机械工程控制基础自考强化作业

（1）生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析：如汽车空调的温度控制与冷库温度控制综合性能分析。（10分）答：开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统，汽车空调的温度控制即为典型的开环控制系统，其系统控制框图如下：汽车空调开环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能：（1）控制器：它是温度控制的“大脑”，通过用户自编程序，下装到内存中，当有需要处理的信号产生时，它就会发出相应指令，指挥其他外围电路的工作,并且处理一些数据。（2）执行器：接受控制指令，使压缩机工作，带动加热或制冷装置动作，从而实现控制温度。闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统。冷库温度控制即为典型的闭环控制系统，其系统控制框图如下：冷库温度闭环控制系统系统框图其中主要组成部分的功能：（1）控制器：它是温度控制的“大脑”，通过用户自编程序，下装到内存中，当有需要处理的信号产生时，它就会发出相应指令，指挥其他外围电路的工作，同时根据温度的变化对执行机制进行控制，并且处理一些数据。给定量（设定的温度）控制器（控制电路））执行器（加热或制冷元件）被控对象（冷库）被控量（冷库温度）检测装置（温度传感器）控制量（制冷制暖量）比较器输入量(调定温度）控制器(控制电路)执行器（压缩机）被控对象(汽车内部)输出量(车内温度)控制量（2）温度传感器：负责采集冷库中的温度信号，并且把信号传送给控制器进行处理，同时控制器根据功能会给出一个控制信号。（3）执行器：当冷库中的温度达到一定的值时，执行电路就会带动加热或制冷装置动作，从而实现控制温度。（2）简单机械数学模型的建立，传递函数的推导：如建立脚踏自行车或电动自行车数学的模型。（10分）答：此系统由惯性负载、粘性摩擦阻尼器以及负载转矩构成，设车轮转动惯量为J，总重量为m，粘性摩擦系数为D，车轮半径为r，地面位移为x，摩擦力为f，负载转矩为LT，作用到系统上的主动转矩为)(tM。根据牛顿定律可得：dttdJtDTtML)()()(，22dtxdmf，且存在22)(dtxddttdr，则dtdmrfrTL2，所以可有两种表达方式)()()(2tMtDdtdmrdttdJ，传递函数DsmrJsMsΩsG)(1)()()(21)()()()(22222tMdttdDdttdmrdttdJ，传递函数)1()(1)()()(222TssKDssmrJsMsΘsG（3）PID控制器在机械工程中的应用分析：如PID控制器在数控机床进给系统中的作用。（10分）答：数控机床进给伺服系统是数控系统的重要组成部分，伺服系统的静、动态性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。以数控机床进给伺服系统建模为基础，基于PID控制的数控机床进给伺服调节器能很好的提高系统参数调节的效率、准确度，为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供一定的理论依据。位置调节器速度调节器电机逆变器电流调节器机械传动装置电流检测速度检测位置检测给定位置+-+-+-系统输出电流反馈速度反馈位置反馈系统结构简图PID是比例,积分,微分的缩写，PID控制器是伺服系统应用最为广泛的一种控制器，在数控机床进给系统中的作用：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例环节可以增加开环增益，加快反应速度，减少系统稳态误差，增加系统的通频带，但过大会使系统超调增加，导致系统稳定性下降；积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数iT,iT越小,积分作用就越强。反之iT大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。比例-积分-微分控制器最为理想，既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。