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RAC 的一些概念性和原理性的知识

一集群环境下的一些特殊问题

1.1 并发控制

在集群环境中，关键数据通常是共享存放的，比如放在共享磁盘上。而各个节点的对数据有相同的访问权限，这时就必须有某种机制能够控制节点对数据的访问。 Oracle RAC 是利用DLM(Distribute Lock Management) 机制来进行多个实例间的并发控制。

1.2 健忘症(Amnesia)

集群环境配置文件不是集中存放的，而是每个节点都有一个本地副本，在集群正常运行时，用户可以在任何节点更改集群的配置，并且这种更改会自动同步到其他节点。

有一种特殊情况：节点A 正常关闭，在节点B上修改配置，关闭结点A，启动结点B。这种情况下，修改的配置文件是丢失的，就是所谓的健忘症。

1.3 脑裂(Split Brain)

在集群中，节点间通过某种机制(心跳)了解彼此的健康状态，以确保各节点协调工作。假设只有"心跳"出现问题，各个节点还在正常运行，这时，每个节点都认为其他的节点宕机了，自己是整个集群环境中的"唯一建在者"，自己应该获得整个集群的"控制权"。在集群环境中，存储设备都是共享的，这就意味着数据灾难，这种情况就是"脑裂"

解决这个问题的通常办法是使用投票算法(Quorum Algorithm). 它的算法机理如下：

集群中各个节点需要心跳机制来通报彼此的"健康状态"，假设每收到一个节点的"通报"代表一票。对于三个节点的集群，正常运行时，每个节点都会有3票。当结点A心跳出现故障但节点A还在运行，这时整个集群就会分裂成2个小的partition。节点A是一个，剩下的2个是一个。这是必须剔除一个partition才能保障集群的健康运行。

对于有3个节点的集群， A 心跳出现问题后， B 和 C 是一个partion，有2票， A只有1票。按照投票算法， B 和C 组成的集群获得控制权， A 被剔除。

如果只有2个节点，投票算法就失效了。因为每个节点上都只有1票。这时就需要引入第三个设备：Quorum Device. Quorum Device 通常采用饿是共享磁盘，这个磁盘也叫作Quorum disk。这个 Quorum Disk 也代表一票。当2个结点的心跳出现问题时， 2个节点同时去争取Quorum Disk 这一票，最早到达的请求被最先满足。故最先获得Quorum Disk的节点就获得2票。另一个节点就会被剔除。

1.4 IO 隔离(Fencing)

当集群系统出现"脑裂"问题的时候，我们可以通过"投票算法"来解决谁获得集群控制权的问题。但是这样是不够的，我们还必须保证被赶出去的结点不能操作共享数据。这就是IO Fencing 要解决的问题。

IO Fencing实现有硬件和软件2种方式：

软件方式：对于支持SCSI Reserve/Release 命令的存储设备，可以用SG 命令来实现。正常的节点使用SCSI Reserve命令" 锁住"存储设备，故障节点发现存储设备被锁住后，就知道自己被赶出了集群，也就是说自己出现了异常情况，就要自己进行重启，以恢复到正常状态。这个机制也叫作 Sicide(自杀). Sun 和Veritas 使用的就是这种机制。

硬件方式：STONITH(Shoot The Other Node in the Head)，这种方式直接操作电源开关，当一个节点发生故障时，另一个节点如果能侦测到，就会通过串口发出命令，控制故障节点的电源开关，通过暂时断电，而又上电的方式使故障节点被重启动，这种方式需要硬件支持。

二 RAC 集群

2.1 Clusterware

在单机环境下，Oracle是运行在OS Kernel 之上的。 OS Kernel负责管理硬件设备，并提供硬件访问接口。 Oracle 不会直接操作硬件，而是有OS Kernel 代替它来完成对硬件的调用请求。

在集群环境下，存储设备是共享的。OS Kernel 的设计都是针对单机的，只能控制单机上多个进程间的访问。如果还依赖OS Kernel的服务，就无法保证多个主机间的协调工作。这时就需要引入额外的控制机制，在RAC中，这个机制就是位于Oracle 和 OS Kernel 之间的 Clusterware，它会在OS Kernel 之前截获请求，然后和其他结点上的Clusterware协商，最终完成上层的请求。

在Oracle 10G之前，RAC 所需要的集群件依赖与硬件厂商，比如SUN,HP,Veritas. 从Oracle 10.1版本中，Oracle 推出了自己的集群产品. Cluster Ready Service(CRS),从此RAC 不在依赖与任何厂商的集群软件。在Oracle 10.2版本中，这个产品改名为：Oracle Clusterware。

所以我们可以看出，在整个RAC 集群中，实际上有2个集群环境的存在，一个是由Clusterware 软件组成的集群，另一个是由Database 组成的集群。

2.2 Clusterware 组成

Oracle Cluster 是一个单独的安装包，安装后，在每个结点上的Oracle Clusterware 会自动启动。Oracle Clusterware的运行环境由2个磁盘文件(OCR,Voting Disk)，若干进程和网络元素组成。

2.2.1 磁盘文件:

Clusterware 在运行期间需要两个文件：OCR和Voting Disk. 这2个文件必须存放在共享存储上。 OCR 用于解决健忘问题，Voting Disk 用于解决健忘问题。 Oracle 建议使用裸设备来存放这2个文件，每个文件创建一个裸设备，每个裸设备分配100M左右的空间就够了。

2.2.1.1 OCR

健忘问题是由于每个节点都有配置信息的拷贝，修改节点的配置信息不同步引起的。 Oracle 采用的解决方法就是把这个配置文件放在共享的存储上，这个文件就是OCR Disk。

OCR 中保存整个集群的配置信息，配置信息以"Key-Value" 的形式保存其中。在Oracle 10g以前，这个文件叫作Server Manageability Repository(SRVM). 在Oracle 10g，这部分内容被重新设计，并重名为OCR.

在 Oracle Clusterware 安装的过程中，安装程序会提示用户指定OCR位置。并且用户指定的这个位置会被记录在/etc/oracle /ocr.Loc(Linux System) 或者/var/opt/oracle/ocr.Loc(Solaris System)文件中。而在Oracle 9i RAC中，对等的是srvConfig.Loc文件。 Oracle Clusterware 在启动时会根据这里面的内容从指定位置读入OCR 内容。

1). OCR key

整个OCR 的信息是树形结构，有3个大分支。分别是SYSTEM,DATABASE 和CRS。每个分支下面又有许多小分支。这些记录的

信息只能由root用户修改。

2) OCR process

Oracle Clusterware 在OCR中存放集群配置信息，故OCR 的内容非常的重要，所有对OCR的操作必须确保OCR 内容完整性，所以在ORACLE Clusterware运行过程中，并不是所有结点都能操作OCR Disk.

在每个节点的内存中都有一份OCR内容的拷贝，这份拷贝叫作OCR Cache。每个结点都有一个OCR Process 来读写OCR Cache，但只有一

个节点的OCR process能读写OCR Disk中的内容，这个节点叫作OCR Master结点。这个节点的OCR process 负责更新本地和其他结点的

OCR Cache内容。

所有需要OCR 内容的其他进程，比如OCSSD,EVM等都叫作Client Process，这些进程不会直接访问OCR Cache，而是像 OCR Process发

送请求，借助OCR Process获得内容，如果想要修改OCR 内容，也要由

该节点的OCR Process像 Master node 的OCR process 提交申请，由

Master OCR Process完成物理读写，并同步所有节点OCR Cache 中的内

容。

2.2.1.2 Voting Disk

Voting Disk 这个文件主要用于记录节点成员状态，在出现脑裂时，决定那个Partion获得控制权，其他的Partion必须从集群中剔除。在安装Clusterware时也会提示指定这个位置。安装完成后可以通过如下命令来查看Voting Disk位置。

$Crsctl query css votedisk

2.2.2 Clusterware 后台进程

Clusterware 由若干进程组成，其中最重要的3个是：CRSD,CSSD,EVMD.

在安装clusterware的最后阶段，会要求在每个节点执行root.sh 脚本，这个脚本会在/etc/inittab 文件的最后把这3个进程加入启动项，这样以后每次系统启动时，Clusterware 也会自动启动，其中 EVMD和CRSD 两个

进程如果出现异常，则系统会自动重启这两个进程，如果是CSSD 进程异常，系统会立即重启。

1). OCSSD

OCSSD 这个进程是Clusterware最关键的进程，如果这个进程出现异常，会导致系统重启，这个进程提供 CSS(Cluster Synchronization Service)服务。 CSS 服务通过多种心跳机制实时监控集群状态，提供脑裂保护等基础集群服务功能。

CSS 服务有2种心跳机制：一种是通过私有网络的Network Heartbeat，另一种是通过Voting Disk的Disk Heartbeat.

这 2种心跳都有最大延时，对于Disk Heartbeat，这个延时叫作IOT (I/O Timeout);对于 Network Heartbeat, 这个延时叫MC(Misscount)。这2个参数都以秒为单位，缺省时IOT大于MC，在默认情况下，这2个参数是Oracle 自动判定的，并且不建议调整。可以通过如下命令来查看参数值：$crsctl get css disktimeout

$crsctl get css misscount

注：除了Clusterware 需要这个进程，在单节点环境中如果使用了ASM，也需要这个进程；这个进程用于支持ASM Instance 和 RDBMS Instance之间的通信。如果在使用了ASM的节点上安装RAC，会遇到一个问题：RAC节点要求只有一个OCSSD进程，并且应该是运行$CRS_HOME目录下的，这时就需要先停止ASM，并通过$ORACLE_HOME/bin/localcfig.Sh delete 删除之前的inittab 条目。之前安装ASM时，也使用这个脚本来启动OCSSD：$ORACLE_HOME/bin /localconfig.Sh add.

2). CRSD

CRSD是实现"高可用性(HA)"的主要进程，它提供的服务叫作CRS(Cluster Ready Service) 服务。

Oracle Clusterware是位于集群层的组件，它要为应用层资源(CRS Resource) 提供"高可用性服务"，所以，Oracle Clusterware 必须监控这些资源，并在这些资源运行异常时进行干预，包括关闭，重启进程或者转移服务。CRSD进程提供的就是这些服务。

所有需要高可用性的组件，都会在安装配置的时候，以CRS Resource的形式登记到OCR中，而CRSD 进程就是根据OCR中的内容，决定监控哪些进程，如何监控，出现问题时又如何解决。也就是说，CRSD 进程负责监控CRS Resource 的运行状态，并要启动，停止，监控，Failover这些资源。默认情况下，CRS 会自动尝试重启资源5次，如果还是失败，则放弃尝试。

CRS Resource 包括GSD(Global Serveice Daemon),ONS(Oracle Notification Service),VIP, Database, Instance 和 Service. 这些资源被分成2类：

GSD，ONS,VIP 和 Listener 属于Noteapps类

Database，Instance 和Service 属于 Database-Related Resource 类。

我们可以这样理解： Nodeapps 就是说每个节点只需要一个就够了，比如每个节点只有一个Listener，而Database- Related Resource 就是说这些资源和数据库有关，不受节点的限制，比如一个节点可以有多个实例，每个实例可以有多个Service。

GSD，ONS,VIP 这3个服务是在安装Clusterware的最后，执行VIPCA 时创建并登记到OCR中的。而Database， Listener， Instance 和Service 是在各自的配置过程中自动或者手动登记到OCR中的。

3). EVMD

EVMD 这个进程负责发布CRS 产生的各种事件(Event). 这些Event可以通过2种方式发布给客户：ONS 和 Callout Script. 用户可以自定义回调脚本，放在特定的目录下，这样当有某些事件发生时，EVMD会自动扫描该目录，并调用用户的脚本，这种调用是通过racgevt进程来完成的。

EVMD 进程除了复杂发布事件之外，它还是CRSD 和CSSD 两个进程之间的桥梁。 CRS 和CSS 两个服务之前的通信就是通过EVMD 进程完成的。

4). RACGIMON

RACGIMON 这个进程负责检查数据库健康状态，负责Service的启动，停止，故障转移(Failover)。这个进程会建立到数据库的持久连接，定期检查SGA中的特定信息，该信息由PMON 进程定时更新。

5). OPROCD

OPROCD 这个进程也叫作 Process Monitor Daemon. 如果在非Linux 平台上，并且没有使用第三方的集群软件时，就会看到这个进程。这个进程用来检查节点的Processor Hang(CPU 挂起), 如果调度时间超过1.5秒，就会认为CPU 工作异常，会重启节点。也就是说这个进程提供 "IO 隔离"

的功能。从其在Windows 平台上的服务名： OraFnceService 也可以看出它的功能。而在 Linux 平台上，是利用Hangcheck-timer 模块来实现"IO 隔离"的。

2.3 VIP 原理和特点

Oracle 的TAF 就是建立在VIP 技术之上的。 IP 和VIP 区别在与： IP 是利用TCP层超时， VIP 利用的是应用层的立即响应。VIP 它是浮动的IP. 当一个节点出现问题时会自动的转到另一个节点上。

假设有一个2个节点的RAC，正常运行时每个节点上都有一个VIP。 VIP1 和VIP2. 当节点2发生故障，比如异常关系。 RAC 会做如下操作：

1). CRS 在检测到rac2节点异常后，会触发Clusterware 重构，最后把rac2节点剔除集群，由节点1组成新的集群。

2). RAC的Failover 机制会把节点2的VIP转移到节点1上，这时节点1的PUBLIC 网卡上就有3个IP 地址： VIP1,VIP2, PUBLIC IP1.

3). 用户对VIP2的连接请求会被IP层路由转到节点1

4). 因为在节点1上有VIP2的地址，所有数据包会顺利通过路由层，网络层，传输层。

5). 但是，节点1上只监听VIP1和public IP1的两个IP地址。并没有监听VIP2，故应用层没有对应的程序接收这个数据包，这个错误立即被捕获。

6). 客户段能够立即接收到这个错误，然后客户段会重新发起向VIP1的连接请求。

VIP 特点：

1). VIP 是通过VIPCA脚本创建的

2). VIP 作为Nodeapps类型的CRS Resource 注册到OCR中，并由CRS 维护状态。

3). VIP 会绑定到节点的public 网卡上，故public 网卡有2个地址。

4). 当某个节点发生故障时，CRS 会把故障节点的VIP 转移到其他节点上。

5). 每个节点的Listener 会同时监听public 网卡上的 public ip 和VIP

6). 客户端的tnsnames.Ora 一般会配置指向节点的VIP.

2.4 Clusterware 的日志体系

Oracle Clusterware的辅助诊断，只能从log 和trace 进行。而且它的日志体系比较复杂。

alert.log:

$ORA_CRS_HOME/log/hostname/alert.Log, 这是首选的查看文件。

Clusterware后台进程日志：

crsd.Log: $ORA_CRS_HOME/log/hostname/crsd/crsd.Log

ocssd.Log: $ORA_CRS_HOME/log/hostname/cssd/ocsd.Log

evmd.Log: $ORA_CRS_HOME/log/hostname/evmd/evmd.Log

Nodeapp日志位置：

$ORA_CRS_HOME/log/hostname/racg/

这里面放的是nodeapp的日志，包括ONS和VIP，比如：ora.Rac1.ons.Log

工具执行日志：

$ORA_CRS_HOME/log/hostname/client/

Clusterware 提供了许多命令行工具：

比如ocrcheck, ocrconfig,ocrdump,oifcfg和clscfg, 这些工具产生的日志就放在这个目录下

还有$ORACLE_HOME/log/hostname/client/ 和

$ORACLE_HOME/log/hostname/racg 也有相关的日志。

机械原理基本概念

（2）运动副是两构件通过直接接触形成的可动联接。（3）两构件通过点或线接触形成的联接称为高副。一个平面高副所引入的约束数为1。（4）两构件通过面接触形成的联接称为高副，一个平面低副所引入的约束数为2。（5）机构能实现确定相对运动的条件是原动件数等于机构的自由度，且自由度大于零。（6）虚约束是对机构运动不起实际约束作用的约束，或是对机构运动起重复约束作用的约束。（7）局部自由度是对机构其它运动构件的运动不产生影响的局部运动。（8）平面机构组成原理：任何机构均可看作是由若干基本杆组依次联接于原动件和机架上而构成。（8）基本杆组的自由度为0。（1）瞬心是两构件上瞬时速度相等的重合点-------即等速重合点。（2）两构件在绝对瞬心处的速度为0。（3）相构件在其相对瞬心处的速度必然相等。（4）两构件中若有一个构件为机架，则它们在瞬心处的速度必须为0。（5）用瞬心法只能求解机构的速度，无法求解机构的加速度。（1）驱动机械运动的力称为驱动力，驱动力对机械做正功。（2）阻止机械运动的力称为阻抗力，阻抗力对机械做负功。（1）机械的输出功与输入功之比称为机械效率。（2）机构的损失功与输入功之比称为损失率。（3）机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比值。（4）平面移动副发生自锁条件：作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内。（5）转动副发生自锁的条件：作用于轴颈上的驱动力为单力，且作用于轴颈的摩擦圆之内。（1）机构平衡的目的：消除或减少构件不平衡惯性力所带来的不良影响。（2）刚性转子总可通过在转子上增加或除去质量的办法来实现其平衡。（3）转子静平衡条件：转子上各偏心质量产生的离心惯性力的矢量和为零（或质径积矢量和为零）。（4）对于静不平衡转子只需在同一个平面内增加或除去平衡质量即可获得平衡，故称为单面平衡。（5）对于宽径比b/D<0.2的不平衡转子，只做静平衡处理。（6）转子动平衡条件：转子上各偏心质量产生的离心惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量的和也为零。（7）实现动平衡时需在两个平衡基面增加或去除平衡质量，故动平衡又称为双面平衡。（8）动平衡的转子一定是静平衡的，反之则不然。（9）转的许用不平衡量有两种表示方法：许用质径积+许用偏心距。（1）机械运转的三阶段：启动阶段、稳定运转阶段、停车阶段。（2）建立机械系统等动力学模型的等效条件：瞬时动能等效、外力做功等效。（3）机器的速度波动分为：周期性速度波动和非周期性速度波动。（4）周期性速度波动的调节方法：安装飞轮。（5）非周期性速度波动的调节方法：安装调速器。（6）表征机械速度波动程度的参量是：速度不均匀系数δ。（8）飞轮调速利用了飞轮的储能原理。（9）飞轮宜优先安装在高速轴上。（10）机械在安装飞轮后的机械仍有速度波动，只是波动程度有所减小。（1）铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式。（2）铰链四杆机构的三种表现形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。（3）曲柄摇杆机构的功能：将曲柄的整周转动变换为摇杆的摆动或将摇杆的摆动变换为曲柄的回转。（4）曲柄滑动机构的功能：将回转运动变换为直线运动（或反之）。（5）铰链四杆机构存在曲柄的条件：最短杆与最长杆长度之和小于等于其它两杆长度之和；最短杆为连架杆或机架。（6）铰链四杆机构成为曲柄摇杆机构的条件：最短杆与最长杆长度之和小于等于其它两杆长度之和；最短杆为连架杆。(7）铰链四杆机构成为曲柄摇杆机构的条件：最短杆与最长杆长度之和小于等于其它两杆长度之和；最短杆为机架。（8）铰链四杆机构成为又摇杆机构的条件：不满足杆长条件；或者是满足杆长条件但最短杆为连杆。（9）曲柄滑块机构存在曲柄的条件是：曲柄长度r+偏距r小于等于连杆长度l（12）曲柄摇杆机构以曲柄为原动件时，具有急回性质。（13）曲柄摇杆机构以曲柄为主动件，当曲柄与连杆共线时，机构处于极限位置。（14）曲柄滑块机构以曲柄为主动件，当曲柄与连杆共线时，机构处于极限位置。（15）偏置曲柄滑块机构以曲柄为原动件时，具有急回性质。（16）对心曲柄滑块机构不具有急回特性。（17）曲柄导杆机构以曲柄为原动件时，具有具有急回性质。（18）连杆机构的传动角越大，对传动越有利。(19）连杆机构的压力角越大，对传动越不利。（20）导杆机构的传动角恒为90o。21）曲柄摇杆机构以曲柄为主动杆时，最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一。（22）曲柄摇杆机构以摇杆为主动件，当从动曲柄与连杆共线时，机构处于死点位置。（23）当连杆机构处于死点时，机构的传动角为0。（1）凸轮机构的优点是：只要适当地设计出凸轮轮廓曲线，就可使打推杆得到各种运动规律。（2）凸轮机构的缺点：凸轮轮廓曲线与推杆间为点、线接触，易磨损。（3）常用的推杆运动规律：等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律、正弦加速度运动规律、五次多项式运动规律。（4）采用等速运动规律会给机构带来刚性冲击，只能用于低速轻载。（5）采用等加速等减速运动规律会给机构带来柔性冲击，常用于中速轻载场合。（6）采用余弦加速度运动规律也会给机构带来柔性冲击，常用于中低速重载场合。（7）余弦加速度运动规律无冲击，适于中高速轻载。（8）五次多项式运动规律无冲击，适于高速中载。（9）增大基圆半径，则凸轮机构的压力角减少。（10）对凸轮机构进行正偏置，可降低机构的推程压力角。（11）设计滚子推杆盘形凸轮机构时，对于外凸的凸轮廓线段，若滚子半径大于理论廓线上的最小曲率半径，将使工作廓线出现交叉，从而使机构出现运动失真现象。（12）设计滚子推杆盘形凸轮机构时，对于外凸的凸轮廓线段，若滚子半径等于理论廓线上的最小曲率半径，将使凸轮廓线出现变尖现象。（1）圆锥齿轮机构可实现轴线相交的两轴之间的运动和动力传递。（2）蜗

《自动控制原理》专科课程标准

《自动控制原理》课程标准一、课程概述（一）课程性质地位自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。（二）课程基本理念为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。（三）课程设计思路本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。二、课程目标（一）知识与技能通过本课程的学习，使学员掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法，重点培养学生利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，并为学习后续相关专业课程，以及进一步学习和应用自动控制方面的新知识、新技术打下必要基础。（二）过程与方法通过本课程的学习，使学员掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。（三）情感态度与价值观通过本课程的学习，使学员在五个方面得到磨练与培养。（1）实践意识：坚持一切从实际出发，不迷信书本、不迷信权威。（2）质量意识：认认真真做好每一件事，在学习中的每一个环节都坚持质量至上的思想。（3）协作意识：现代科学技术已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同学协同工作、协调配合。（4）创新意识：勇于不断追求和探索新意境、新见解。（5）坚毅意志：具有坚强的意志和顽强的精神，要敢于面对困难、善于克服困难。

元法概念意义与应用

元法概念意义与应用 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-

有限元法概论、意义与应用班级： 2013信息姓名：张正学号指导老师：曾伟梁摘要：有限元法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。关键词：有限元法；变分原理；加权余量法；函数。 Abstract：Finite element method is based on the variational principle and the weighted residual method, the basic idea is to solve the computational domain is divided into a finite number of non-overlapping units, each unit, select some appropriate function for solving the interpolation node points as , the differential variables rewritten or its derivative by the variable value of the selected node interpolation functions consisting of linear expressions, by means of variational principle or weighted residual method, the discrete differential equations to solve. Different forms of weight functions and interpolation functions, it constitutes a different finite element method. Keywords：Finite element method; variational principle; weighted residual method; function。引言随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式往往是不可能的。近年来在计算机技术

自动控制原理题库(经典部分)解读

《自动控制原理》题库一、解释下面基本概念 1、控制系统的基本控制方式有哪些？ 2、什么是开环控制系统？答：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 3、什么是自动控制？答：自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 4、控制系统的基本任务是什么？ 5、什么是反馈控制原理？ 6、什么是线性定常控制系统？ 7、什么是线性时变控制系统？ 8、什么是离散控制系统？ 9、什么是闭环控制系统？ 10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？ 11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？ 12、典型控制环节有哪几个？ 13、典型控制信号有哪几种？ 14、控制系统的动态性能指标通常是指？ 15、对控制系统的基本要求是哪几项？ 16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成? 17、什么是控制系统时间响应的动态过程？ 18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？ 19、控制系统的动态性能指标有哪几个？ 20、控制系统的稳态性能指标是什么？ 21、什么是控制系统的数学模型？ 22、控制系统的数学模型有： 23、什么是控制系统的传递函数？ 24、建立数学模型的方法有? 25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有?

26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么? 27、控制系统的分析法有哪些？ 28、系统信号流图是由哪二个元素构成？ 29、系统结构图是由哪四个元素组成？ 30、系统结构图基本连接方式有几种？ 31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？ 32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？ 33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？ 34、二阶系统的阻尼比10<<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？ 35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？ 36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？ 37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？ 38、二阶系统开环增益K 增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？ 39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。 40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡信号（有稳态误差） 41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点 42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？ 43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？ 44、恒值控制系统 45、谐振频率 46、随动控制系统 47、稳态速度误差系数K V 48、谐振峰值 49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。 50、什么是控制系统的根轨迹？ 51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？ 52、根轨迹图是开环系统的极点在s 平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s 平面上运动轨迹？ 53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？ 54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？ 55、试述采样定理。

基本概念与原理：溶液

基本概念与原理：溶液主要考点： 1．常识：温度、压强对物质溶解度的影响；混合物分离的常用方法 ① 一般固体物质．．．．受压强影响不大，可以忽略不计。而绝大部分固体随着温度的升高，其溶解度也逐渐升高（如：硝酸钾等）；少数固体随着温度的升高，其溶解度变化不大（如：氯化钠等）；极少数固体随着温度的升高，其溶解度反而降低的（如：氢氧化钙等）。气体物质．．．．的溶解度随着温度的升高而降低，随着压强的升高而升高。 ② 混合物分离的常用方法主要包括：过滤、蒸发、结晶过滤法用于分离可溶物与不溶物组成的混合物，可溶物形成滤液，不溶物形成滤渣而遗留在滤纸上；结晶法用于分离其溶解度受温度影响有差异的可溶物混合物，主要包括降温结晶法及蒸发结晶法降温结晶法用于提取受温度影响比较大的物质（即陡升型物质），如硝酸钾中含有少量的氯化钠；蒸发结晶法用于提取受温度影响不大的物质（即缓升型物质），如氯化钠中含有少量的硝酸钾； 2．了解：溶液的概念；溶质，溶剂的判断；饱和溶液与不饱和溶液的概念、判断、转换的方法；溶解度的概念；固体溶解度曲线的应用 ① 溶液的概念就是9个字：均一的、稳定的、混合物。溶液不一定是液体的，只要同时满足以上三个条件的物质，都可以认为是溶液。 ② 一般简单的判断方法：当固体、气体溶于液体时，固体、气体是溶质，液体是溶剂。两种液体相互溶解时，通常把量多的一种叫做溶剂，量少的一种叫做溶质。当溶液中有水存在的时候，无论水的量有多少，习惯上把水看作溶剂。通常不指明溶剂的溶液，一般指的是水溶液。在同一个溶液中，溶质可以有多种。特别容易判断错误的是，经过化学反应之后，溶液中溶质的判断。 ③ 概念：饱和溶液是指在一定温度下，在一定量的溶剂里，不能再溶解某种物质的溶液。还能继续溶解某种溶质的溶液，叫做这种溶质的不饱和溶液。在一定温度下，某溶质的饱和溶液只是说明在该温度下，不能够继续溶解该物质，但还可以溶解其他物质，比如说，在20℃的饱和氯化钠溶液中，不能再继续溶解氯化钠晶体，但还可以溶解硝酸钾固体。判断：判断是否是饱和溶液的唯一方法：在一定温度下，继续投入该物质，如果不能继续溶解，则说明原溶液是饱和溶液，如果物质的质量减少，则说明原溶液是不饱和溶液。当溶液中出现有固体时，则该溶液一定是该温度下，该固体的饱和溶液。转换：饱和溶液与不饱和溶液的相互转换：改变溶解度，实际一般就是指改变温度，但具体是升高温度还是降低温度，与具体物质溶解度曲线有 ④ 溶解度曲线的意义：饱和溶液不饱和溶液增加溶剂，增加溶解度减少溶剂，增加溶质，减少溶解度

有限元基本概念

弹性力学基本假设这些基本假设包括：理想弹性体假设和微小位移假设。是弹性力学讨论问题的基础其中理想弹性体假设包括：连续性、均匀性、各向同性和完全弹性假设。微小位移假设是指形变量远小于物体的尺寸。绝对坐标法总结 (1)这个例子中所有杆件在绝对坐标系中运算。但单元一多，就重复了 (2)整体刚度矩阵的求解是利用“含同一个节点的所有单元在该节点处的位移相同”和“节点处载荷是所有含该节点单元的相应节点的节点力的总和”来求得(3) 一般情况下，当用统一的整体坐标系计算繁杂时，常在单元计算时采用自己的局部坐标系，然后通过坐标变换，集成到整体刚度矩阵中去，使运算过程简捷首先，要建立结构外部载荷与结构内部应力的关系（平衡方程）外部载荷包括集中力、表面力和体积力。这就是静力学平衡问题，要建立静力学平衡方程其次，从物理学的角度，建立材料应力与应变之间的关系（物理方程）这是材料的本构关系，描述材料在不同环境下的力学性质最后，从几何学方面入手，建立应变与位移（变形）之间的关系这一关系不涉及产生变形的原因。相应的方程称为几何方程

()() ()110 11 210 2121x x y y z z xy xy yz yz xz zx E μμ εσμμεσμμεσμγτμγτμγτ--????????????--????????--????=?????? +?????? ??????+??????+?????? ? ?

这就是应力边界条件看到第二章2！！！！如果在质点系的任何虚位移上,质点系的所有约束反力的虚功之和等于零,则称这种约束为理想约束可能功：当给出系统的一组可能位移时，作用在系统上的力将因作用点发生位移而做功，这种功就称为可能功，或虚功虚位移原理：平衡状态中，弹性体上外力在可能位移上所作的功等于外力引起的应力在相应的虚应变上所作的功。在发生虚位移时，若总势能改变为正（即总势能增加），则总势能为极小，反之为极大。由于稳定平衡系统要发生虚位移时，总需要外力做正功。所以在平衡位置时，势能取极小值。力法：力法是以应力分量为未知量进行求解但在3个平衡方程中有6个应力分量，不能直接从中解出所有6个应力分量。需要在给定的应力边界条件下，由平衡方程和应力协调方程联合求解偏微分方程组位移法：以三个位移分量作为未知量求解，将物理方程和平衡方程由位移来表示，以满足位移边界条件和变形协调条件为前提位移-力法（混合法）：用3个位移，6个应力分量将物理方程中的应变消去，再利用协调方程和边界条件求解 x yx zx xy y zy xz yz z l m n X l m n Y l m n Z στττστττσ?++=?? ++=??++=??

自动控制原理基本概念总结

68.二阶系统中，闭环零点的出现，加快了系统响应速度，克服了阻尼过大，响应速度慢的缺点。实现快速性和平稳性均提高。 69.二阶系统中，引入比例微分控制，不影响系统误差，自然频率不变。 70.在二阶系统中引入微分反馈，速度反馈使增大，振荡和超调减小，改善了系统平稳性。 71.在二阶系统中引入微分反馈，速度负反馈控制的闭环传递函数无零点，其输出平稳性优于比例——微分控制。但是，系统快速性会降低。 72.在二阶系统中引入微分反馈，系统跟踪斜坡输入时稳态误差会加大，因此应适当提高系统的开环增益. 73.高阶系统瞬态响应各分量的衰减快慢由指数衰减系数pj和ζkωnk决定。如果某极点远离虚轴，那么其相应的瞬态分量持续时间较短。对系统暂态性能的影响就小。 74.当某极点pj靠某零点zi很近，相应瞬态分量的系数就越小，极端情况下,当pj和zi重合时，该零极点为偶极子，对系统的瞬态响应没有影响。 75.在系统中，某极点距虚轴的距离小于其他所有极点距虚轴的距离的1/5，在其附近没有零点存在,则该极点为主导极点。系统的瞬态响应取决于主导极点。若主导极点为一个负实数，高阶系统近似为一阶系统；若主导极点为一对共轭复数，高阶系统近似为二阶系统。 76.必要条件:控制系统特征方程式的所有系数ai(i=0,1,2,…,n)均大于零，小于零或者等于零（缺项）系统必不稳定。 77.充分条件:劳斯表中第一列的元素均大于零时，系统稳定；反之，如果第一列出现小于零的元素时，系统就不稳定。第一列元素符号的改变次数，代表特征方程的正实部根的个数。第一列出现0元素，系统临界稳定。 78.系统的相频特性是指输入、输出正弦相位差与频率的关系，幅频特性是指输入、输出正弦幅值比与频率的关系。 79.系统的稳态输出正弦的复数形式与输入正弦函数的复数形式之比是－个复数，复数的幅值就是幅频特性，复数的幅角就是相频特性。 80.由奈氏判据可知，当ω从－∞变化到＋∞时,系统的开环频率特性G(jω)H(jω)按逆时针方向包围(－1, j0)点P周,P为位于s平面右半部的开环极点数目。 81.由奈氏判据可知，闭环系统稳定的充分和必要条件是：系统的开环频率特性G(jω)H(jω)不包围(－1,j0)点。 82.闭环系统稳定的充分必要条件是,当ω由0变到∞时,在开环对数幅频特性L(ω)≥0的频段内,相频特性φ(ω)穿越－180°线的次数(正穿越与负穿越次数之差)为P/2。P为s平面右半部开环极点数目。 83.系统校正的实质是，利用校正装置所引入的附加的零、极点，来改变整个系统零、极点的配置，改变根轨迹或频率特性的形状从而影响系统的稳、暂态性能。 84.开环对数幅频特性的低频段决定系统的稳态精度，中频段决定系统的暂态性能，高频段则决定系统的频宽和抗扰能力等。 85.比例元件在信号变换中起着改变增益而不影响相位的作用。 86.在串联校正中，比例校正元件只影响系统的开环增益，从而影响系统的稳态误差。显然，增大开环增益，系统将提高稳态精度，同时，剪切频率增大，系统的快速性提高。但是它又往往使系统的相角裕量减小，所以系统的平稳性变差。 87.微分元件在信号变换中起着对信号取导数即起到加速的作用，同时使相位发生超前。但由于它对恒定信号起着阻断作用，故在串联校正中不能单独使用， 88.比例微分校正可全面改善系统稳态及暂态性能，但是对系统抗高频干扰的能力影响较大，只能用于原系统抗高频干扰的能力非常强的系统。 89.积分元件在信号变换中起着对信号进行积分即积累的作用，同时使相位发生滞后，积分控制可以提高系统的无差度，即提高系统的稳态性能。但积分控制相当于系统增加一个开环原点极点，这将不利于系统的稳定性。

机械原理基本杆组分析法

机械原理机构运动分析基本杆组法上机指导书

Ⅱ级机构的杆组分析法通用子程序设计随着计算机的普及，用解析法对机构进行运动分析得到越来越广泛的应用。解析法中有矢量方程解析、复数矢量、杆组分析、矩阵运算等方法。本文采用杆组分析的方法，设计通用的Ⅱ级杆组子程序，可对一般的Ⅱ级机构进行运动分析。 1. 单杆运动分析子程序单杆的运动分析，通常是已知构件三角形△P 1P 2P 3的边长l 、r 夹角α以及构件上某基点P 1的运动参数x 1，y 1，x ’ 1，y ’ 1，x ’’1，y ’’1和构件绕基点转动的运动参数θ，θ’ ，θ ’’，要求确定构件上点P 2和P 3的运动参数。显然，由图1可得下列关系式： x 2=x 1+lcos θ， y 2=y 1+lsin θ x ’ 2=x ’ 1-lsin θθ’ ， y ’ 2=y ’ 1+lcos θθ’ x ’’2=x ’’1-lsin θθ’’-lcos θθ’ 2, y ’’2=y ’’1 +lcos θθ’’-lsin θθ’ 2 x 3=x 1+rcos(θ+α)， y 3=y 1+rsin(θ+α) x ’ 3=x ’ 1-(y 3-y 1)θ’ ， y ’ 3=y ’ 1+(x 3-x 1)θ’ x ’’3=x ’’1-(y 3-y 1)θ’’-(x 3-x 1)θ’ 2, y ’’3=y ’’1+(x 3-x 1)θ’’-(y 3-y 1 )θ’ 2 由以上各式可设计出单杆运动分析子程序（见程序单）。图1 2. RRR 杆组运动分析子程序图2所示RRR Ⅱ级杆组中，杆长l 1，l 2及两外接转动副中心P 1，P 2的坐标、速度、加速度分量为x 1，x ’ 1，x ’’1，y 1，y ’ 1，y ’’1，x 2，x ’ 2，x ’’2，y 2，y ’ 2，y ’’2，要求确定两杆的角度、角速度和角加速度θ1，θ’ 1，θ’’1，θ2，θ’2，θ’’ 2。 1) 位置分析将已知P 1P 2两点的坐标差表示为： u=x 2-x 1，v=y 2-y 1 (1) 杆l 1及l 2投影方程式为： l 1cos θ1-l 2cos θ2=u l 1sin θ1-l 2sin θ2=v (2) 消去θ1得：vsin θ2+ucos θ2+c=0 (3) 其中：c=(u 2+v 2+l 22-l 12 )/2l 2 解式(3)可得： tan(θ2/2)=(v ±222c u v -+)/(u-c) (4) 式中+号和-号分别对应图2中m=+1和m=-1两位置。图2

有限元分析基本理论问答基础理论知识

1. 诉述有限元法的定义答：有限元法是近似求解一般连续场问题的数值方法 2. 有限元法的基本思想是什么答：首先，将表示结构的连续离散为若干个子域，单元之间通过其边界上的节点连接成组合体。其次，用每个单元内所假设的近似函数分片地表示求解域内待求的未知厂变量。 3. 有限元法的分类和基本步骤有哪些答：分类：位移法、力法、混合法；步骤：结构的离散化，单元分析，单元集成，引入约束条件，求解线性方程组，得出节点位移。 4. 有限元法有哪些优缺点答：优点：有限元法可以模拟各种几何形状复杂的结构，得出其近似解；通过计算机程序，可以广泛地应用于各种场合；可以从其他CAD软件中导入建好的模型；数学处理比较方便，对复杂形状的结构也能适用；有限元法和优化设计方法相结合，以便发挥各自的优点。缺点：有限元计算，尤其是复杂问题的分析计算，所耗费的计算时间、内存和磁盘空间等计算资源是相当惊人的。对无限求解域问题没有较好的处理办法。尽管现有的有限元软件多数使用了网络自适应技术，但在具体应用时，采用什么类型的单元、多大的网络密度等都要完全依赖适用者的经验。 5. ?梁单元和平面钢架结构单元的自由度由什么确定答：每个节点上有几个节点位移分量，就称每个节点有几个自由度 6. ?简述单元刚度矩阵的性质和矩阵元素的物理意义答：单元刚度矩阵是描述单元节点力和节点位移之间关系的矩阵单元刚度矩阵中元素aml的物理意义为单元第L个节点位移分量等于1，其他节点位移分量等于0时，对应的第m个节点力分量。 7. 有限元法基本方程中的每一项的意义是什么答：整个结构的节点载荷列阵（外载荷、约束力），整个结构的节点位移列阵，结构的整体刚度矩阵，又称总刚度矩阵。 8. 位移边界条件和载荷边界条件的意义是什么答：由于刚度矩阵的线性相关性不能得到解，从而引入边界条件。 9. ?简述整体刚度矩阵的性质和特点答：对称性；奇异性；稀疏性；对角线上的元素恒为正。 11. 简述整体坐标的概念答：单元刚度矩阵的坐标变换式把平面刚架的所有单元在局部坐标系X’Y’Z’下的单元刚度矩阵变换到一个统一的坐标系xOy下，这个统一的坐标系xOy称为整体坐标系。 13. 简述平面钢架问题有限元法的基本过程答：力学模型的确定，结构的离散化，计算载荷的等效节点力，计算各单元的刚度矩阵，组集整体刚度矩阵，施加边界约束条件，求解降价的有限元基本方程，求解单元应力，计算结果的输出。 14. 弹性力学的基本假设是什么。答：连续性假定，弹性假定，均匀性和各向同性假定，小变形假定，无初应力假定。 15.弹性力学和材料力学相比，其研究方法和对象有什么不同。答：研究对象：材料力学主要研究杆件，如柱体、梁和轴，在拉压、剪切、弯曲和扭转等作用下的应力、形变和位移。弹性力学研究各种形状的弹性体，除杆件外，还研究平面体、空间体，板和壳等。因此，弹性力学的研究对象要广泛得多。研究方法：弹性力学和材料力学

有限元原理与步骤

2.1.1 有限元法基本原理（Basic Theory of FEM）有限元法的基本思想是离散的概念，它是指假设把弹性连续体分割成数目有限的单元，并认为相邻单元之间仅在节点处相连。根据物体的几何形状特征、载荷特征、边界约束特征等，选择合适的单元类型。这样组成有限的单元集合体并引进等效节点力及节点约束条件，由于节点数目有限，就成为具有有限自由度的有限元计算模型，它替代了原来具有无限多自由度的连续体[24][25]。有限元法从选择基本未知量的角度来看，可分为三类：位移法、力法和混合法。以节点位移为基本未知量的求解方法称为位移法；以节点力为基本未知量的求解方法称为力法；一部分以节点位移，另一部分以节点力作为基本未知量的求解方法称为混合法。由于位移法通用性强，计算机程序处理简单、方便，成为应用最广泛的一种方法[26]。有限元法的求解过程简单、方法成熟、计算工作量大，特别适合于计算机计算。再加上它有成熟的大型软件系统支持，避免了人工在连续体上求分析解的数学困难，使其成为一种非常受欢迎的、应用极广泛的数值计算方法[27]。 2.1.2 有限元法基本步骤（Basic Process of FEM）有限元法求解各种问题一般遵循以下的分析过程和步骤[28][29]： 1. 结构的离散化结构的离散化是进行有限元法分析的第一步，它是有限元法计算的基础。将结构近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的计算模型，习惯上称为有限元网格划分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来，而单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质、描述变形形态的需要和计算精度而定。所以有限元法分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同种材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果是近似的。显然，单元越小（网格越密）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量将增大，因此结构的离散化是有限元法的核心技术之一。有限元离散过程中又一重要环节是单元类型的选择，这应根据被分析结构的几何形状特点、载荷、约束等因素全面考虑。 2. 位移模式的选择位移模式是表示单元内任意点的位移随位置变化的函数，位移模式的选择是有限元特性分析的第一步。由于多项式的数学运算比较简单、易于处理，所以通常是选用多项式作为位移函数。选择合适的位移函数是有限元分析的关键，它将决定有限元解的性质与近似程度。位移函数的选择一般遵循以下原则（有限元解的收敛条件）：

自动控制原理基本概念总结

《自动控制原理》基本概念总结 1.自动控制系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性 2.一个控制系统至少包括控制装置和控制对象 3.反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的控制系统 4.根据自动控制系统是否形成闭合回路来分类，控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统。根据信号的结构特点分类，控制系统可分为：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈-反馈复合控制系统。根据给定值信号的特点分类，控制系统可分为：恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。根据控制系统元件的特性分类，控制系统可分为：线性控制系统、非线性控制系统。根据控制信号的形式分类，控制系统可分为：连续控制系统、离散控制系统。 5.令线性定常系统传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的特征方程 6.系统的传递函数完全由系统的结构和参数决定 7.对复杂系统的方框图，要求出系统的传递函数可以采用梅森公式 8.线性控制系统的特点是可以应用叠加原理，而非线性控制系统则不能 9.线性定常系统的传递函数，是在零初始条件下，系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换的比。 10.信号流图中，节点可以把所有输入支路的信号叠加，并把叠加后的信号传送到所有的输出支路。 11.从控制系统稳定性要求来看，系统一般是具有负反馈形式。 12.组成控制系统的基本功能单位是环节。 13.系统方框图的简化应遵守信号等效的原则。 14.在时域分析中，人们常说的过渡过程时间是指调整时间 15.衡量一个控制系统准确性／精度的重要指标通常是指稳态误差 16.对于二阶系统来说，系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的必要条件 17.若单位反馈系统在阶跃函数作用下，其稳态误差ess为常数，则此系统为0型系统 18.一阶系统的阶跃响应无超调 19.一阶系统 G(s)= K/(Ts+1)的T越大，则系统的输出响应达到稳态值的时间越长。 20.控制系统的上升时间tr、调整时间tS等反映出系统的快速性。 21.二阶系统当0<ζ<1时，如果ζ增加，则输出响应的最大超调量将减小。 22.对于欠阻尼的二阶系统，当阻尼比ξ保持不变时，无阻尼自然振荡频率ωn越大，系统的超调量σp不变 23.在单位斜坡输入信号作用下，?II型系统的稳态误差 ess=0 24.衡量控制系统动态响应的时域性能指标包括动态和稳态性能指标。 25.分析稳态误差时，将系统分为0型系统、I型系统、II型系统…，这是按开环传递函数中的积分环节数来分类的。 26.二阶系统的阻尼系数ξ=时，为最佳阻尼系数。这时系统的平稳性与快速性都较理想。 27.系统稳定性是指系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复到原来的平衡状态的性能。 28.系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的充要条件。 29.如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量减小。 30.确定根轨迹与虚轴的交点，可用劳斯判据判断。 31.主导极点的特点是距离虚轴很近。 32.根轨迹上的点应满足的幅角条件为∠G(s)H(s)等于±(2l+1)π (l=0,1,2,…) 33.如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离虚轴越远越好。 34.根轨迹的分支数等于特征方程的阶数/开环极点数，起始于开环传递函数的开环极点，终止于开环传递函数的开环零点。 35. 根轨迹与虚轴相交时，在该交点处系统处于临界稳定状态，系统阻尼为0

化工原理基本概念和原理

化工原理基本概念和原理蒸馏––––基本概念和基本原理利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。一、两组分溶液的气液平衡 1．拉乌尔定律理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A=p A0x A p B=p B0x B=p B0（1—x A）根据道尔顿分压定律：p A=Py A而P=p A+p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： x A=（P—p B0）/（p A0—p B0）———泡点方程 y A=p A0x A/P———露点方程对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。 2．用相对挥发度表示气液平衡关系溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即v A=p A/x A v B=p B/x B 溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。其表达式有：α=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A 对于理想溶液：α=p A0/p B0 气液平衡方程：y=αx/[1+（α—1）x] Α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离。 3．气液平衡相图（1）温度—组成（t-x-y）图该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。（2）x-y图 x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。二、精馏原理精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压

[机械制造行业]机械原理考试大纲

（机械制造行业）机械原理考试大纲

机械原理考试大纲 1、绪论 ⑴内容 ①机械原理的研究对象及基本概念 ②机械原理课程的内容及在教学中的地位、任务和作用 ③机械原理学科的的发展趋势 ⑵基本要求 ①明确本课程的研究对象和内容。 ②明确本课程的地位、任务和作用。 ③对本学科的发展趋势有所了解。 ⑶重点、难点本章重点是“本课程研究的对象和内容”。对零件、构件、机器、机构、机械等名词和概念要弄得很清楚，对机器与机构的特征和区别要清楚。比如：零件与构件的不同之处在于零件是机器有制造单元而构件是机器的运动单元，这些都应熟练掌握。 2、平面机构的结构分析 ⑴内容 ①研究机构结构的目的 ②运动副、运动链和机构 ③平面机构运动简图 ④平面机构的组成原理和结构分析 ⑵基本要求 ①能计算平面运动链的自由度并判断其具有确定运动的条件。 ②能绘制机构运动简图。 ③能进行机构的组成原理和结构分析。 ⑶重点、难点何谓约束？约束数与自由度数的关系如何？平面低副（转动副和移动副）和高副各具有几个约束，其自由度为多少？平面机构自由度F=。要注意式中n为活动构件数而不是所有构件数，为平面低副数，为平面高副数。为使F计算正确，必须正确判断n、、的数目，因此要注意该机构中有无复合铰链、局部自由度和虚约束等。对于复合铰链，只要注意到，

计算运动副数目时不弄错就行了；局部自由度常出现在有滚子的部分；而虚约束的出现较难掌握，应认真领会课堂讲解中所列可能出现虚约束的几种情况。能正确分析机构的组成原理，平面连杆机构的高副低代，杆组级别判断。 3、平面机构的运动分析 ⑴内容 ①研究机构运动分析的目的和方法 ②用相对运动图解法求机构的速度和加速度 ③用解析法机构的位置、速度和加速度 ⑵基本要求 ①能用图解法对机构进行运动分析。 ②能用解析法对机构进行运动分析。 ⑶重点、难点相对运动图解法（又称向量多边形法）为本章的重点内容。所讨论的问题有两类。一类是在同一构件上两点间的速度和加速度的关系；一类是组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的关系。这两类问题都可以通过建立矢量方程式，作速度多边形和加速度多边形来解题。要注意一个矢量方程只能解两个未知数，若超过两个则要通过与其它点之间新的矢量方程式来联立求解。在解题时要充分利用速度、加速度影像原理，以期达到简捷、准确的目的。关于后一类问题，是否存在哥氏加速度是其中的关键，判断方法如下： 1）两构件组成移动副，但只有相对移动，而无共同转动时，重合点间加速度关系中无哥氏加速度。 2）若两构件组成移动副，即有相对移动又有共同转动时，重合点间加速度关系中必存在哥氏加速度。 4、平面机构的力分析和机器的机械效率 ⑴内容 ①研究机构力分析的目的和方法 ②构件惯性力的确定 ③运动副中摩擦力的确定

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