機(jī)械控制工程基礎(chǔ)總結(jié)

1、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)總結(jié)建環(huán) 0621 班 肖田機(jī)械控制工程基礎(chǔ)總結(jié)建環(huán)0621班 肖田 學(xué)號：0614061008機(jī)械工程控制論的基本含義機(jī)械控制工程是研究控制論在機(jī)械工程中應(yīng)用的科學(xué)。它是一門跨控制論和 機(jī)械工程的邊緣學(xué)科。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，機(jī)械工程控制 論這門新興學(xué)科越來越為人們所重視。原因是它不僅能滿足今天自動(dòng)化技術(shù)高度 發(fā)展的需要，同時(shí)也與信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)緊密相關(guān)，更重要的是它提供了辯證 的系統(tǒng)分析方法，即不但從局部，而且從整體上認(rèn)識和分析機(jī)械系統(tǒng)，改進(jìn)和完 善機(jī)械系統(tǒng)，以滿足科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對象是機(jī)械

2、工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。具體 地講，機(jī)械工程控制論是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，也就是 研究機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的外界條件作用下，從系統(tǒng)的一定初始條件出發(fā)， 所經(jīng)歷由內(nèi)部的固有特性所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程。例如，在機(jī)床數(shù)控技術(shù)中，調(diào) 整到一定狀態(tài)的數(shù)控機(jī)床就是系統(tǒng)，數(shù)控指令就是輸入，數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng)就 是輸出。這里系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分構(gòu)成且有一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 一個(gè)有機(jī)整體。輸入是外界對系統(tǒng)的作用，輸出是系統(tǒng)對外界的作用。通常機(jī)械 工程控制論簡稱為機(jī)械控制工程，其所研究的系統(tǒng)可大可小、可繁可簡，完全由 研究的需要而定，因而稱之為廣義系統(tǒng)。由此可見，就系統(tǒng)及其輸

3、入、輸出三者 之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系而言，機(jī)械工程控制論的任務(wù)主要研究解決以下幾個(gè)方面的問題：1 .當(dāng)系統(tǒng)已定，輸入已知時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)），并通過輸出來研究 系統(tǒng)本身的有關(guān)問題，稱系統(tǒng)分析。 2 當(dāng)系統(tǒng)已定，系統(tǒng)的輸出也已給定時(shí)，要 確定系統(tǒng)的輸入，使輸出盡可能符合給定的最佳要求，稱系統(tǒng)的最優(yōu)控制。3 .當(dāng)輸入和輸出均已知時(shí)，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，稱系統(tǒng)辨 識或系統(tǒng)識別。4 .當(dāng)系統(tǒng)已定輸出已知時(shí)，要識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，稱 濾波與預(yù)測反饋及反饋控制反饋及反饋控制控制論的核心內(nèi)容是：通過信息的傳遞、加工處理和反饋來進(jìn)行控制?？刂?論把一切能表達(dá)一定含義的信號、符號、密

4、碼和消息等統(tǒng)稱為信息。所謂信息傳 遞，是指信息在系統(tǒng)及過程中以某種關(guān)系動(dòng)態(tài)地傳遞，亦稱轉(zhuǎn)換。例如，對于機(jī) 床加工工藝系統(tǒng)，要研究機(jī)床的加工精度問題，可將工件尺寸作為信息，通過工 藝過程的轉(zhuǎn)換，對加工前后工件尺寸的分布情況，運(yùn)用信息處理的理論和方法來進(jìn)行研究。機(jī)械控制工程中一個(gè)最基本、最重要的概念就是反饋。將系統(tǒng)的輸出 全部或部分地返送回系統(tǒng)的輸入端，并與輸入信號共同作用于系統(tǒng)的過程，稱為 反饋或信息反饋。如果反饋回去的信號與系統(tǒng)的輸入信號方向相反，稱之為負(fù)反 饋；如果方向相同，則稱之為正反饋。在工程技術(shù)領(lǐng)域中，隨著自動(dòng)化程度的提 高，廣泛地采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，通常存在著反饋控制

5、。所謂 反饋控制就是利用反饋信號對系統(tǒng)進(jìn)行控制 。控制系統(tǒng)的工作原理與組成工作原理：所謂控制系統(tǒng)，是指系統(tǒng)的輸出能按照要求的參考輸入或控制輸入進(jìn) 行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。常用的控制系統(tǒng)的一些基本概念和名詞術(shù)語歸納如下：控制對象 。在控制理論和控制技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)規(guī)律或狀態(tài)需要控制的裝置稱 為控制對象或被控對象?？刂破?。在控制系統(tǒng)中，被控對象以外的所有裝置，統(tǒng)稱為控制器。因此， 控制系 統(tǒng)可以說由控制器和控制對象兩部分組成 輸入信號 。又叫輸入量、控制量或給定量。從廣義上講，輸入信號是指輸入到系 統(tǒng)中的各種信號，包括對系統(tǒng)輸出不利的擾動(dòng)信號在內(nèi)。一般來說，輸入信號是 指控制輸出量變化規(guī)律的信號。輸出信號 。又

6、叫輸出量、被控制量或被調(diào)節(jié)量。表征被控對象運(yùn)動(dòng)規(guī)律或狀 態(tài)的物理量。輸出信號是輸入信號作用的結(jié)果，因此，它的變化規(guī)律應(yīng)與輸入信 號之間保持確定的關(guān)系。反饋信號 。它是輸出信號經(jīng)過反饋元件變換后加到輸入端的信號。 若反饋信 號的符號與輸入信號相同，稱為正反饋；反之，稱為負(fù)反饋?？刂葡到y(tǒng)中的主反 饋通常采用負(fù)反饋，以免系統(tǒng)失控。系統(tǒng)中的局部反饋，主要用于對系統(tǒng)進(jìn)行校 正等，以滿足控制系統(tǒng)的性能要求。偏差。系統(tǒng)的輸入量與反饋量之差，即比較環(huán)節(jié)的輸出誤差信號 。是指輸出量的實(shí)際值與希望值之差， 通常希望值是系統(tǒng)的輸入量。 這里需要注意，誤差和偏差不是相同的概念，只有在單位反饋系統(tǒng)，即反饋信 號等于輸出

7、信號的情況下，誤差才等于偏差。擾動(dòng)信號。 又叫干擾信號。擾動(dòng)信號是指偶然的無法加以人為控制的信號擾動(dòng)信號也是一種輸入信號，通常對系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利的影響。自動(dòng)控制。 在無人直接參與的情況下， 利用一組裝置使被控對象的被控制量按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)或變化的控制方式。自動(dòng)控制系統(tǒng) 。被控對象和參與實(shí)現(xiàn)被控制量自動(dòng)控制對控制系統(tǒng)的基本要求與分類基本要求自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用的場合不同， 對系統(tǒng)性能的要求也不同。 但從控制工程的 角度出發(fā)，對每個(gè)控制系統(tǒng)卻有相同的基本要求，一般可歸納為穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性 和快速性。穩(wěn)定性穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。 因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中都包含儲能元 件，若系統(tǒng)參數(shù)匹配不當(dāng)，就可

8、能引起振蕩。穩(wěn)定性就是指系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的振蕩 傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。對于穩(wěn)定性滿足要求的系統(tǒng)，當(dāng)輸出量偏離平衡 狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能隨著時(shí)間收斂并且最后回到初始的平衡狀態(tài)。準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性是指控制系統(tǒng)的控制精度， 一般用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。 所謂穩(wěn)態(tài)誤差是 指以一定變化的輸入信號作用于系統(tǒng)后，當(dāng)調(diào)整過程結(jié)束趨于穩(wěn)定時(shí)，輸出量的 實(shí)際值與期望值之間的誤差值。準(zhǔn)確性是衡量控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。例如數(shù) 控機(jī)床穩(wěn)態(tài)誤差愈小，加工精度就愈高?？焖傩钥焖傩允侵府?dāng)系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)， 系統(tǒng)消除這種偏差的 快慢程度。快速性是在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提出的，它是衡量控制系統(tǒng)性能的又一 個(gè)重要指標(biāo)?？焖傩院玫南到y(tǒng)

9、，消除偏差的過渡過程時(shí)間短，因而就能復(fù)現(xiàn)快速 變化的輸入信號，并具有較好的動(dòng)態(tài)性能。在實(shí)際中，由于控制對象的具體情況 不同，每類控制系統(tǒng)對穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速這三方的要求各有側(cè)重。例如，調(diào)速系 統(tǒng)對穩(wěn)定性要求較嚴(yán)格，而伺服系統(tǒng)對快速性要求較高。即使對于同一系統(tǒng)，穩(wěn)、 準(zhǔn)、快也是相互制約的。提高快速性，可能會引起強(qiáng)烈振蕩，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性；改善了穩(wěn)定性，控制過程可能會過于遲緩，快速性甚至準(zhǔn)確性都會變差。如 何分析和解決這些矛盾，正是本課程所要討論和學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。控制系統(tǒng)的種類.按輸入量的變化規(guī)律進(jìn)行分類恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)的輸入量是一個(gè)恒定值， 一經(jīng)給定， 在運(yùn)行過程中就不再改變 （但可定

10、期校準(zhǔn)或更改輸入量） 。這種控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下系 統(tǒng)的輸出量為恒定值。工業(yè)生產(chǎn)中的溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的控制，以 及某些原動(dòng)機(jī)的速度控制，機(jī)床的位置控制等均屬此類控制。程序控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)的輸入量不為恒定值， 其變化規(guī)律是預(yù)先知道和確定的。 可將 輸入量的變化規(guī)律預(yù)先編成程序，由程序發(fā)出控制指令，在輸入裝置中再將控制 指令轉(zhuǎn)換為控制信號，經(jīng)過全系統(tǒng)的作用，使控制對象按照指令的要求運(yùn)動(dòng)。數(shù) 控機(jī)床切削加工的程序控制系統(tǒng)，將待加工的工件按圖紙要求圖預(yù)先編制成加工 程序，將程序指令通過輸入裝置送到數(shù)控裝置進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生的控制脈沖使刀具 和工件按程序指令的要求運(yùn)動(dòng)，這樣就

11、加工出所需工件的外形。隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)又稱伺服系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)輸入量的變化規(guī)律是不能預(yù)先確定 的。當(dāng)系統(tǒng)的輸入量發(fā)生變化時(shí)，要求輸出量迅速平穩(wěn)地隨著輸入量變化，并且 能排除各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)控制信號的變化規(guī)律?？刂浦噶羁梢杂?操作者根據(jù)需要隨時(shí)發(fā)出，也可以由目標(biāo)物或相應(yīng)的測量裝置發(fā)出。如機(jī)械加工 中的仿形機(jī)床，武器裝備中的火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以及導(dǎo)彈自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等均屬于 隨動(dòng)系統(tǒng) 。二.按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中各部分傳遞的信號都是連續(xù)時(shí)間變量的系統(tǒng)。 連續(xù) 控制系統(tǒng)又可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。能用線性微分方程描述的系統(tǒng)稱為線 性系統(tǒng)，不能用線性微分方程描述、存在著非線性部件的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng) 離散控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中某一處或數(shù)處的信號是以脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)，又稱數(shù)字控制系統(tǒng)。由于連