電大開放本科機電控制工程基礎總複習指導

2022-11-24 11:05:23 字數 4992 閱讀 6078

概述《機電控制工程基礎》是以控制理論為基礎,密切結合工程實際的一門專業基礎課,是機械設計製造及自動化專業必修課。

本課程所討論的問題,都是在工程實踐的基礎上抽象出來的問題,是分析和設計控制系統的共性問題,這些問題理論較強,涉及的面也十分廣泛。因此,討論問題的週期長是本課程特點之一。為了學好本課程,在學習過程中就應對學過的內容經常複習,明確前後問題的聯絡,掌握進度。

本課程中應用的數學較多,但是,所討論的問題都是和工程實踐緊密聯絡著的。因此,學習本課程要特別重視理論聯絡實際,重視在物理概念的基礎上對問題的理解。

負反饋是構成自動控制系統的基本控制策略。因此,牢固地掌握反饋在工程系統中的應用是學好本課程的關鍵。

控制系統分析,就是建立給定系統的數學模型,在規定的工作條件下,對它的數學模型進行分析研究。其研究的內容就是穩態效能和瞬態(暫態)效能,以及分析某些引數變化對上述效能的影響,決定如何選取合理的引數等。

系統綜合設計,就是在給定對系統瞬態和穩態效能要求情況下,根據己知的被控制物件,合理的確定控制器的數學模型,控制規律和引數,並驗證所綜合的控制系統是否是滿足效能指標要求。

機電控制工程基礎的基本問題是:建立系統的數學模型;系統分析計算;綜合校正確定控制規律。

本課程的基本任務,是使學生獲得機電控制系統的基本理論,掌握系統的基本分析方法和計算方法。為設計機電控制系統及後繼課程的學習和進一步研究學習控制理論打下一定的基礎。

一、考核說明

本課程主要內容包含相關的數學基礎;數學模型的建立;時域分析;頻域分析;綜合校正;取樣系統的基本理論及基本分析計算方法。本課程的任務是使學生掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統數學模型的建立、動、靜特性的分析計算方法,具有初步分析設計系統的能力。

現將有關考核的幾個問題說明如下:

考核物件:電大理工科類機械設計製造及其自動化專業本科生。

考核方式:採用形成性考核和終結性考試相結合的方式。

考核依據:本課程所用教學大綱為2001年審定通過並下發執行的、電大理工科類機械設計製造及其自動化專業本科生《機電控制工程基礎教學大綱》;所用文字教材為劉恆玉編著的2001年12 月由**電大出版社出版的《機電控制工程基礎》。本課程考核說明是形成性考核和終結性考試命題的基本依據。

課程總成績的記分方法:形成性考核成績在課程總成績中佔20%,終結性考試成績在課程總成績中佔80%。課程總成績為百分制,60分為合格。

形成性考核的要求和形式:形成性考核的形式有平時作業和課程實驗。能夠按時、按質、按量完成平時作業和課程實驗者方可得滿分。

終結性考試的要求和形式:

考試要求:本課程以應用為最終目的,考核重點是考察學員是否掌握控制工程基本理論的基本知識以及系統數學模型的建立、動、靜特性的分析計算方法,具體考核要求分為幾個層次:

熟練掌握:要求學生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學內容,並能夠用所學的內容分析、初步設計和解答與實際應用相關的問題,能夠舉一反三。

掌握:要求學生能夠較好地理解和掌握相應內容,並能夠進行簡單分析和判斷。

瞭解:要求學生能夠一般地瞭解所學內容。

組卷原則:

在教學大綱和考核說明所規定的目的、要求和內容範圍之內命題。在教學內容範圍之內,按照理論聯絡實際原則,考察學員對所學知識應用能力的試題,不屬於超綱。

試題的考察要求覆蓋面廣,並適當突出重點。

試題兼顧各個能力層次,熟練掌握60%,掌握佔30%,瞭解佔10%。

試題的難易程度和題量適當,按難易程度分為三個層次:較易佔30%,一般佔50%,較難佔20%。題量安排以平時基本能夠獨立完成作業者,他們能在規定的考試時間內作完並有一定時間檢查為原則。

試題型別及試卷結構:填空15%,單項選擇題15%,判斷10%,分析及計算40%,綜合題20%,具體形式見後面所附“試題型別及規範解答舉例”。

考核形式:閉卷。

答題時限:120分鐘。

其它說明:考生需自備計算器、直尺、鉛筆、橡皮等文具。

二、考核內容和要求

(一 )控制系統的基本概念

[考核目的]:

考核學員對控制系統的含義及有關概念的掌握情況

[考核內容]:

(1)控制的任務,被控制物件、輸入量、輸出量、擾動量的概念。

(2)開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念。

(3)控制系統的組成、基本環節及對控制系統的基本要求。

[考核要求]:

熟練掌握:開環控制、閉環控制系統的基本組成環節。

掌握:控制系統概念,反饋及反饋控制概念,開環系統及閉環系統概念。

(二 ) 機電控制工程數學基礎

[考核目的]:

考核學員對拉氏變換定義及其性質及有關概念的掌握情況

[考核內容]:

(1)複變函式概念。

(2)初等函式定義,複變函式的導數。

(3)複變函式積分,計算方法。

(4)羅朗級數、留數定理。

(5)拉氏變換定義、常用函式拉氏變換、拉氏變換性質、拉氏反變換。

[考核要求]:

熟練掌握:拉氏變換的定義;拉氏變換性質及應用,用部分分式法求拉氏反變換。

掌握:複數域描述函式的概念。通過拉氏變換這一數學工具將時間函式變為復域的函式。

瞭解:復變數的表示方法,複變函式的概念,計算留數。

(三) 控制系統的數學模型

[考核目的]:

考核學員是否掌握傳遞函式的概念、拉氏變換基本內容以及結構圖簡化方法求取傳遞函式的方法。是否理解數學模型的含義。

[考核內容]:

(1)數學模型概念。簡單機、電元件及系統列寫微分方程式的方法。

(2)傳遞函式的定義、性質、求法,典型環節的傳遞函式及瞬態(動態)特性。

(3)控制系統的結構圖繪製方法步驟及簡化原則,環節串聯、並聯傳遞函式、反饋連線時傳遞函式。

[考核要求]:

熟練掌握:

(1)傳遞函式的概念、定義、性質及求法,典型環節傳遞函式及瞬態特性。

(2)串聯、並聯、反饋連線等效傳遞函式的求法;

(3)控制系統開環傳遞函式、閉環傳遞函式、誤差傳遞函式的含義

掌握:(1)數學模型基本概念,能夠運用力學、電學知識列寫簡單機、電元件及系統的微分方程式。

(2) 結構圖等效變換原則,用結構圖簡化方法求系統的傳遞函式。

瞭解: 根據系統方程式繪製系統結構圖

(四 ) 控制系統時域分析

[考核目的]:

考核學員是否掌握拉氏反變換知識和終值定理,是否理解系統效能指標的含義以及計算方法。

[考核內容]:

(1)典型輸入訊號和時域效能指標。

(2)時間響應概念

(3)一階系統的瞬態響應。

(4)二階系統的瞬態響應,效能指標。

(5)勞斯穩定判據;穩態誤差分析計算(誤差定義、靜態誤差係數、動態誤差係數);擾動誤差;減小穩態誤差方法。

[考核要求]

熟練掌握:

(1)定常系統時域效能分析的基本內容。典型輸入訊號形式及效能指標的規定。一階系統

的瞬態響應。

(2)勞斯穩定判據,穩態誤差的概念。

掌握:(1)時間響應的基本概念。

(2)二階系統的階躍響應及效能指標穩態誤差計算。

瞭解:(1)動態誤差係數。

(五) 控制系統的頻域分析

[考核目的]:

考核學員是否掌握與控制系統的頻域分析有關概念以及方法,是否會用頻率法對控制系統的穩定性以及效能指標進行判斷和分析。

[考核內容]:

(1)頻率特性基本概念。

(2)頻率特性的表示方法:極座標圖、對數頻率特性圖。

(3)典型環節頻率特性,系統開環頻率特性曲線繪製方法。

(4)奈氏穩定判據、相角裕量、幅值裕量。

(5)對數幅頻-2/-1/-2、-2/-1/-3特性。

(6)時域效能指標與頻域效能指標關係。

[考核要求]

熟練掌握:

(1)頻率特性基本概念;頻率特性兩種表示方法;典型環節頻率特性曲線圖。

(2)系統的開環奈氏頻率特性和對數頻率特性畫法。

(3)奈氏穩定判據的基本原理及其判別方法。

掌握:(1)頻域效能指標與時域效能指標的關係。

(2) 相角裕量,幅值裕量定義及計算方法,頻域效能指標

瞭解:對數幅頻-2/-1/-2、-2/-1/-3特性;

(六) 用頻率法綜合控制系統

[考核目的]:

考核學員是否理解校正的含義,是否能夠根據要求進行系統校正

[考核內容]:

(1)校正的基本概念

(2)校正方式

[考核要求]

熟練掌握:

(1)系統綜合的基本概念;超前校正,遲後校正,遲後——超前校正環節的傳遞函式及其特

點。掌握:

(2)串聯校正,反饋校正的方法和步驟。

第1章控制系統的基本概念

主要學習內容:

(1) 控制任務,被控制物件、輸入量、輸出量、擾動量。

(2) 開環控制系統、閉環控制系統及反饋的概念。

(3) 控制系統的組成、基本環節及對控制系統的基本要求。

被控制物件或物件 ── 我們稱這些需要控制的工作機器、裝備為被控制物件或物件。

輸出量(被控制量)── 將表徵這些機器裝備工作狀態需要加以控制的物理參量,稱為被控制量(輸出量)。

輸入量(控制量)── 將要求這些機器裝備工作狀態應保持的數值,或者說,為了保證物件的行為達到所要求的目標,而輸入的量,稱為輸入量(控制量)

擾動量 ── 使輸出量偏離所要求的目標,或者說妨礙達到目標,所作用的物理量稱為擾動量。

控制的任務實際上就是形成控制作用的規律,使不管是否存在擾動,均能使被控制物件的輸出量滿足給定值的要求。

開環控制系統

只有給定量影響輸出量(被控制量),被控制量只能受控於控制量,而被控制量不能反過來影響控制量的控制系統稱為開環控制。

開環控制系統可以用結構示意圖表示,如圖所示。

擾動量輸入量輸出量

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圖開環控制結構圖

閉環控制系統

為了實現閉環控制,必須對輸出量進行測量,並將測量的結果反饋到輸入端與輸入量相減得到偏差,再由偏差產生直接控制作用去消除偏差。因此,整個控制系統形成一個閉合環路。我們把輸出量直接或間接地反饋到輸入端,形成閉環,參與控制的系統,稱作閉環控制系統。

由於系統是根據負反饋原理按偏差進行控制的,也叫作反饋控制系統或偏差控制系統。