,通常会与正常工作条件下的系统性能存在合理的联系。

因此,采用标准典型输入信号是适当的。利用典型输入信号,还可以比较不同设计方案的优劣,许多控制系统实际输入信号与典型输入信号非常类似。

常见的典型输入信号有:单位阶跃函数、单位斜坡(速度)函数、加速度(抛物线)函数、单位脉冲函数、正弦函数等。

(1)脉冲函数(信号)

(2)阶跃函数(信号)

(3)斜坡函数(信号)

(4)加速度函数(信号)

(5)正弦信号

2.动态过程与稳态过程

在典型输入信号作用下,任何一个控制系统的时间响应都由动态过程和稳态过程两部分组成。

(1)动态过程。动态过程又称为过渡过程或瞬态过程,指系统在典型输入信号作用下,系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程。根据系统结构和参数选择情况,动态过程表现为衰减、发散或等幅振荡形式。一个控制系统的动态过程就是用动态性能来描述的。(此内容在本章内介绍)

(2)稳态过程。稳态过程是指系统在典型输入信号作用下,当时间t趋于无穷大时,系统输出量的表现方式。稳态过程又称为稳态响应,表征系统输出量最终复现输入量的程度,提供系统有关稳态误差的信息,用稳态性能描述。(这部分在后续章介绍)