機(jī)械工程控制基礎(chǔ)1-緒論

1、02015.92015.9主講人：高愛華主講人：高愛華 機(jī)械與動力工程學(xué)院機(jī)械與動力工程學(xué)院機(jī)械類專業(yè)必修課機(jī)械類專業(yè)必修課機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)11 1、課程準(zhǔn)備、課程準(zhǔn)備2 2、緒、緒 論論4 4、系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析、系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析3 3、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型5 5、系統(tǒng)的頻率特性分析、系統(tǒng)的頻率特性分析6 6、系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2 課程性質(zhì) 本課程是機(jī)械類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要介紹應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)、電、液技術(shù)構(gòu)成機(jī)電液一體化系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)方法。涉及的基礎(chǔ)知識有工程數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工與電子技術(shù)和液壓傳動技術(shù)等，因此要求同學(xué)們在學(xué)習(xí)本課程時

2、應(yīng)能夠經(jīng)?；仡櫳鲜稣n程的有關(guān)內(nèi)容，達(dá)到溫故而知新的目的。3本課程與其它課程的關(guān)系：本課程與其它課程的關(guān)系：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)電路理論電路理論大學(xué)物理大學(xué)物理信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)復(fù)變函數(shù)復(fù)變函數(shù)拉氏變換拉氏變換模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)線性代數(shù)微積分微積分各各 類類專業(yè)課專業(yè)課線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)現(xiàn)代控現(xiàn)代控制理論制理論4 課程的性質(zhì)和特點(diǎn)課程的性質(zhì)和特點(diǎn) 控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題，同時，它又是一種方法論，的動力學(xué)問題，同時，它又是一種方法論，從方法論的角度來研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)是本學(xué)科的技

3、術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有：緒論，積分變換，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，時間響應(yīng)分析，頻率特性分析，系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正等，屬于經(jīng)典控制論的基本知識。學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 本課程的學(xué)習(xí)目的是：使學(xué)生逐步學(xué)會運(yùn)用“系統(tǒng)和動態(tài)”的觀點(diǎn)，以及采用控制理論的方法解決機(jī)械工程中的實(shí)際技術(shù)問題。5 基本要求1、掌握經(jīng)典控制理論的基本概念、基本理論與基本方法；2、能夠應(yīng)用分析法建立簡單動力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；3、能夠應(yīng)用經(jīng)典控制論分析線性定常系統(tǒng)的動態(tài)特性，基本掌握線性定常系統(tǒng)性能校正的方法；4、對于線性系統(tǒng)的時域和頻域分析、穩(wěn)定性分析和性能指標(biāo)有比較深入的理解。67機(jī)械工程控制課程

4、大綱：機(jī)械工程控制課程大綱：系統(tǒng)系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)電器系統(tǒng)電器系統(tǒng)液壓、氣動系統(tǒng)液壓、氣動系統(tǒng)熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)牛頓定律牛頓定律理論力學(xué)理論力學(xué)歐姆定律、克希夫定律歐姆定律、克希夫定律電工學(xué)電工學(xué)液壓與氣動液壓與氣動拉氏變換拉氏變換理論分析理論分析傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)微分方程微分方程2 2補(bǔ)充補(bǔ)充時間響應(yīng)分析時間響應(yīng)分析3 3（時域分析）（時域分析）頻率特性分析頻率特性分析4 4（頻域分析）（頻域分析）系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 5 5系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正6 6分析系統(tǒng)特性分析系統(tǒng)特性系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸入輸出輸出穩(wěn)、快、準(zhǔn)穩(wěn)、快、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)辨識初步系統(tǒng)辨識初步9 9數(shù)學(xué)模型數(shù)

5、學(xué)模型8 主要參考資料1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（第四版） 楊叔子等編著 華中科技大學(xué)出版社 2002年1月2、機(jī)械控制工程基礎(chǔ) 朱驥北 機(jī)械工業(yè)出版社 2002年1月3、控制工程基礎(chǔ) 張伯鵬主編 清華大學(xué)出版社 2000年6月 4、 控制理論基礎(chǔ) 王顯正主編 科學(xué)技術(shù)出版社 2000年1月 9101112131415第一講第一講 控制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)及其研究對象和任務(wù)其研究對象和任務(wù)16 機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)。機(jī)械工業(yè)的核心是機(jī)械制造工業(yè)。當(dāng)前機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的一個明顯而主要的動向是越來越廣泛而深刻地引入控制理論。從根本上講，其原因是控制理論以它本身固有的辨證方法順應(yīng)了機(jī)械制造工程技術(shù)

6、發(fā)展的趨勢。 控制理論在工程技術(shù)領(lǐng)域中體現(xiàn)為工程控制論，在機(jī)械工程領(lǐng)域則體現(xiàn)為機(jī)械工程控制論。 17一、控制理論與控制系統(tǒng)一、控制理論與控制系統(tǒng)1 1、基本概念、基本概念 控控 制：制：以人為或自動的方式，通過一定的手段操以人為或自動的方式，通過一定的手段操縱受控對象或過程，使之按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，并縱受控對象或過程，使之按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，并具有一定的狀態(tài)與性能。具有一定的狀態(tài)與性能?？刂茖?shí)例控制實(shí)例1：液面控制：液面控制檢測偏差 消除偏差 實(shí)施控制 1819控制實(shí)例控制實(shí)例2：冰箱控制系統(tǒng)：冰箱控制系統(tǒng)20系統(tǒng)與外界的交互作用系統(tǒng)與外界的交互作用21機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：機(jī)械工程中的廣義系

7、統(tǒng)：22研究對象研究對象：工程技術(shù)中的廣義動力學(xué)系統(tǒng)。工程技術(shù)中的廣義動力學(xué)系統(tǒng)。A廣義動力學(xué)系統(tǒng)在一定的外界條件下（輸入或激勵，廣義動力學(xué)系統(tǒng)在一定的外界條件下（輸入或激勵，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初初始狀態(tài)始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由其出發(fā)，所經(jīng)歷的由其內(nèi)部固有特性內(nèi)部固有特性（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的參數(shù)所決定的特性）所決定的動態(tài)歷經(jīng)過程動態(tài)歷經(jīng)過程。A研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系動態(tài)關(guān)系232 2、工程控制論的內(nèi)容劃分、工程控制論的內(nèi)容劃分 控制論、量子論與

8、相對論被人們譽(yù)為控制論、量子論與相對論被人們譽(yù)為20世紀(jì)上半葉世紀(jì)上半葉的的3項(xiàng)科學(xué)革命。項(xiàng)科學(xué)革命。經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論：（：（4050年代末）年代末）以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入單輸出定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。單輸出定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。(自動調(diào)節(jié)器、伺服系統(tǒng)）自動調(diào)節(jié)器、伺服系統(tǒng)）現(xiàn)代控制理論：現(xiàn)代控制理論： （60年代初年代初現(xiàn)在）現(xiàn)在）研究多輸入多輸出、時研究多輸入多輸出、時變、非線性、高精度、高效能等控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。（航變、非線性、高精度、高效能等控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。（航天系統(tǒng)，導(dǎo)彈系統(tǒng)，人造衛(wèi)星）天系統(tǒng)，導(dǎo)彈系統(tǒng)，人造衛(wèi)

9、星）大系統(tǒng)理論：大系統(tǒng)理論： （70年代初年代初現(xiàn)在）現(xiàn)在）通常所說的大系統(tǒng)，指的是包通常所說的大系統(tǒng)，指的是包括工程技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)、生物、生態(tài)等各個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。（如括工程技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)、生物、生態(tài)等各個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。（如地球資源、能源、人口問題、世界模型）地球資源、能源、人口問題、世界模型）243 3、系統(tǒng)動力學(xué)問題分析典型實(shí)例、系統(tǒng)動力學(xué)問題分析典型實(shí)例 a)a)輸入相異的單自由度機(jī)械振動系統(tǒng)輸入相異的單自由度機(jī)械振動系統(tǒng)參數(shù)說明：參數(shù)說明：m m系統(tǒng)質(zhì)量；系統(tǒng)質(zhì)量；c c粘性阻尼系數(shù)；粘性阻尼系數(shù)；k k彈簧剛度彈簧剛度25b)b)系統(tǒng)動力學(xué)方程系統(tǒng)動力學(xué)方程A外力外力f(t)作用

10、下的系統(tǒng)動力學(xué)方程作用下的系統(tǒng)動力學(xué)方程A位移位移x(t)作用下的系統(tǒng)動力學(xué)方程作用下的系統(tǒng)動力學(xué)方程262728一般動力學(xué)系統(tǒng)分析：一般動力學(xué)系統(tǒng)分析：取算子取算子p=d/dt：A算子算子an pn+ an-1 pn-1+ a1 p+ a0反映系統(tǒng)本身的固有反映系統(tǒng)本身的固有特性。特性。A算子算子bm pm+ bm-1 pm-1+ b1 p+ b0反映系統(tǒng)與外界的反映系統(tǒng)與外界的聯(lián)系。聯(lián)系。參數(shù)參數(shù)y (t) ，(t)，為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，為系統(tǒng)的狀態(tài)變量， y(0)，(0)，為為系統(tǒng)的初始狀態(tài)或初始變量。系統(tǒng)的初始狀態(tài)或初始變量。294 4、研究任務(wù)、研究任務(wù): :按按系統(tǒng)、輸入、輸出三者的

11、動態(tài)關(guān)系系統(tǒng)、輸入、輸出三者的動態(tài)關(guān)系 A系統(tǒng)分析問題系統(tǒng)分析問題A最優(yōu)控制問題最優(yōu)控制問題A最優(yōu)設(shè)計(jì)問題最優(yōu)設(shè)計(jì)問題A濾波與預(yù)測問題濾波與預(yù)測問題A系統(tǒng)識別或辯識問題系統(tǒng)識別或辯識問題30例1 如圖所示的電熱水器，為了保持希望的溫度，由溫控開關(guān)接通或斷開電加熱器的電源。在使用熱水時，水箱中流出熱水并補(bǔ)充冷水。試說明該系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)的方框圖。解：在電熱水器系統(tǒng)中，水箱內(nèi)的水溫需要控制，即水箱為控制對象。水的實(shí)際溫度是被控制量，或系統(tǒng)的輸出量，設(shè)為To，輸入量為用戶希望的溫度，設(shè)為Ti；由于放出熱水并注入冷水或水箱散熱等原因而使水箱內(nèi)水溫下降為系統(tǒng)的干擾。當(dāng)To= Ti時，測溫元件將實(shí)際

12、溫度轉(zhuǎn)化成電信號，與溫控開關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號進(jìn)行比較得到的偏差信號為0，此時加熱器不工作，水箱中的水保持希望的溫度。當(dāng)注入冷水使To下降時，偏差不為0，電控開關(guān)接通電源使電加熱器工作對水加熱，直到To= Ti為止。31系統(tǒng)工作框圖如下：系統(tǒng)工作框圖如下： 若要考察水箱中的水溫To能否保持為希望的溫度Ti，并通過實(shí)際輸出的水溫To與希望的溫度Ti之間的差別，考察各個組成部分的參數(shù)是否合理，即為系統(tǒng)分析問題。32例2 圖示為數(shù)控機(jī)床工作臺的傳動系統(tǒng)。如果考慮傳動系統(tǒng)的制造誤差，為了使工作臺均勻移動，試確定其輸入。此即最優(yōu)控制問題。 若系統(tǒng)的輸入已知（例如電動機(jī)轉(zhuǎn)速），要求確定系統(tǒng)且其輸出符合工作臺均

13、勻移動的要求，即為最優(yōu)設(shè)計(jì)問題。33例 3 電子稱的原理如下圖。顯示即為輸出，重物的重量為輸入，要求確定系統(tǒng)（即電子稱）以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)測問題。 若輸入（重物）和輸出（顯示）已知，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù) ，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，此即系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辯識問題。34三、本講小結(jié)三、本講小結(jié)A了解控制并認(rèn)識控制系統(tǒng)了解控制并認(rèn)識控制系統(tǒng)A控制論的研究對象控制論的研究對象A控制論的研究任務(wù)或內(nèi)容控制論的研究任務(wù)或內(nèi)容35思考題：思考題：舉例說明生活中控制問題。舉例說明生活中控制問題。36第二講第二講 反饋及系統(tǒng)模型反饋及系統(tǒng)模型37383940外反饋：外反饋：人為反饋（閉環(huán)系統(tǒng)、開

14、環(huán)系統(tǒng)）人為反饋（閉環(huán)系統(tǒng)、開環(huán)系統(tǒng)）41內(nèi)反饋：內(nèi)反饋：耦合反饋（系統(tǒng)或過程中自然形成的反饋）耦合反饋（系統(tǒng)或過程中自然形成的反饋）內(nèi)反饋實(shí)例分析內(nèi)反饋實(shí)例分析單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)42狀態(tài)方程表示：狀態(tài)方程表示：取取有：有：狀態(tài)方程用方框圖表示為：狀態(tài)方程用方框圖表示為：y1和和y2之間具有信息交互作之間具有信息交互作用，本質(zhì)上是彈簧的位能與用，本質(zhì)上是彈簧的位能與質(zhì)量的動能之間的轉(zhuǎn)換。質(zhì)量的動能之間的轉(zhuǎn)換。 y2本身的交互作用就是阻尼消本身的交互作用就是阻尼消耗能量的過程。耗能量的過程。43 4445 1 1給定環(huán)節(jié)；給定環(huán)節(jié)；2 2比較環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)；3 3校正環(huán)節(jié)；校正環(huán)節(jié)；4 4

15、放大環(huán)節(jié)；放大環(huán)節(jié)；5 5執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6 6被控對象；被控對象；7 7檢測裝置檢測裝置反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本環(huán)節(jié)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本環(huán)節(jié)設(shè)定被控制設(shè)定被控制量的給定值量的給定值的裝置的裝置將所檢測的被控制量將所檢測的被控制量與給定量進(jìn)行比較，與給定量進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差確定兩者之間的偏差量，多用差動放大器量，多用差動放大器實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋一般由傳動裝置和調(diào)一般由傳動裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對構(gòu)直接作用于控制對象，使被控制量達(dá)到象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值所要求的數(shù)值要進(jìn)行控要進(jìn)行控制的設(shè)備制的設(shè)備或過程或過程控制系統(tǒng)所控制系統(tǒng)所控

16、制的物理控制的物理量（被控量）量（被控量） 檢測被控制量，檢測被控制量，并將其轉(zhuǎn)換為與并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物給定量相同的物理量理量用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，如放大、整用，如放大、整流，也稱為調(diào)節(jié)流，也稱為調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)器或調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)4647閉環(huán)自動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：利用輸入信息與反饋至輸入處的信息之間的偏差對系統(tǒng)的輸出進(jìn)行控制，使被控對象按一定的規(guī)律運(yùn)動。48開環(huán)控制開環(huán)控制：只有輸入量對：只有輸入量對輸出量產(chǎn)生控制作用，輸輸出量產(chǎn)生控制作用，輸出量不參與對系統(tǒng)的控制。出量不參與對系統(tǒng)的控制。結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問成本低、不存在穩(wěn)定性問題題輸入

17、控制輸出輸入控制輸出輸出不參與控制輸出不參與控制系統(tǒng)沒有抗干擾能力系統(tǒng)沒有抗干擾能力適用范圍適用范圍：輸入量已：輸入量已知、控制精度要求不高、知、控制精度要求不高、擾動作用不大。擾動作用不大。閉環(huán)控制閉環(huán)控制：把輸出量的一：把輸出量的一部分檢測出來部分檢測出來, ,反饋到輸入反饋到輸入端端, ,與給定信號進(jìn)行比較，與給定信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差產(chǎn)生偏差, ,此偏差經(jīng)過控制此偏差經(jīng)過控制器產(chǎn)生控制作用器產(chǎn)生控制作用, ,使輸出量使輸出量按照要求的規(guī)律變化；按照要求的規(guī)律變化；輸入控制輸出，輸出輸入控制輸出，輸出參與控制參與控制檢測偏差、糾正偏差檢測偏差、糾正偏差具有抗干擾能力具有抗干擾能力結(jié)構(gòu)復(fù)雜

18、結(jié)構(gòu)復(fù)雜495051騎自行車過程中信息流動與反饋騎自行車過程中信息流動與反饋A反饋結(jié)構(gòu)圖反饋結(jié)構(gòu)圖 人騎自行車時，總是希望具有一定的理想狀態(tài)（比如速度、方人騎自行車時，總是希望具有一定的理想狀態(tài)（比如速度、方向、安全等），人腦根據(jù)這個理想狀態(tài)指揮四肢動作，使自行車按預(yù)向、安全等），人腦根據(jù)這個理想狀態(tài)指揮四肢動作，使自行車按預(yù)定的狀態(tài)運(yùn)動，此時，路面的狀況等因素會對自行車的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生定的狀態(tài)運(yùn)動，此時，路面的狀況等因素會對自行車的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺自行車的狀態(tài)，并影響，使自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺自行車的狀態(tài)，并將此信息返回到大腦，大腦根據(jù)實(shí)際

19、狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢將此信息返回到大腦，大腦根據(jù)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動作，如此循環(huán)往復(fù)。其信息流動與反饋過程可用下圖表示。動作，如此循環(huán)往復(fù)。其信息流動與反饋過程可用下圖表示。A工作原理工作原理524）機(jī)械系統(tǒng)及系統(tǒng)模型）機(jī)械系統(tǒng)及系統(tǒng)模型機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)：以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動，承受一定的機(jī)以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動，承受一定的機(jī)械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)。械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)。概念說明概念說明激勵：激勵：外界對系統(tǒng)的作用。外界對系統(tǒng)的作用。響應(yīng)：響應(yīng)：系統(tǒng)的變形或位移。系統(tǒng)的變形或位移。 機(jī)械系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)中的“激勵激勵”與與“響應(yīng)響應(yīng)

20、”分別代表著分別代表著系統(tǒng)的輸入和輸出。系統(tǒng)的輸入和輸出。系統(tǒng)控制：系統(tǒng)控制：激勵由人為有意識的添加。激勵由人為有意識的添加。擾擾 動：動：由系統(tǒng)偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全認(rèn)為控制的由系統(tǒng)偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全認(rèn)為控制的 激勵。激勵。53系統(tǒng)靜態(tài)模型和動態(tài)模型系統(tǒng)靜態(tài)模型和動態(tài)模型模模 型：型：一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象的理論模型，用來表達(dá)一個系統(tǒng)內(nèi)部的理論模型，用來表達(dá)一個系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其他外部環(huán)境各部分之間，或系統(tǒng)與其他外部環(huán)境之間的關(guān)系，之間的關(guān)系，又稱數(shù)學(xué)模型又稱數(shù)學(xué)模型。 模型模型是研究系是研究系統(tǒng)、認(rèn)識系統(tǒng)、統(tǒng)、認(rèn)識系統(tǒng)、描述系統(tǒng)以及分描

21、述系統(tǒng)以及分析系統(tǒng)的析系統(tǒng)的工具工具。靜態(tài)模型：靜態(tài)模型：反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載荷作用下或在系反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載荷作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下得特性，統(tǒng)平衡狀態(tài)下得特性，表現(xiàn)為代數(shù)方程表現(xiàn)為代數(shù)方程。如彈簧模型。如彈簧模型。動態(tài)模型：動態(tài)模型：用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用下或在系統(tǒng)不平用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用下或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性，表現(xiàn)為微分方程或差分方程。衡狀態(tài)下的特性，表現(xiàn)為微分方程或差分方程。靜態(tài)模型靜態(tài)模型現(xiàn)時輸出決定于現(xiàn)時輸入；現(xiàn)時輸出決定于現(xiàn)時輸入； 動態(tài)模型動態(tài)模型現(xiàn)時輸出決定于以前輸入的歷史?，F(xiàn)時輸出決定于以前輸入的歷史。54靜態(tài)模型和動態(tài)模型分析示例靜態(tài)模型和動

22、態(tài)模型分析示例機(jī)器隔振系統(tǒng)機(jī)器隔振系統(tǒng)55 若以機(jī)器若以機(jī)器m為隔離體，以為隔離體，以F (t) 為激勵為激勵(不考慮不考慮y (t)，以，以位移位移x(t)為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動力學(xué)為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動力學(xué)方程為：方程為：若仍以機(jī)器若仍以機(jī)器m為隔離體，以為隔離體，以 y (t) 為激勵為激勵(不考慮不考慮F (t) ，以位移以位移x(t)為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動力學(xué)方程為：力學(xué)方程為： (a) (b)方程方程(a),(b)即為該系統(tǒng)的動態(tài)模型。即為該系統(tǒng)的動態(tài)模型。56若系統(tǒng)運(yùn)動很慢，即有：若系統(tǒng)運(yùn)動很慢

23、，即有：則上式（則上式（a），（），（b）可化為：）可化為：此即系統(tǒng)的此即系統(tǒng)的靜態(tài)模型靜態(tài)模型，實(shí)際上，實(shí)際上x(t)x(t)與與y(t)y(t)之之間是一種代數(shù)關(guān)系，即間是一種代數(shù)關(guān)系，即代數(shù)方程式代數(shù)方程式。57三、對控制系統(tǒng)的基本要求三、對控制系統(tǒng)的基本要求58三、對控制系統(tǒng)的基本要求三、對控制系統(tǒng)的基本要求A穩(wěn)定性穩(wěn)定性：指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性好，則系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性好，則系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力強(qiáng)強(qiáng)A快速性快速性：系統(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏系統(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差的快速程度差時，消除這種偏差的快速程度?？焖傩院?，則消除?？焖傩院?，則消除偏差快，或調(diào)整時間短。其表述系統(tǒng)動態(tài)特性。偏差快，或調(diào)整時間短。其表述系統(tǒng)動態(tài)特性。A準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性：調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差程度，或稱靜態(tài)精度量之間的偏差程度，或稱靜態(tài)精度。準(zhǔn)確性好，則。準(zhǔn)確性好，則調(diào)整過程結(jié)束后，輸出值與期望值偏差小，其表述調(diào)整過程結(jié)束后，輸出值與期望值偏差小，其表述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性系統(tǒng)評價指標(biāo)多樣，但基本和最重要是以上系統(tǒng)評價指標(biāo)多樣，但基本和最重要是以上三種；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)需要各有側(cè)重。三種；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)需要各有側(cè)重。