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正文內(nèi)容

機(jī)械控制基礎(chǔ)第一章(編輯修改稿)

2025-03-06 11:53 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 c k f(t) y(t) 圖 12 圖 13 c k y(t) m x(t) 21頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 就輸入 、 輸出 、 系統(tǒng)三者關(guān)系而言 , 工程控制的內(nèi)容有以下五個(gè)方面: 當(dāng)系統(tǒng)一定 , 輸入已定時(shí) , 求系統(tǒng)的輸出 (響應(yīng) ), 并通過(guò)輸出來(lái)研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問(wèn)題 , 此即 系統(tǒng)分析 問(wèn)題; 當(dāng)系統(tǒng)已定時(shí) , 確定輸入 , 且所確定的輸入應(yīng)使得輸出盡可能符合給定的最佳要求 , 此即 最優(yōu)控制 問(wèn)題: 當(dāng)輸入已知時(shí) , 確定系統(tǒng) , 且所確定的系統(tǒng)就使得輸出盡可能符合給定的最佳要求 , 此即 最優(yōu)設(shè)計(jì) 問(wèn)題; 系統(tǒng) 輸入 輸出 圖 14 22頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 當(dāng)輸出已知時(shí) , 確定系統(tǒng) , 以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息 , 此即 濾波與預(yù)測(cè) 問(wèn)題; 當(dāng)輸入與輸出均已知時(shí) , 求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù) , 即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 , 此即 系統(tǒng)識(shí)別或系統(tǒng)辨識(shí) 問(wèn)題 。 本書(shū)主要以經(jīng)典控制理論來(lái)研究問(wèn)題 1。 系統(tǒng) 輸入 輸出 圖 14 23頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 167。 12 167。 13 反饋控制原理與反饋控制系統(tǒng)的組成 一 、 反饋控制概念及控制原理 反饋控制原理是控制論的基本原理 , 反饋是控制論中一個(gè)非常重要的概念 。 反饋: 將系統(tǒng)的輸出 , 部分或全部地返回到輸入稱(chēng)為系統(tǒng)反饋 。 其本質(zhì)是系統(tǒng)內(nèi)部元素的相互聯(lián)系 ,信息的交換 。 24頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 在開(kāi)車(chē)過(guò)程中 , 司機(jī)用眼睛觀察轉(zhuǎn)速表上的實(shí)際車(chē)速并由大腦將實(shí)際車(chē)速與希望車(chē)速進(jìn)行比較 , 大腦根據(jù)比較后的偏差 對(duì)腳發(fā)出指令 , 控制油門(mén)踏板 , 從而使實(shí)際車(chē)速與希望車(chē)速一致 。 在這里人與車(chē)構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng) 。 在該系統(tǒng)中 , 眼睛將實(shí)際車(chē)速這一信息送入大腦并與大腦中儲(chǔ)存的車(chē)速信息進(jìn)行比較 , 這一過(guò)程就是 信息反饋 過(guò)程 。 例 1:司機(jī)駕駛汽車(chē)過(guò)程。 希望車(chē)速 y(t) 大腦 偏差 腳、油門(mén)踏板 汽車(chē) 實(shí)際車(chē)速 x(t) 眼睛、轉(zhuǎn)速表 b(t) e(t) 輸入量 輸出量 25頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 通常 , 把輸出量返回到輸入端并與輸入量比較的過(guò)程稱(chēng)為 反饋 , 反饋包括 正反饋 和 負(fù)反饋 。 若反饋信號(hào)是與輸入信號(hào)相減而使偏差值愈采愈小 , 則稱(chēng) 負(fù)反饋 ;反之 , 則稱(chēng) 正反饋 。 顯然如圖所示系統(tǒng)中的反饋為負(fù)反饋 。 該系統(tǒng)的控制過(guò)程是 利用輸出量與輸入量之間的偏差進(jìn)行控制并最后消除這一偏差的過(guò)程 。 希望車(chē)速 y(t) 大腦 偏差 腳、油門(mén)踏板 汽車(chē) 實(shí)際車(chē)速 x(t) 眼睛、轉(zhuǎn)速表 b(t) e(t) 輸入量 輸出量 26頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 在上述系統(tǒng)中 , 人直接參與了反饋控制過(guò)程 , 因此這是一個(gè)人工反饋控制系統(tǒng) 。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中 , 反饋是用自動(dòng)控制元件完成的 。 現(xiàn)以 工作臺(tái)位置控制系統(tǒng) 和 工作臺(tái)速度控制系統(tǒng) 為例 , 說(shuō)明自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程 。 希望車(chē)速 y(t) 大腦 偏差 腳、油門(mén)踏板 汽車(chē) 實(shí)際車(chē)速 x(t) 眼睛、轉(zhuǎn)速表 b(t) e(t) 輸入量 輸出量 27頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 例 2:工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由指令電位器、反饋電位器、放大器、伺服電機(jī)、齒輪減速器、滾珠絲杠及工作臺(tái)組成,其功用是控制工作臺(tái)位置按指令電位器給出的規(guī)律變化。 Du 28頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 工作原理如下: 通過(guò)指令電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)給出工作臺(tái)的位置指令 xr,并轉(zhuǎn)換為控制電壓 ur 。 被控制工作臺(tái)的位移 xc由反饋電位器檢測(cè) , 并轉(zhuǎn)換為反饋電壓 uc 。 兩電位器接成橋式電路 。 當(dāng)工作臺(tái)位置 xc與給定位置 xr有偏差時(shí) , 橋式電路的輸出電壓為 Du= ur – uc ,設(shè)開(kāi)始時(shí)指令電位器和反饋電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)都處于左端 ,即 xr= xc=0, 則 Du= ur– uc=0 ,此時(shí) , 放大器無(wú)輸出 , 直流伺服電機(jī)不轉(zhuǎn) , 工作臺(tái)靜止不動(dòng) , 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 。 Du 29頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 Du 30頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 當(dāng)給出位置指令 xr時(shí) , 在工作臺(tái)改變位置之前的瞬間 , xc=0, uc=0 , 則電橋的輸出為 Du= ur– uc= ur– 0= ur , 該偏差電壓經(jīng)放大器放大后控制直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) , 直流伺服電機(jī)通過(guò)齒輪減速器和滾株絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)右移 。 隨著工作臺(tái)的移動(dòng) 。 工作臺(tái)實(shí)際位置與給定位置之間的偏差逐漸減小 , 即偏差電壓 Du逐漸減小 。 當(dāng)反饋電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置與給定位置一致 , 即輸出完全復(fù)現(xiàn)輸入時(shí) , 電橋平衡 ,偏差電壓 Du= 0 , 伺服電機(jī)停轉(zhuǎn) , 工作臺(tái)停止在由指令電位器給定的位置上 , 系統(tǒng)進(jìn)入新的平衡狀態(tài) , 當(dāng)給出反向指令時(shí) , 偏差電壓極性相反 , 伺服電機(jī)反轉(zhuǎn) , 工作臺(tái)左移 ,當(dāng)工作臺(tái)移至給定位置時(shí) , 系統(tǒng)再次進(jìn)入平衡狀態(tài) 。 如果指令電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置不斷改變 , 則工作臺(tái)位置也跟著不斷變化 。 該系統(tǒng)的控制過(guò)程可用下面方塊圖表示: 31頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院 W1 放大器 電機(jī) 減速器 絲杠 工作臺(tái) W2 xr ur uc Du qm qc xc Du 32頁(yè) 機(jī)電汽車(chē)工程學(xué)院
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