自考30587机械控制工程基础Word格式.doc
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5)机械控制系统的相位超前、相位滞后、相位滞后-超前以及PID等串联校正。
2.课程的学习难点
1)机械控制系统的开环频率特性、以及稳定性和相对稳定性的分析与计算;
2)机械控制系统的相位滞后-超前串联校正、PID校正,以及并联校正的分析与计算。
Ⅱ考核目标
本大纲在考核目标中,按照识记、领会、以及应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。
三个能力层次是递升的关系,后者必须建立在前者的基础上。
各能力层次的含义是:
1.识记
理解本课程中的名词术语、基本知识、概念的意义,并能准确表达。
2.领会
在识记的基础上,能全面把握基本内容、基本理论和概念、基本方法,并注意各种概念、方法的特点与联系。
3.应用
在识记和领会的基础上,能对机械工程控制系统分析和设计中的问题进行正确的阐述、计算和分析,能运用所学的基本知识和理论、方法,解决机械工程控制系统分析和设计中的实际问题。
Ⅲ课程内容与考核要求
第1章绪论
一、学习目的与要求
考生通过对第一章的学习,了解不同阶段控制理论的发展情况以及控制系统的基本类型;
掌握开环控制系统和闭环控制系统的工作原理、基本组成和结构,以及对控制系统基本性能的要求。
二、课程内容
控制工程概述、控制系统的结构、控制系统的基本类型、对控制系统的基本要求。
三、考核知识点与考核要求
1.控制系统的结构
识记:
开环控制系统及其特点;
闭环控制系统及其特点;
半闭环控制系统及其特点;
反馈控制系统;
正反馈和负反馈;
反馈控制系统的组成元件及含义。
领会:
闭环控制系统工作过程;
检测偏差用于纠正偏差的原理。
应用:
参考对闭环恒温箱控制系统,分析教材习题1.4所述仓库大门自动控制系统及习题1.5所示液位自动控制系统的工作原理,并画出控制系统框图。
2.控制系统的基本类型
恒值控制系统;
伺服跟踪系统;
程序控制系统;
连续模拟式控制系统;
离散数字式控制系统;
有差系统;
无差系统。
各类型控制系统的基本含义;
不同类型控制系统间的异同。
3.对控制系统的基本要求
稳定性;
快速性;
准确性;
稳态误差。
稳、准、快各自的意义及其间的相互影响。
四、本章重点、难点
重点:
闭环控制系统的组成及工作原理;
对控制系统的基本要求。
难点:
闭环控制系统的工作原理、闭环控制系统的方框图。
第2章控制系统的数学模型
掌握建立机械控制系统的数学模型、传递函数以及控制方框图模型等方法,分析复杂闭环控制系统方框图模型等效变化。
控制系统的微分方程;
控制系统的传递函数;
典型环节的传递函数;
控制系统的方框图;
典型系统的数学模型分析。
1.控制系统的微分方程
线性系统及其特性;
非线性系统及其特性;
间隙非线性;
死区非线性;
摩擦力非线性;
饱和非线性;
平方律非线性;
本质非线性;
非本质非线性;
微分方程;
自由运动状态;
自由运动模态;
微分方程的通解;
微分方程的特解和特解;
自然响应;
强迫响应。
线性系统的两个重要特性;
微分方程和齐次微分方程的意义。
建立控制系统微分方程;
用拉普拉斯变换求解微分方程。
2.控制系统的传递函数
传递函数的定义;
传递函数的特点;
传递函数的基本模型(一般形式);
传递函数的零极点模型;
传递函数的时间常数模型;
系统的零点;
系统的极点;
系统的传递系数(根轨迹增益);
静态(稳态)增益;
时间常数;
典型环节及其传递函数;
储能元件和耗能元件。
传递函数表达式的含义;
传递函数与微分方程之间的关系;
微分环节对系统的控制作用。
建立机械、液压、电气等元件或系统的传递函数。
3.控制系统的函数方框图模型
方框图的基本结构要素及特性;
控制系统串联联接;
控制系统的并联联接;
控制系统的反馈联接;
前向通路;
反馈通路;
闭环传递函数;
开环传递函数;
反馈传递函数;
干扰输入传递函数;
闭环特征方程。
闭环控制系统框图模型的特点;
方框图模型中分支点前移或后移的等效变换图;
方框图模型中相加点前移或后移的等效变换图。
根据系统各原件数学模型绘制系统的方框图模型;
由系统方框图模型求系统的传递函数;
同一方框图模型以不同输出时的传递函数;
由方框图等效变换求传递函数。
建立控制系统的微分方程;
建立控制系统的传递函数;
由方框图模型等效变换求系统传递函数。
第3章控制系统的时域分析
掌握一阶系统、二阶系统数学模型、特点、系统的时间响应及组成,二级系统的时域性能指标的计算,综合分析高阶系统的时间响应及性能影响因素。
控制系统的瞬态响应;
一阶系统的数学模型及时间响应;
典二阶系统的数学模型及时间响应;
高阶系统的时间响应及性能分析。
1.控制系统的瞬态响应
单位阶跃信号及其拉氏变换;
单位斜坡信号及其拉氏变换;
单位抛物线信号及其拉氏变换;
单位脉冲信号及其拉氏变换;
单位正弦信号及其拉氏变换;
时间响应;
稳态响应;
瞬态响应;
稳态分量;
瞬态分量;
延迟时间;
上升时间;
峰值时间;
最大超调量;
调节时间;
振荡次数;
时间响应的组成;
瞬态响应。
2.一阶系统的数学模型及时间响应
一阶系统的微分方程及传递函数;
一阶系统的极点;
一阶系统的时间常数;
一阶系统的单位阶跃响应;
一阶系统的单位脉冲响应;
一阶系统的单位斜坡响应。
一阶系统极点对稳定性的影响;
一阶系统时间常数对快速性的影响;
一阶系统单位阶跃响应的组成;
一阶系统单位阶跃响应的特性;
一阶系统的调节时间;
一阶系统的单位脉冲响应的稳态分量和瞬态分量;
一阶系统单位斜坡响应的稳态分量和瞬态分量;
一阶系统单位斜坡响应的稳态误差。
掌握一阶系统的稳态值、稳态误差、时间常数、增益系数的计算方法。
3.二阶系统的数学模型及时间响应
二阶系统的微分方程及传递函数;
二阶系统的极点(特征根);
无阻尼固有频率;
阻尼比;
有阻尼固有频率;
零阻尼状态;
欠阻尼状态;
临界阻尼状态;
过阻尼状态就;
二阶系统的单位阶跃响应;
二阶系统的单位脉冲响应;
二阶系统的单位斜坡响应;
二阶系统的稳态误差;
二阶系统的时域性能指标。
二级系统极点随阻尼比变化在s复平面上的分布规律;
不同阻尼状态下二阶系统时间响应的组成;
二阶系统的特性参数阻尼比和固有频率对系统动态性能(快速性和稳定性)的影响;
在单位斜坡信号作用下二阶系统的稳态误差。
二阶系统的固有频率和阻尼比的计算;
欠阻尼状态下二阶系统单位阶跃响应的分析计算;
单位斜坡信号作用下二阶系统的稳态响应及稳态误差分析计算;
欠阻尼状态下二阶系统的时域性能指标的分析与计算。
4.高阶系统的时间响应及性能分析
高阶系统组成;
高阶系统的特征根;
高阶系统的实数极点;
高阶系统的共轭复数极点;
高阶系统的传递函数;
高阶系统的单位阶跃响应;
高阶系统的单位脉冲响应;
高阶系统的稳态分量和瞬态分量;
高阶系统的模态;
高阶系统的稳定状态、临界稳定状态、不稳定状态;
主导极点。
高阶系统时间阶跃响应的组成及其与控制信号(输入信号)或系统极点之间的关系;
高阶系统自由运动模态的具体形式;
高阶系统稳定性的充分必要条件;
系统极点对系统动态性能的影响;
系统的零点及增益对系统动态性能的影响。
一阶系统的单位阶跃响应及特性分析;
二阶系统的时间响应及性能分析;
二阶系统时域性能指标的分析与计算;
判断系统稳定的充分必要条件;
高阶系统时间响应组成模态;
系统极点、零点及增益对系统性能的影响。
高阶系统自由运动模态的结构形式;
高阶系统的性能分析。
第4章控制系统的频域分析
掌握机械控制系统的频率特性、开环极坐标频率特性曲线及开环对数坐标频率特性曲线的绘制;
了解闭环频率特性及其频域性能指标的意义。
频率特性的基本概念;
典型环节的频率特性;
控制系统的开环频率特性;
控制系统的闭环频率特性。
1.频率响应及频率特性
频率响应;
频率特性;
幅频特性和相频特性;
实频特性和虚频特性;
对数幅频特性和对数相频特性;
十倍频程;
幅值穿越频率(截止频率);
相频穿越频率(相位交点频率);
典型环节的频率特性及其频率特性图;
惯性、一阶微分、振荡以及二阶微分等环节的转折频率;
惯性、一阶微分、振荡以及二阶微分等环节的低频渐近线和高频渐近线。
频率响应的分析推导;
各频率特性之间的关系;
幅相频特性图(极坐标图)和对数频率特性图(Bode)图的对应关系;
典型环节的频率特性及频率特性图。
由控制系统微分方程或传递函数求系统的频率响应;
由频率响应求频率特性;
由传递函数求频率特性;
幅值穿越频率和相频穿越频率的计算;
绘制典型环节的幅相频特性(极坐标)图和对数频率特性(Bode)图。
2.控制系统的开环频率特性
开环频率特性;
开环极坐标图;
系统类型;
最小相位传递函数和非最小相位传递函数;
最小相位系统和非最小相位系统;
非最小相位环节;
开环对数频率特性;
开环对数频率特性(Bode)图;
闭环频域性能指标。
不同类型系统在ω=0及ω=+∞时的幅频特性和相频特性的意义;
v≠0时系统在ω=0即ω从0-→0+的极坐标图;
开环极坐标图的起点和终点渐近线(或切线);
最小相位系统和非最小相位系统频率特性的特点;
非最小相位系统的极坐标图;
开环对数幅率特性和开环对数相频特性;
开环对数幅频特性起始段渐近线的斜率与系统类型的对应关系;
不同典型环节转折频率后渐近线对应的斜率变化;
最小相位系统由开环幅率特性图求开环传递函数的方法;
一阶系统和二阶系统的闭环频域性能分析。
计算开环极坐标图的起点、终点,以及与实轴、虚轴交点的频率特性;
绘制开环极坐标
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