2022年机械工程控制基础知识总结.docx

《2022年机械工程控制基础知识总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年机械工程控制基础知识总结.docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2.1 系统的微分方程微分方程在时域中描述系统动态特性的数学模型线性系统能用线性微分方程描述叠加定理分析法试验方法列写微分方程的一般方法1、确定系统或各元件的输入量输出量2、依据信号的传递次序, 从系统的输入端开头, 依据各变量所遵循的运动规律,列写出在运动时各个环节的动态微分方程3、排除所列各微分方程的中间变量,得到描述系统的输入量、输出量之间关系的微分方程4、整理所得微分方程, 一般将与输出量有关的各项放在方程左侧,与输入量有关的各项放在方程右侧,各阶导数项按降 幂排列2.2 系统的传递函数（留意P45）31传递函数GsX o sX i sXo sXo sGs Xi s特点1、传递函数的分

2、母与分子分别反映系统本身与外界无关的固有特性和系统同外界的关系2、如输入已经给定,就系统的输出完全取决于传递函数3、传递函数中分母中s 的阶数 n 必不小于分子中 s 的阶数 m4、传递函数可以是有量纲的,也可以是无量纲的5、物理性质不同的系统、 环节或原件, 可以具有相同类型的传递函数典型环节的传递函数 * 1、比例环节2、惯性环节1、 GsK12、 Gs3、微分环节4、积分环节5、振荡环节6、延时环节3、 Gs4、 GsTs1 Ts1Ts5、 Gs2ns22s2nn6、 Gse s2.3 系统的传递函数方框图及其简化系统的方框图方框图的要素1、函数方框：传递函数的图解表示1、函数方框2、相

3、加点3、分支点2、相加点：信号之间代数求和运算的图解表示3、分支点：表示同一信号向不同方向的传递系统方框图的建立1、建立系统（或原件）的原始微分方程2、对这些原始微分方程进行Laplace 变换,并依据各 Laplace变换式中的因果关系,会出相应的方框图3、依据信号在系统中的传递、流向, 依次将各传递函数方框图连接起来,系统输入量置于左端,输出量置于右端串联环节的等效变换规章GsG1sG2s并联环节的等效变换规章GsG sG s12前向通道传递函数GsX o s反馈回路传递函数开环传递函数（量纲）*H sGK sE sB sX o sB sEsGs H s开环传递函数无量纲闭环传递函数（正负

4、号规章）*GB sXo sG sXi s1GsH s如相加点B s 处为负号,就G s H s 前为正号；如相加点B s 处为正号,就G s H s 前为负号；单位反馈1GB s1Gs分支点、相加点移动规章分支点前移,相加点后移补Gs分支点后移,相加点前移补1Gs分支点之间、相加点之间相互移动规章分支点、相加点间的相互移动,均不转变原有数学关系； 分支点相加点之间不能相互移动；化简方法通过移动分支点或相加点,排除交叉连接,使其成为独立的 小回路, 以便用串、 并联和反馈连接的等效规章进一步化简, 一般应先解内回路,一环环简化,最终求得系统的闭环传递 函数；直接公式求法（条件）GsXo s前向通

5、道的传递函数之积2.5 相像原理Xi s1 每一反馈函数的开环传递函数 1、整个方框只有一条前向通道；2、各局部反馈回路存在公共的传递函数方框；1、对不同的物理系统（环节）可用形式相同的微分方程与传递函数来描述；2、可以用相同的数学方法对相像系统加以争论；可以通过一种物理系统去争论另一种相像的物理系统；3.1 时间响应及其组成分类1、按振动性质分2、按振动来源分3.2 典型输入信号3.3 一阶系统1、按振动性质分：自由响应（自由振动）、强迫振动（由作用力引起）2、按振动来源分：零输入相应、零状态响应微分方程T dxo tx t x t 传递函数 *dtGsoiX o s1特点参数 *TX i

6、sTs1过渡过程 *指数曲线衰减到初值的2% 之前的过程过渡时间（调整时间）*一阶系统的单位脉冲响应*一阶系统的单位阶跃响应（瞬态项、 稳态项）ts4Ttt 1 e TTt*xou t 1e T两个重要特点点 *1、t于 1 T0 时,系统的响应；xout 的切线斜率等2、 tT 时,系统的响应xou t 达到了稳态值的 63.2%；3.4 二阶系统动力学方程d 2xto2dxot2 t 2 x t dt 2nnnidt传递函数 *2Gsns22s2nn特点参数n （无阻尼固有频率） 、 （阻尼比）上升时间（定义、公式）*定义：响应曲线从原工作状态动身,第一次达到输出稳态值所需的时间；公式：（

7、trdarctan 122, dn1）峰值时间（定义,公式）*定义：响应曲线达到第一个峰值所需的时间公式： t pd2（ dn1）调整时间：（定义,公式）*定义：在过渡过程中,xo t 取的值满意| xo t公式：xo |0.02, t sxo 时所需的时间4n30.05, tsn最大超调量（定义,公式）*x t x 定义： M popoxo 100%公式： M p21e100%振荡次数（定义,公式）*定义： 在过渡过程时间 0tts 内, xo t 穿越其稳态值xo 的次数的一半2公式：0.02, N2 10.05, N1.5 123.5 高阶系统1、当系统闭环极点全部在s 平面左半平面时,

8、其特点根有负实根及其复根有负实部,因此系统是稳固的,跟重量衰减的快慢,取决于极点离虚轴的距离；2、极点位置距离原点越远,就对应项的幅值就越小,对系统的过渡过程的影响就越小；当极点和零点很靠近时,对应项的幅值也很小系数大而且衰减慢的那些重量,在动态过程中起主导作用；3、主导极点：假如高阶系统中距离虚轴最近的极点,其实部小于其他极点实部的1 ,并且5邻近不存在零点, 可以认为系统的动态响应主要由这一极点打算；利用主导极点的概念, 可以将主导极点为共轭复数极点的高阶系统,降阶近似作为二阶系统来处理；3.6 系统误差分析与运算误差 *etx tx toro（以输出端基准来定义的）E1 sXor sXo

9、 s偏差 *txi tbt（以输入端为基准来定义）EsXi sB sE1s 与Es 的关系 *EsH sE1 s（偏差 =误差反馈函数）误差的一般运算E ss XX1ii sN s NsiX s1H sGX siN sGN s稳态误差（定义,运算式）*定义：esslimtet运算式：esslimetlimsE1s稳态偏差（定义,运算式）*定义： ssts0limtt运算式：sslimt limsEsts0GK smKTi s1i 1 nsTj s1j 1型次与系统的关系 *型次越高,稳态精度越高,但稳固精度越差当输入为单位阶跃信号时系统的稳态误差0 型系统： I 型系统：1ss1Kss0II

10、型系统：ss0当输入为单位斜坡信号时系统的稳态误差0 型系统：ss1I 型系统：ssKII 型系统：ss0当输入为加速度信号时系统的稳态误差0 型系统：ssI 型系统：ss1II 型系统：ssK归纳1、关于以上定义的无偏系数的物理意义：稳态偏差与输入信号的形式有关,在随动系统中一般称阶跃信号为位置信号,斜坡信号为速度信号,抛物线信号为加速度信号；由输入“某种”信号而引起的稳态偏差用一 个系数来表示,就叫“某种”无偏系数,它 表示了稳态的精度； “某种”无偏系数越大,精度越高；当无偏 系数为零时即稳态偏差,表示不能跟随输出；无偏系数为就为稳态无差；2、开环：型别精确性稳固性 K精确性稳固性3、依

11、据线性系统的叠加定理,可知当输入掌握信号是上述典型的线性组合时,输出量的 稳态误差应是他们分别作用时稳态误差之和；4、对于单位反馈系统,稳态偏差等于稳态误差；当增加系统的型别时, 系统的精确性将提高；当系统采纳增加开环传递函数中积分环节的数目的方法来增高系统的型别时,系统的稳固性将变差；4.1 频率特性概述频率响应线性定常系统对谐波输入的稳态响应幅频特性（文字定义,公式定义,作用）文字定义：线性系统在谐波输入下,其稳态输出与输入的幅值比是输入信号的频率的函数公式定义：AX oXi作用：描述了在稳态情形下,当系统输入是不同频率的谐波信号时,其复制的衰减或增大特性；相频特性（文字定义,作用,正负）

12、文字定义：稳态输出信号与输入信号的相位差 也是的函数作用：描述了在稳态情形下,当系统输入不同 频 率 的 谐 波 信 号 时 , 其 相 位 产 生 超 前0 或滞后 0 的特性；正负：正值：逆时针方向；负值：顺时针方向频率特性幅频特性A 和相频特性 的总称频率特性与传递函数的关系G| G j | ej G j 是 将 G s中 的 s4.2 频率特性的图示方法用 j取代后的结果；Nyquist 图当从 0时,G j 端点的轨迹典型环节的 Nyquist 图（略）绘制 Nyquist 的概略图形的一般步骤1、由G j 求出其实频特性 ReG j 、虚频特性 Im G j 和幅频特性 | G j

13、 |、相频特性G j 的表达式；2、求出如干特点点,如起点0 、终点 、与实轴的交点Im G j0 、与虚轴的交点 Re G j0等,并标在极坐标图上；3 、 补 充 必 要 的 几 点 , 根 据 |G j | 、G j 和 Re G j 、 Im G j 的变 化 趋 势 以 及G j 所 处 的 象 限 , 作 出Nyquist 曲线的大致图形；Bode 图频率特性的对数坐标图对数坐标图的横坐标和纵坐标横坐标：频率纵坐标：G j 的幅值（对数幅频特性图）或度（对数相频特性图）0十倍频程（ dec） *频 率从 任 意 数 值增 加 减 小 到110 0 （ 10 10 ）时的频带宽度在对

14、数坐标上为一个单位；分贝（ dB）的定义1dB20lg |G j |0dB输入幅值等于输出幅值比例环节 Bode 图*频率特性：G jK对数幅频特性： 20lg | G j |20lg K相频特性：G j0对数幅频特性曲线： 一条高度等于 20lg K 的水平线对数相频特性曲线：与0o 重合的一条直线积分环节的 Bode 图*自：0 时, 20lg | G |401频率特性：G jj对数幅频特性： 20lg | G j |20lg相频特性：G j90对数幅频特性曲线：在整个频率范畴内是一条斜率为20dB / dec 的直线；当1 时,20lg | G j |0 ；对数相频特性曲线：在整个频率范

15、畴内为一条90 的水平线；自：0 时, 20lg | G |40微分环节的 Bode 图频率特性：G jj对数幅频特性： 20lg | G j |20lg相频特性：G j90对数幅频特性曲线：在整个频率范畴内是一条 斜 率 为 20dB / dec 的 直 线 当1 时 ,20lg | G j |0 ；对数相频特性曲线：在整个频率特性范畴内为一条 90 的水平线；绘制系统 Bode 图的一般步骤1、将系统的传递函数Gs 转化为如干个标准形式的环节的传递函数（即惯性、一阶微分、振荡和二阶微分环节的传递函数中常数项均为 1）的乘积形式；2、由传递函数Gs 求出频率特性G j ；3、确定各环节的转角

16、频率；4、作出各环节的对数幅频特性渐近线；5、依据误差修正曲线对渐进线进行修正,作出各环节对数幅频特性的精确曲线；6、将各环节的对数幅频特性叠加（不包括系统总的增益 K）；7、将叠加后的曲线垂直移动20lg K ,得到4.3 频率特性的特点量零频幅值复现频率系统的对数幅频特性；8、作各环节的对数相频特性,然后叠加而得到系统总的对数相频特性；9 有延时环节时, 对数幅频特性不变, 对数相频特性就应加上；A0 ,表示当频率接近于零时, 闭环系统输出的幅值与输入的幅值之比；M ,在事先规定一个作为反映低频输入信号的答应误差,那么复现频率M 就是幅频特性值与A0的差第一次达到时的频率值；M复现带宽0

17、谐振频率r ,幅频特性率；A 显现最大值Amax 时的频相对谐振峰值M r ,r 时 的 幅 值Ar Amax 与0 时的幅值 A0 之比；截止频率b ,A 由A0下降到 0.707 A0 时的频率；4.4 最小相位系统与非最小相位系统最小相位传递函数 *在复平面 s右半平面没有极点和零点的传递函数；最小相位系统 *具有最小相位传递函数的系统；非最小相位传递函数在复平面 s右半平面有极点和零点的传递函数；非最小相位系统具有非最小相位传递函数的系统；5.1 系统稳固性的初步概念系统的不稳固现象 *1、线性系统不稳固现象发生与否,取决于内部条件,而与输入无关；2、系统发生不稳固现象必有适当的反馈作

18、用；3、掌握理论中所争论的稳固性其实都是指自由振荡下的稳固性,也就是说,是争论输入为零,系统仅存在有初始状态为零时的稳固,即争论系统自由振荡是收敛的仍是发散的；系统稳固的充要条件 *系统的全部特点根都具有负实部；反之,如特点根中只要有一个或一个以上具有正实部,就系统不稳固；如系统传递函数G s的全部极点均位于 s 平面的左半平面,就系统稳固；如有一个或一个以上的极点位于 s平面的右半平面,就系统不稳固；如有部分极点位于虚轴上,而其余的极点均在s 平面的左半平面,就系统为临界稳固；补充1、一般认为临界稳固实际上往往属于不稳固；2、不稳固区虽然包括虚轴j,但并不包括虚轴所通过的坐标原点；5.2 R

19、outh 稳固判据Routh 表与正实部特点根的个数Routh 表中第一列各元符号的转变的次数等于系统特点方程具有正实部特点根的个数；Routh 稳固判据Routh 表中第一列各元的符号均为正,且值不为零；Routh 稳固判据的简洁形式1、二阶系统 n2) 稳固的充要条件：a20 ,a10 , a00 ；2、三阶系统 n3) 稳固的充要条件：a20 ,a10 , a00 , a1a2a0a30 ；Routh 判据的特别情形 *1、在 Routh 表中任意一行的第一个元为零,而其后各元均不为零或部分不为零：用一个很小的正数 来代替第一列等于零的元,然后运算Routh表的其余各元；2、当 Rout

20、h 表的任意一行中的全部元均为零：利用该行的上一行的元构成一个帮助多项式,并用这个多项式方程的导数的系数组成Routh 表的下一行；5.2 Nyquist 稳固判据幅角定理如 s平面上的封闭曲线包围着F s 的 Z 个零点,就在 F s 平面上的映射曲线顺时针转 Z 圈；LF 将绕原点如 s平面上的封闭曲线包围着F s 的 P 个极点,就在 F s 平面上的映射曲线逆时针转 P 圈；LF 将绕原点如 s平面上的封闭曲线包围着F s 的 Z 个零点和 P 个极点,就在 F s平面上的映射曲线LF 将绕原点顺时针转NZP 圈；Ls 的轨迹1、L1 为到的整个虚轴, L2 为半径 R趋于无穷大的半圆

21、弧；2、由于在应用幅角原理时,Ls 不能通过F s 函数的任何极点,所以当函数F s 有如干个极点处于 s 平面的虚轴或原点处时,Ls 应以这些点为圆心,以无穷小为半径的圆弧按逆时针方向绕过这些点；Nyquist 稳固判据 *当由到时,如 GH 平面上的开环频率特性G j H j 逆时针方向包围1, j 0点 P 圈,就闭环系统稳固；（ P 为 G s H s 在s平面的右半平面的极点数）5.3 Bode 稳固判据穿越 *开环 Nyquist 轨迹在点 1, j 0 以左穿过负实轴正穿越 *Nyquist ：开环 Nyquist 轨迹自上而下 （相位增加）穿过点 1, j0 以左的负实轴；Bo

22、de ：对数相频特性曲线自下而上穿过180线；负穿越 *Nyquist ：开环 Nyquist 轨迹自下而上 （相位减小）穿过点 1, j0 以左的负实轴；Bode ：对数相频特性曲线自上而下穿过180线；半次正穿越Nyquist ：开环 Nyquist 轨迹自点 1, j 0 以左的负实轴开头向下；Bode：对数相频特性曲线自180 开头向上；半次负穿越Nyquist ：开环 Nyquist 轨迹自点 1, j 0 以左的负实轴开头向上；Bode：对数相频特性曲线自180 开头向下；Bode 稳固判据在 Bode 图上,当由 0 变到时,在开环对数幅频特性曲线为正值的频率范畴内,开环对数相频

23、特性曲线对180 线正穿越与负穿越次数之差为 P 2 时,闭环系统稳固；否就不稳固；Bode 稳固判据（最小相位系统,P0 ） 如,就闭环系统稳固； 如 cg ,就闭环系统不稳固；cg如 cg ,就闭环系统临界稳固；5.5 系统的相对稳固性相位裕度 *在为剪切频率c c0 时,相频特性GH距 180 线的相位差值；c相位裕度运算式 *180正相位裕度*Bode：对于稳固系统,自：180 线以上；必在 Bode 图横轴以上；Nyquist ：对于稳固系统,必在极坐标图负实轴以下；负相位裕度自：第三象限；*Bode：对于稳固系统,必在 Bode 图横轴以下；自：180 线以下；Nyquist ：对

24、于稳固系统,必在极坐标图负实轴以上；自：其次象限；幅值裕度 *当为相位交界频率g g0) 时,开环幅频特性 |G jKgg H j1g |的倒数；| G jg H jg |g幅值裕度的分贝表示 *20lg K20lg |G jg H jg |记Kg dB正幅值裕度 *Bode：对于稳固系统,Kg dB 必在 0 分贝线以下, K g dB0 ；Nyquist ：对于稳固系统, 1 K g1；自： 1, j 0 右侧通过；负幅值裕度Bode：对于稳固系统,Kg dB 必在 0 分贝线以上, K g dB0 ；Nyquist ：对于稳固系统, 1 K g1；自： 1, j 0 左侧通过；自：有关相

25、位裕度,只要记住：正相位裕度180 线以上；有关幅值裕度,只要记住：正幅值裕度0 分贝线以下；8086 汇编指令速查手册一、数据传输指令它们在存贮器和寄存器、寄存器和输入输出端口之间传送数据.1. 通用数据传送指令 . MOV传送字或字节 .MOVSX先符号扩展 , 再传送. MOVZX先零扩展 , 再传送.PUSH把字压入堆栈 .POP把字弹出堆栈 .PUSHA把 AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI 依次压入堆栈 . POPA把 DI,SI,BP,SP,BX,DX,CX,AX依次弹出堆栈 .PUSHAD把 EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,ED依I次压入堆栈

26、 .POPAD把 EDI,ESI,EBP,ESP,EBX,EDX,ECX,EAX依次弹出堆栈 .BSWAP交换 32 位寄存器里字节的次序XCHG交换字或字节 .至少有一个操作数为寄存器 , 段寄存器不行作为操作数 CMPXCHG比 较 并 交 换 操 作 数 .第 二 个 操 作 数 必 须 为 累 加 器AL/AX/EAX XADD先交换再累加 .结果在第一个操作数里 XLAT字节查表转换 . BX 指向一张 256字节的表的起点 , AL为表的索引值0-255, 即0-FFH;返回 AL 为查表结果 . BX+AL-AL 2. 输入输出端口传送指令 .INI/O端口输入 . 语法: IN

27、累加器, 端口号 DX OUTI/O端口输出 . 语法: OUT 端口号 DX, 累加器 输入输出端口由立刻方式指定时,其范畴是 0-255;由寄存器 DX指定时,其范畴是 0-65535.3. 目的地址传送指令 .LEA装入有效地址 .例: LEA DX,string ;把偏移地址存到 DX. LDS传送目标指针 , 把指针内容装入 DS.例: LDS SI,string ;把段地址 : 偏移地址存到 DS:SI. LES传送目标指针 , 把指针内容装入 ES.例: LES DI,string ;把段地址 : 偏移地址存到 ES:DI. LFS传送目标指针 , 把指针内容装入 FS.例: L

28、FS DI,string ;把段地址 : 偏移地址存到 FS:DI.LGS传送目标指针 , 把指针内容装入 GS.例: LGS DI,string ;把段地址 : 偏移地址存到 GS:DI. LSS传送目标指针 , 把指针内容装入 SS.例: LSS DI,string ;把段地址 : 偏移地址存到 SS:DI.4. 标志传送指令 .LAHF标志寄存器传送 , 把标志装入 AH.SAHF标志寄存器传送 , 把 AH内容装入标志寄存器.PUSHF标志入栈 .POPF标志出栈 .PUSHD32位标志入栈 .POPD32位标志出栈 .二、算术运算指令ADD加法.ADC带进位加法 .INC加 1.AA

29、A加法的 ASCII 码调整.DAA加法的十进制调整 .SUB减法.SBB带借位减法 .DEC减 1.NEC求反 以 0减之.CMP比较. 两操作数作减法 , 仅修改标志位 , 不回送结果 . AAS减法的 ASCII 码调整.DAS减法的十进制调整 .MUL无符号乘法 .IMUL整数乘法 .以上两条 , 结果回送 AH和 AL 字节运算 , 或 DX和 AX字运算 , AAM乘法的 ASCII 码调整.DIV无符号除法 .IDIV整数除法 .以上两条 , 结果回送 :商回送 AL, 余数回送 AH, 字节运算 ;或 商回送 AX,余数回送 DX, 字运算 .AAD除法的 ASCII 码调整.

30、CBW字节转换为字 . 把 AL中字节的符号扩展到 AH中去 CWD字转换为双字 . 把 AX中的字的符号扩展到 DX中去 CWDE字转换为双字 . 把 AX中的字符号扩展到 EAX中去 CDQ双字扩展 . 把 EAX中的字的符号扩展到 EDX中去三、规律运算指令AND与运算. OR或运算.XOR异或运算 .NOT取反.TEST测试. 两操作数作与运算 , 仅修改标志位 , 不回送结果 . SHL规律左移 .SAL算术左移 .=SHLSHR规律右移 .SAR算术右移 .=SHRROL循环左移 .ROR循环右移 .RCL通过进位的循环左移 .RCR通过进位的循环右移 .以上八种移位指令 , 其移

31、位次数可达 255 次.移位一次时 ,可直接用操作码 .如 SHL AX,1.移位1 次时,就由寄存器 CL给出移位次数 .如 MOV CL,04 SHL AX,CL四、串指令DS:SI源串段寄存器 :源串变址 .量.字. 字. ES:DI目标串段寄存器 : 目标串变址 .CX重复次数计数器 .AL/AX扫描值 .D标志 0表示重复操作中 SI 和 DI 应自动增量 ; 1表示应自动减Z标志 用来掌握扫描或比较操作的终止 .MOVS串传送 . MOVSB传送字符 .MOVSW传送字 .MOVSD传送双CMPS串比较 . CMPSB比较字符 .CMPSW比较字. SCAS串扫描 .把 AL或 A

32、X的内容与目标串作比较 , 比较结果反映在标志位 .LODS装入串 .把源串中的元素 字或字节 逐一装入 AL或 AX中. LODSB传送字符 .LODSW传送字 .LODSD传送双STOS储存串 .是 LODS的逆过程 .REP当 CX/ECX0时重复 .REPE/REPZ当 ZF=1或比较结果相等 , 且 CX/ECX0时重复 . REPNE/REPNZ当 ZF=0或比较结果不相等 , 且 CX/ECX0时重复 . REPC当 CF=1且 CX/ECX0时重复 .REPNC当 CF=0且 CX/ECX0时重复 .五、程序转移指令1无条件转移指令 长转移 JMP无条件转移指令CALL过程调用

33、RET/RETF过程返回 .2条件转移指令 短转移 ,-128到+127 的距离内 当且仅当 SF XOR OF=1 时,OP1循环掌握指令 短转移 LOOPCX不为零时循环 . LOOPE/LOOPZCX不为零且标志 Z=1 时循环. LOOPNE/LOOPNZ CX不为零且标志 Z=0 时循环. JCXZCX为零时转移 .JECXZECX为零时转移 .4中断指令INT中断指令INTO溢出中断IRET中断返回5处理器掌握指令HLT处理器暂停 ,直到显现中断或复位信号才连续 . WAIT当芯片引线 TEST为高电平常使 CPU进入等待状态 . ESC转换到外处理器 .LOCK封锁总线 .NOP空操作.STC置进位标志位 .CLC清进位标志位 .CMC进位标志取反 .STD置方向标志位 .CLD清方向标志位 .STI置中断答应位 .CLI清中断答应位 .六、伪指令DW定义字 2 字节.PROC定义过程 .ENDP过程终止 .SEGMENT定义段 .ASSUME建立段寄存器寻址 . ENDS段终止 .END程序终止 .