《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件

第二章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)棋型◆系統(tǒng)的微分方程◆系統(tǒng)的傳遞函數(shù)◆系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡化◆考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)◆相似原理◆系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型◆數(shù)學(xué)模型的MATLAB描述第二章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)棋型1數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系為什么要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?研究與分析一個(gè)系統(tǒng),不僅要定性地了解系統(tǒng)地工作原理及其特性,而且更要定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系。此時(shí)就要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型:描述系統(tǒng)特性,揭示變量間的關(guān)系時(shí)域數(shù)學(xué)模型:微分方程(連續(xù)系統(tǒng))差分方程(離散系統(tǒng))狀態(tài)方程復(fù)域數(shù)學(xué)模型:傳遞函數(shù)(連續(xù)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(離散系統(tǒng))頻域數(shù)學(xué)模型:頻率特性數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系2數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系數(shù)學(xué)建模的一般方法:1分析法:根據(jù)系統(tǒng)或元件所遵循的有關(guān)定律來建立數(shù)學(xué)模型的方法。2.實(shí)驗(yàn)法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并擬合出比較接近實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系3系統(tǒng)的微分亦程線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng):能用線性微分方程描述的系統(tǒng)為線性系統(tǒng),否則為非線性系繞。線性定常系統(tǒng)x(+3x()+7x[D=4x1()+5xD線性時(shí)變系統(tǒng):x()+3元()+7x()=4r2元()+5x:()非線性系統(tǒng)x()+3xx(r)+7x()=4r2x,(r)+5x,(7)線性系統(tǒng)滿足疊加原理,非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理→突出特點(diǎn)線性系統(tǒng)的疊加原理:系統(tǒng)線性系統(tǒng)在多個(gè)輸入的作用下,系統(tǒng)其總輸出等于各個(gè)輸入單獨(dú)作用而產(chǎn)生的輸出之和系統(tǒng)的微分亦程4系統(tǒng)的微分亦程微分方程:時(shí)域中描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型列寫微分方程的一般方法:1.確定系統(tǒng)的輸入量和輸出量。(注意:輸入量包括給定輸入量和擾動(dòng)量)2.按信息傳遞的順序,從系統(tǒng)輸入端出發(fā),根據(jù)各變量所遵循的物理定律,列寫系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)微分方程。注意:負(fù)載效應(yīng),非線性項(xiàng)的線性化。3.消除中間變量,得到只包含輸入量和輸出量的微分方程4.整理所得到的微分方程。將與輸出有關(guān)的項(xiàng)放在方程的左側(cè),與輸入有關(guān)的項(xiàng)放在方程的右側(cè),各階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)按降冪排列。anx(r)+an,x"()+…+a1x(n)+a2x2()=bnxm()+bnx;""()+…+b1x,(1)+hx,(1)系統(tǒng)的微分亦程5《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件6《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件7《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件8《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件9《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件10《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件11《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件12《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件13《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件14《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件15《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件16《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件17《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件18《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件19《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件20《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件21《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件22《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件23《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件24《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件25《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件26《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件27《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件28《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件29《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件30《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件31《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件32《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件33《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件34《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件35《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件36《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件37《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件38《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件39《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件40《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件41《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件42《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件43《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件44《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件45《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件46《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件47《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件48《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件49《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件50《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件51《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件52《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件53《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件54《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件55《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件56《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件57第二章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)棋型◆系統(tǒng)的微分方程◆系統(tǒng)的傳遞函數(shù)◆系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡化◆考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)◆相似原理◆系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型◆數(shù)學(xué)模型的MATLAB描述第二章系統(tǒng)的數(shù)學(xué)棋型58數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系為什么要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?研究與分析一個(gè)系統(tǒng),不僅要定性地了解系統(tǒng)地工作原理及其特性,而且更要定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系。此時(shí)就要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型:描述系統(tǒng)特性,揭示變量間的關(guān)系時(shí)域數(shù)學(xué)模型:微分方程(連續(xù)系統(tǒng))差分方程(離散系統(tǒng))狀態(tài)方程復(fù)域數(shù)學(xué)模型:傳遞函數(shù)(連續(xù)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)(離散系統(tǒng))頻域數(shù)學(xué)模型:頻率特性數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系59數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系數(shù)學(xué)建模的一般方法:1分析法:根據(jù)系統(tǒng)或元件所遵循的有關(guān)定律來建立數(shù)學(xué)模型的方法。2.實(shí)驗(yàn)法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并擬合出比較接近實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模:描迷系統(tǒng)特咝,揭示變量間的系60系統(tǒng)的微分亦程線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng):能用線性微分方程描述的系統(tǒng)為線性系統(tǒng),否則為非線性系繞。線性定常系統(tǒng)x(+3x()+7x[D=4x1()+5xD線性時(shí)變系統(tǒng):x()+3元()+7x()=4r2元()+5x:()非線性系統(tǒng)x()+3xx(r)+7x()=4r2x,(r)+5x,(7)線性系統(tǒng)滿足疊加原理,非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理→突出特點(diǎn)線性系統(tǒng)的疊加原理:系統(tǒng)線性系統(tǒng)在多個(gè)輸入的作用下,系統(tǒng)其總輸出等于各個(gè)輸入單獨(dú)作用而產(chǎn)生的輸出之和系統(tǒng)的微分亦程61系統(tǒng)的微分亦程微分方程:時(shí)域中描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型列寫微分方程的一般方法:1.確定系統(tǒng)的輸入量和輸出量。(注意:輸入量包括給定輸入量和擾動(dòng)量)2.按信息傳遞的順序,從系統(tǒng)輸入端出發(fā),根據(jù)各變量所遵循的物理定律,列寫系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)微分方程。注意:負(fù)載效應(yīng),非線性項(xiàng)的線性化。3.消除中間變量,得到只包含輸入量和輸出量的微分方程4.整理所得到的微分方程。將與輸出有關(guān)的項(xiàng)放在方程的左側(cè),與輸入有關(guān)的項(xiàng)放在方程的右側(cè),各階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)按降冪排列。anx(r)+an,x"()+…+a1x(n)+a2x2()=bnxm()+bnx;""()+…+b1x,(1)+hx,(1)系統(tǒng)的微分亦程62《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件63《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件64《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件65《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件66《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件67《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件68《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件69《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件70《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件71《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件72《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件73《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件74《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件75《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件76《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件77《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件78《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件79《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件80《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件81《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件82《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件83《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件84《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件85《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件86《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件87《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件88《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件89《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件90《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件91《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件92《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件93《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件94《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件95《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件96《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件97《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件98《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件99《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件100《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件101《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件102《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件103《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件104《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第二章系課件105《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)