华科机器人原理及控制技术第6章 动力学.ppt

机器人控制原理

第二章机器人系统简介 2.1 机器人的运动机构（执行机构） 机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体，可以大体 分为操作手（包括臂和手）和移动机构两类。对机器人的操作手而言，它应该象 人的手臂那样，能把（抓持装工具的）手依次伸到预定的操作位置，并保持相应 的姿态，完成给定的操作；或者能够以一定速度，沿预定空间曲线移动并保持手 的姿态，并在运动过程中完成预定的操作。移动机构应能将机器人移动到任意位置，并保持预定方位姿势。为此，它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本 移动功能。在结构上它可以象人、兽、昆虫，具有二足、四足或六足的步行机构，也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构 2.1.1 机器人的臂结构 机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构，它由连杆和连杆间的关节组 成。关节，又称运动副，是两个构件组成相对运动的联接。在关节的约束下，两 连杆间只能有简单的相对运动。机器人中常用的关节主要有两类： (1) 滑动关节(Prismatic joint): 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直 线位移运动，移动的距离是滑动关节的主要变量，滑动轴一般和杆的轴线重合或 平行。 (2)转动关节(Revolute joint): 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对 旋转运动，其转动角度是关节的主要变量，转动轴的方向通常与轴线重合或垂 直。 杆件和关节的构成方法大致可分为两种：(1) 杆件和手臂串联连接，开链机 械手(2) 杆件和手臂串联连接，闭链机械手。 以操作对象为理想刚体为例，物体的位置和姿态各需要3 个独立变量来描 述。我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度（DOF（degree of freedom））。而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的（每个关节可以有一个或多个自由度，通常为1 个）。机器人的自由度是独立的单独运动的数目，是表示机器人运动灵活性的尺度。（由驱动器能产生主动 动作的自由度称为主动自由度，不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。通常 开链机构仅使用主动自由度）机器人自由度的构成，取决于它应能保证完成与目 标作业相适应的动作。分析可知，为使机器人能任意操纵物体的位姿，至少须 6DOF，通常用三个自由度确定手的空间位置（手臂），三个自由度确定手的姿态（手）。比较而言，人的臂有七个自由度，手有二十个自由度，其中肩3DOF，肘2 DOF，碗2DOF。这种比6 还多的自由度称为冗余自由度。人的臂由于有这样的冗余性，在固定手的位置和姿态的情况下，肘的位置不唯一。因此人的手臂能灵 活回避障碍物。对机器人而言，冗余自由度的设置易于增强运动的灵活性，但由 于存在多解，需要在约束条件下寻优，计算量和控制的难度相对增大。 典型的机器人臂结构有以下几种： (1)直角坐标型(Cartesian/rectanglar/gantry) (3P) 由三个线性滑动关节组成。 三个关节的滑动方向分别和直角坐标轴x,y,z 平行。 工作空间是个立方体 (2)圆柱坐标型(cylindrical)(R2P) 由一个转动关节和两个滑动关节组成。 两个滑动关节分别对应于圆柱坐标的径向和垂直方向位置，一个旋 转关节对应关于圆柱轴线的转角。 工作区域为矩形截面的旋转体。 (3) 球坐标型(spherical) (2RP) 两个转动关节和一个滑动关节分别实现手的左右，上下及前后运动。 工作区域是扇形旋转体。 (4)关节坐标型(articulated/anthropomorphic)(3R)

机器人的动力学控制

机器人的动力学控制 The dynamics of robot control 自123班 庞悦 3120411054

机器人的动力学控制 摘要：机器人动力学是对机器人机构的力和运动之间关系与平衡进行研究的学科。机器人动力学是复杂的动力学系统，对处理物体的动态响应取决于机器人动力学模型和控制算法。机器人动力学主要研究动力学正问题和动力学逆问题两个方面，需要采用严密的系统方法来分析机器人动力学特性。本文使用MATLAB 来对两关节机器人模型进行仿真，进而对两关节机器人进行轨迹规划，来举例说明独立PD 控制在机器人动力学控制中的重要作用。 Abstract: for the robot dynamics is to study the relation between the force and movement and balance of the subject.Robot dynamics is a complex dynamic system, on the dynamic response of the processing object depending on the robot dynamics model and control algorithm.Kinetics of robot research dynamics problem and inverse problem of two aspects, the need to adopt strict system method for the analysis of robot dynamics.This article USES MATLAB to simulate two joints, the robot, in turn, the two joints, the robot trajectory planning, to illustrate the independent PD control plays an important part in robot dynamic control. 一 动力学概念 机器人的动力学主要是研究动力学正问题和动力学逆问题两个方面，再进一步研究机器人的关节力矩，使机器人的机械臂运动到指定位臵，其控制算法一共有三种：独立PD 控制，前馈控制和计算力矩控制，本文主要介绍独立PD 控制。 动力学方程：)()(),()(q G q F q q q C q q M +++=? ????τ

自动控制原理复习题(选择和填空)

A.比较元件 B.给定元件 C. 反馈元件 D.放大元件 第一章 自动控制的一般概念 1. 如果被调量随着给定量的变化而变化，这种控制系统叫（ ） A. 恒值调节系统 B.随动系统 C. 连续控制系统 D.数字控制系 统 2. 主要用于产生输入信号的元件称为（ ） 3. 与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（ ）进行直接或间接地测量，通过反馈 环节去影响控制信号。 A.输出量 B. 输入量 C. 扰动量 D . "r 亘. 设定量 4. 直接对控制对象进行操作的元件称为（ ) A.给定兀件 B. 放大兀件 C. 比较兀件 D . 执行兀件 5. 对于代表两个或两个以上输入信号进行 ( ）的元件又称比较器。 A.微分 B. 相乘 C. 加减 D. 相除 6. 开环控制系统的的特征是没有（ ） A.执行环节 B. 给定环节 C. 反馈环节 D . . 放大环节 7. 主要用来产生偏差的兀件称为（ ） A.比较兀件 B. 给疋兀件 C. 反馈兀件 D . 放大兀件 8. 某系统的传递函数是 G s _ 1 2s +1 s e ， 则该可看成由（ ) 环节串联而成。 A.比例.延时 B. 惯性.导前 C. 惯性.延时 D. 惯性.比例 10 . 在信号流图中，在支路上标明的是（ ) A.输入 B. 引出点 C. 比较点 D. 传递函数 11. 采用负反馈形式连接后，贝U （） A. 一定能使闭环系统稳定； B. 系统动态性能一定会提高； C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除; D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。

2018华中科技大学829《自动控制原理》考试大纲

2018华中科技大学硕士研究生入学考试《自动控制原理》考试大纲 科目名称：自动控制原理(含经典控制理论、现代控制理论) 代码：829 第一部分考试说明 一．考试性质 《自动控制原理》是为我校招收控制科学与工程专业硕士研究生设置的考试科目。它的评价标准是高等学校优秀毕业生能达到良好及以上水平，以保证被录取者具有较扎实的专业基础。 二．考试形式与试卷结构 （一）答卷方式：闭卷，笔试； （二）答题时间：180分钟。 （三）题型：计算题、简答题、选择题 第二部分考查要点 （一）自动控制的一般概念 1．自动控制和自动控制系统的基本概念，负反馈控制的原理； 2．控制系统的组成与分类； 3．根据实际系统的工作原理画控制系统的方块图。 （二）控制系统的数学模型 1．控制系统微分方程的建立，拉氏变换求解微分方程。 2．传递函数的概念、定义和性质。 3．控制系统的结构图，结构图的等效变换。 4．控制系统的信号流图，结构图与信号流图间的关系，由梅逊公式求系统的传递函数。 （三）线性系统的时域分析 1．稳定性的概念，系统稳定的充要条件，Routh稳定判据。 2．稳态性能分析 （1）稳态误差的概念，根据定义求取误差传递函数，由终值定理计算稳态误差； （2）静态误差系数和动态误差系数，系统型别与静态误差系数，影响稳态误差的因素。 3．动态性能分析 （1）一阶系统特征参数与动态性能指标间的关系； （2）典型二阶系统的特征参数与性能指标的关系； （3）附加闭环零极点对系统动态性能的影响； （4）主导极点的概念，用此概念分析高阶系统。 （四）线性系统的根轨迹法 1．根轨迹的概念，根轨迹方程，幅值条件和相角条件。 2．绘制根轨迹的基本规则。 3．0o根轨迹。非最小相位系统的根轨迹及正反馈系统的根轨迹的画法。

自动控制原理选择题

自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的，反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ）给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ）扰动；给定量 （ ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作的先决条件。 （A ）稳定性 （B ）动态特性 （C ）稳态特性 （D ）精确度 （ ） 3．系统的微分方程为 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 4．系统的微分方程为)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 5．系统的微分方程为()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6 )(3)(,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 8．系统的微分方程为 )()(2t r t c =,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 9. 设某系统的传递函数为：,1 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： （A ）t t e e 2,-- （B ）t t te e --,

华科自动控制原理2012真题

华中科技大学自动控制原理2012年考研试题 一．选择题1．开环控制方式是按（给定量，偏差，扰动三选一）进行控制的，反馈控制方式是按（给定量，偏差，扰动三选一）进行控制的。 2．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 （什么系统） 。 3.时域中常用的数学模型不包括。 （A）微分方程（B）差分方程 （C）传递函数 （D）状态方程 4．适合于应用传递函数描述的系统是。 （A）线性定常系统 （B）线性时变系统 （C）非线性时变系统 （D）非线性定常系统 5．一阶系统的单位阶跃响应曲线的斜率随时间的推移。 （A）上升 （B）下降 （C）不变 （D）无规律变化 6. 若二阶系统的单位阶跃响应为发散正弦振荡，则系统具有。 （A）两个正实部的特征根 （B）两个正实根 （C）两个负实部的特征根 （D）一对纯虚根 7.已知系统的传递函数()44 2+=s s s G ＋ ,则系统的无阻尼振荡频率为 （选项记不清 楚了） 。 8．根轨迹法是 （连续还是离散） 的并且对称于 （实轴还是虚轴） 。 9．相角条件是根轨迹存在的 （选项是充分必要的组合） 。 10．不是频率特性的几何表示法。 （A）极坐标图 （B）伯德图 （C）尼科尔斯图 （D）方框图 11．线性离散系统状态方程的一般形式为。 二．简答题 1.简要画出二阶系统特征根的位置和响应曲线之间的关系。 2.用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 3.如下图所示系统如下图所示采样周期T=0.1s 要使系统稳定K 的取值范围为多少

三．计算题 1.已知控制系统的结构图如下： （1）、试画出K为变量的根轨迹图（2）、求分离点和会合点。 2.单位反馈系统，其开环传递函数G (S) = 1 S+1，输出信号r（t（=sin2t,试根据频率 特性的物理意义,求系统的稳态输出C S (t)。

自动控制原理期末考试题

《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？

自动控制原理选择填空

自动控制原理选择填空

1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G1(s)+G2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 2 ， 阻尼比=ξ 20.7072 = ， 该系统的特征方程为 2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 1050.20.5s s s s +++ 。 6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零点 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系 统的开环传递函数为 (1) (1)K s s Ts τ++ 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t dt T =+? ， 其相应的传递函数为 1[1]p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳态性能 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分）

1、采用负反馈形式连接后，则 ( D ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( A )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( C ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( A ) A 、 型别2

002-华中科技大学-22-周纯杰-构建人格塑造与专业教育融合的实践教学模式,高质量培养全面素质自动化人才

第八届湖北省高等学校教学成果奖申请简表 (1)提出了以学生为中心，基于能力导向，将人格塑造与专业教育融合、课内与课外融合、理论与实践融合，人格塑造、能力培养与知识传播三位一体的高质量全面素质自动化类专业人才实践教学模式。在此基础上对自动化类专业整个本科学习阶段进行人格塑造与专业教育融合的实践教学全流程规划；(2)提出了课堂教学与工程应用项目深度融合、竞赛与能力训练相结合的项目教学法，在多门核心课程中采用了大强度高水平大作业、课程设计以及赛课结合的模式历炼学生；搭建了自动化类专业多层次、多模式的创新实践平台，构建了校企协同的实践育人体系；这些模式和方法在自动化、测控、物流自动化等专业实施并取得显著效果。(3)多方位营造以能力培养为导向的有利于学生全面发展的实践环境和条件，建立了一流的自动化学院实验中心及高水平的大学生创新实践基地，将学生的发展空间从课内延伸到课外、从校内延伸到校外、从创新实践发展到创业实践，在国际、国家级学科竞赛及创新创业实践活动中取得丰硕成果。 二、成果主要内容概述 针对自动化类专业实践教学中存在的忽视“软能力”（人格塑造与精神磨砺）的培养问题，提出了以学生为中心，基于能力导向的人格塑造与专业教育融合的实践教学模式。根据大学生成长规律，将人格塑造作为人才培养的重要方面，将人格塑造(职业道德、团队意识、关注社会和意志品质等软能力)与专业教育（硬能力培养和知识传播）融合融入大学期间的整个本科实践教学环节之中，下图是我校自动化类专业人格塑造与专业教育融合的实践教学环节的全流程规划。

参照华盛顿协议学生能力评价标准需求，与国际大公司组建先进的联合实验室、建立一流的拔尖创新人才基地、与企业建立产学研实验室、学院自筹经费建设创新实验室、采用“赛课结合”、基于老师的最新科研成果建立实践平台等方式，构建以能力培养为导向有利于学生全面发展的多层次多模式实践环境。 在学院创新人才培养体系改革小组领导下，对主要核心课程进行了改革，以程序设计、电路电子技术、计算机网络、自控原理、控制系统为若干条主线，将所有课程分成不同的功能块课程，将方向性的知识进行串联，将理论学习和实验或实践进行整合，以大作业或高强度课程设计（或综合设计）作为考核的主要指标，通过高水平高强度的大作业和课程设计磨砺学生，将课外学习与创新实践纳入课程学习的范畴。同步进行了课程组的重构，采取多种鼓励政策，将优秀教师引导到教学第一线。实验室实行全天候开放即每周7*15小时的值班制度，利用信息化的智能手段对教师的实验指导在形式上和过程上都做到了从定性到定量的综合集成管理，将学工组的辅导员及班主任引入指导团队，加强思想疏通和引导。 在C语言程序设计、嵌入式系统、物流系统以及运动控制等核心课程中引入C语言程序大赛、瑞萨杯智能车大赛、“安吉杯”物流设计大赛以及“西门子杯”中国智能制造挑战赛等赛课结合的大赛，开拓学生视野，增强团队合作意识，促进创新性人才的培养，及时跟踪信息技术的发展，激励学生不断超越自己。 以“制物、修心、育人”为宗旨的我院一流的大学生创新创业基地历炼学生，在取得丰硕的比赛大奖同时，课内学习成绩不降反升，通过大强度、高质量、长时间的科技创新活动（如智能车大赛，创新项目，创新创业大赛）培养学生持之以恒的坚持精神、精益求精的认真精神、敢于担当的团队精神、不断尝试的创新精神及关注社会关注他人的人文情怀，取得了人格完善和实践能力的双丰收。 科教融合，让学生进入高水平教师的创新实践链，培养创新能力；利用国内外高水平实践平台，拓展学生国际视野；多种形式的贯穿专业教育的社会实践活动，以及实际项目驱动的创新实践活动和大学生创新创业项目实践，让学生体会科研项目来源于实际，服务于社会，也让学生更关注社会。 根据人格塑造与专业教育融合的需求，对学生的评价由传统的以知识掌握为主向全面素质达成为主转变，为此，我们结合自动化类专业课程设置与教学内容的特点，研究并建立了面向不同类型实践课程的学生综合能力达成评价方法，并在我院自动化类专业组织实施。 从2009年开始比较系统地将人格塑造与专业教育融合的实践教学模式应用于我院自动化、测控以及物流三个专业，每年300人左右，这期间得到7项省级教改项目和十余项校级教改项目的支持，基于人格塑造与专业教育融合的实践教学模式和取得教学成果获得国内外同行的广泛认同。 三、成果应用推广情况 (1)基于人格塑造与专业教育融合、课内与课外融合、理论与实践融合的自动化类专业创新人才培养的实践教学理念和教学成果获得国内外同行的广泛认同。国务院、全国政协、科技部、教育部等各级领导刘延东、王敏钦、陈宝生等莅临学院和控制创新基地指导工作，在全国产生较好反响。 (2)本科生在科技创新和创业实践中屡获佳绩，每年40余人次在国际国家级大赛中获奖，100余人次在省级以上比赛中获奖。近年来20余人获发明专利，孵化科技型创新企业10余家，均获天使投资。 (3)我院校优良学风班总数一直处于我校工科院系前三，本科毕业生受到用人单位的认可和青睐，一次性本科就业率超过95%；毕业生中55%以上继续攻读研究生。 (4)我院毕业学生中，15%以上学生出国深造，部分优秀学生到国外著名大学如麻省理工、斯坦福大学、卡内基梅隆、加州大学、佐治亚理工、伊利诺伊香槟分校、帝国理工等高校深造。 (5)新增省精品课程2门（自动控制原理，C语言程序设计），已完成自动控制原理MOOC课程建设，建立了自动控制原理的网上在线课程学习平台，自动化专业被湖北省列入高等学校第一批本科品牌专业。 (6)发表教学研究论文10篇，出版教材7本（套），已在中南大学、中国矿业大学、武汉理工大学、武汉工程大学等兄弟院校得到使用。

自动控制原理选择题库

自动控制原理1 一、单项选择题（每小题1分，共20分） 1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ） A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。 A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率 3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（ ） A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电 动机可看作一个（ ） } A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6. 若系统的开环传 递函数为2) (5 10+s s ，则它的开环增益为（ ） .2 C 7. 二阶系统的传递函数52 5)(2++= s s s G ，则该系统是（ ） A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统 8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（ ） A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间 C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量 9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T 1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ ） ° ° ° ° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ） > A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小 11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 12.某单位反馈系统的开环传递函数为：()) 5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。 .20 C 13.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数 有（ ） .1 C

自动控制原理选择填空

1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的 差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传 递函数为()G s ，则G(s)为 G1(s)+G2(s) （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 阻尼比=ξ 0.707= ， 该系统的特征方程为 2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 1050.20.5s s s s +++ 。 6、根轨迹起始于 开环极点 ，终止于 开环零 点 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该 系统的开环传递函数为 (1) (1)K s s Ts τ++ 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t d t T =+? ， 其相应的传递函数为 1[1]p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 稳态性能 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分）

1、采用负反馈形式连接后，则 ( D ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( A )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反 馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( C ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上 升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( A ) A 、 型别2

自控实验报告华中科技大学

自 动 控 制 原 理 实 验 报 告 实验九/十 自动化学院 班级：测控技术与仪器1301 姓名：陈梦焱 学号：U201314488

实验报告： 1.模拟继电特性 理想继电特性 理想死区特性数学描述： 分析： 我们看到模拟输出的继电特性的输出是从一点缓慢增加，逐渐趋于一个定值，而数字继电特性便是标准的继电特性图像，实验中采用了稳压二极管，具有正向导通反向截至的特性，5-5.7伏变化，于是产生了缓慢变化的过程，最后正向导通电压输出为稳定值。

2.模拟饱和特性 理想饱和特性 理想饱和特性数学描述： Y= 分析： 我们看到模拟输出的饱和特性的输出是开始增加过程为近似线性，而后没有明显的拐点，缓慢的到达饱和定值，而数字饱和特性便是标准的饱和特性图像，还是稳压二极管的原因，（讨论正向情况，反向同理）电压输入刚开始值比较小，未达到稳压二极管正向导通电压，相当于开路，通过与其并联的电阻输出，近似线性。二极管两端到达5V以后，逐渐导通，输出呈现非线性，5.7V以后二极管相当于导线将并联电阻短路，输出电压呈现稳定值，即为饱和。

3.死区特性 模拟死区特性： 数字死区特性： 数学描述： 分析：两图无差别，实验电路纯电阻电路，误差很小，可近似理想情况。

4.模拟间隙特性 数字间隙特性 间隙特性数学描述： 分析： 模拟间隙特性在两拐点均会产生一定的偏移，这是由于实验电路中有电容的存在，当电压由正向反偏的时候，电容会有充放电过程，导致拐点电位偏移，这也是为什么我们在实验的时候要按住锁零按钮3S的原因。

思考题： 1.一般继电特性在什么情况下可以分别近似为间隙特性和死区特性？ 带死区的继电特性： 带回环的继电特性： ??? ??? ?-<<<>--><>>=0000,0,0,,0,0,)(e e e e e e M e e e e e e M t x 由图可知，当继电特性存在定值的稳态误差时就可以近似为死区特性看待，而继电特性存在定值的稳态误差并且前一状态变量的正负有变化的时候可以近似等效为间隙特性看待。 实验心得与体会： 这次实验是让我们通过模拟电路实现各种非线性的特性再通过数字电路直接产生来作比较，我们看到，在实际的模拟电路中总会因为器件原因使器材不能满足理想的特性曲线，而带来一些问题，二极管存在导通电压，电容具有充放电效应，通过这次实验我更加深入的了解了各种非线性的产生和理想化模型和实际问题之间的区别，而实际中为了更近似理想化要用一些补偿措施去达到近似目的，减小误差。这次实验我也更深入了解了自动控制原理的含义。

机器人控制技术论文

机器人技术论文 机器人技术论文 摘要 为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

第1章引言 机器人控制的关键技术 关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux 上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。 第2章机器人PID控制 2.1 PID控制器的组成 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为u(t)=Kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t， 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)； 其中Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 2.2 PID控制器的研究现状 虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。 2.3 PID控制器的不足 在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解

机器人动力学汇总

机器人动力学研究的典型方法和应用 （燕山大学 机械工程学院） 摘 要：本文介绍了动力学分析的基础知识，总结了机器人动力学分析过程中比较常用的动力学分析的方法：牛顿—欧拉法、拉格朗日法、凯恩法、虚功原理法、微分几何原理法、旋量对偶数法、高斯方法等，并且介绍了各个方法的特点。并通过对PTl300型码垛机器人弹簧平衡机构动力学方法研究，详细分析了各个研究方法的优越性和方法的选择。 前 言：机器人动力学的目的是多方面的。机器人动力学主要是研究机器人机构的动力学。机器人机构包括机械结构和驱动装置，它是机器人的本体，也是机器人实现各种功能运动和操作任务的执行机构，同时也是机器人系统中被控制的对象。目前用计算机辅助方法建立和求解机器人机构的动力学模型是研究机器人动力学的主要方法。动力学研究的主要途径是建立和求解机器人的动力学模型。所谓动力学模指的是一组动力学方程（运动微分方程），把这样的模型作为研究力学和模拟运动的有效工具。 报告正文： （1）机器人动力学研究的方法 1）牛顿—欧拉法 应用牛顿—欧拉法来建立机器人机构的动力学方程，是指对质心的运动和转动分别用牛顿方程和欧拉方程。把机器人每个连杆（或称构件）看做一个刚体。如果已知连杆的表征质量分布和质心位置的惯量张量，那么，为了使连杆运动，必须使其加速或减速，这时所需的力和力矩是期望加速度和连杆质量及其分布的函数。牛顿—欧拉方程就表明力、力矩、惯性和加速度之间的相互关系。 若刚体的质量为m ，为使质心得到加速度a 所必须的作用在质心的力为F ，则按牛顿方程有：ma F = 为使刚体得到角速度ω、角加速度εω= 的转动，必须在刚体上作用一力矩M ， 则按欧拉方程有：εωI I M += 式中，F 、a 、M 、ω、ε都是三维矢量；I 为刚体相对于原点通过质心并与刚

自动控制原理试题库含答案

自动控制原理试题库含 答案 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率 n ω 阻尼比=ξ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传 递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。

2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为 2(1)(1) K s s Ts τ++ 为arctan 180arctan T τωω--。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率 c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的。 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 2、控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。一阶系统传函标准形式是1 ()1 G s Ts = +，二阶系统传函标准形式是22 2 ()2n n n G s s s ωζωω=++。 3、在经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。

自动控制原理选择题有答案

自动控制原理选择题有答案

自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的， 反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ） 给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ） 扰动；给定量 （ B ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作 的先决条件。 （A ）稳定性 （B ） 动态特性 （C ）稳态特性 （D ） 精确度 （ A ） 3．系统的微分方程为 222)()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ） 线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ） 非线性系统 （ D ） 4．系统的微分方程为 )()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。

（A ）离散系统 （B ） 线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ） 非线性系统 （ B ） 5．系统的微分方程为 ()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ） 线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ） 非线性系统 （ C ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属 于 。 （A ）离散系统 （B ） 线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ） 非线性系统 （ D ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6)(3)(, 则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ） 线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）