《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》(楊叔子主編)第一章+緒論

1、1機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)主編主編 楊叔子楊叔子 2參考教材：參考教材： 陳康寧陳康寧 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 西安交通大學(xué)西安交通大學(xué) 胡壽松胡壽松 自動控制原理自動控制原理（第四版）科學(xué)出版社（第四版）科學(xué)出版社 梅曉榕梅曉榕 自動控制原理自動控制原理 科學(xué)出版社科學(xué)出版社3 緒論緒論 系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 非線性系統(tǒng)初步非線性系統(tǒng)初步 系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析 線性離散系統(tǒng)初步線性離散系統(tǒng)初步 系統(tǒng)頻率特性分析系統(tǒng)頻率特性分析 系統(tǒng)辨識初步系統(tǒng)辨識初步 系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 課程的主要內(nèi)容：課程的主要內(nèi)容：41、

2、理論形成的背景、理論形成的背景 1765年，瓦特年，瓦特(英國英國Watt，1736 - 1819 )發(fā)明蒸汽機(jī)，發(fā)明蒸汽機(jī)，工業(yè)與軍事的需要，電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)與軍事的需要，電子技術(shù)的發(fā)展， ，推動了控制，推動了控制理論的不斷地向前發(fā)展。理論的不斷地向前發(fā)展。2、控制理論、控制理論創(chuàng)始人：創(chuàng)始人：（美）維納（美）維納（Wiener） P153、代表人物代表人物：勞斯（：勞斯（Routh) ，胡爾維茨，胡爾維茨(Hurwitz），）， 奈奎斯特（奈奎斯特（Nyquist），李雅普諾夫），李雅普諾夫, 扎德扎德(Zadeh) ,傅京傅京孫等孫等.引言引言 (Introduction)(Intr

3、oduction)54、自動控制理論的發(fā)展、自動控制理論的發(fā)展1）經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論(20世紀(jì)世紀(jì)4060年代年代): 研究研究對象對象: 單輸入單輸出單輸入單輸出(SISO)、線性定常系統(tǒng)、線性定常系統(tǒng); 研究研究方法方法: 傳遞函數(shù)、根軌跡、頻率特性傳遞函數(shù)、根軌跡、頻率特性2）現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論(20世紀(jì)世紀(jì)6070年代年代): 研究研究對象對象: 多輸入多輸出多輸入多輸出(MIMO)、非線性、時(shí)變系統(tǒng)、非線性、時(shí)變系統(tǒng); 研究研究方法方法: 狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法.3）智能控制與大系統(tǒng)理論智能控制與大系統(tǒng)理論(20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代-): 研究研究對象對象: 多輸入多輸出多

4、輸入多輸出(MIMO)、非線性、時(shí)變復(fù)雜、非線性、時(shí)變復(fù)雜系統(tǒng)系統(tǒng); 研究研究方法方法: 模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等智能方法模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等智能方法. 引言引言 (Introduction)65 5、重要概念、重要概念 控制：控制：就是對對象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。就是對對象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。 自動控制自動控制: : 指在指在沒有人直接參與沒有人直接參與的情況下的情況下, ,利用利用控制器控制器( (控制裝控制裝置置), ),使使被控對象被控對象( (或過程或過程) )的被控量的被控量( (物理量或狀態(tài)物理量或狀態(tài)) )自動地按照預(yù)定自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行

5、的規(guī)律運(yùn)行. . 引言引言 (Introduction)78共同的本質(zhì)特點(diǎn)：共同的本質(zhì)特點(diǎn)： 通過信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行控制。通過信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行控制?？刂普撆c其他學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科控制論與其他學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科 9第一章第一章 緒緒 論論 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與任務(wù) 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型 反饋反饋 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 機(jī)械制造的發(fā)展與控制論的應(yīng)用機(jī)械制造的發(fā)展與控制論的應(yīng)用 控制理論發(fā)展的簡單回顧控制理論發(fā)展的簡單回顧 本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法10機(jī)械工程

6、控制論機(jī)械工程控制論 研究的是機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動研究的是機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動 力學(xué)問題。力學(xué)問題。1、系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）、系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）2、動力學(xué)問題、動力學(xué)問題1112P413141516對于對于上例上例需要研究的問題歸為三大類：需要研究的問題歸為三大類：系統(tǒng)分析問題系統(tǒng)分析問題最優(yōu)控制問題最優(yōu)控制問題最優(yōu)設(shè)計(jì)問題最優(yōu)設(shè)計(jì)問題17P418反反 饋饋 系統(tǒng)的輸出，不斷地、直接或間接地、全部系統(tǒng)的輸出，不斷地、直接或間接地、全部或部分地反過來用于控制系統(tǒng)的輸入，這個(gè)過程稱或部分地反過來用于控制系統(tǒng)的輸入，這個(gè)過程稱為為反饋反饋。 反饋在反饋在自然界自然界，人類社會人類社會，人的本身人的本身

7、、工程工程等方面，等方面，無不存在。無不存在。系統(tǒng)系統(tǒng)輸出輸出檢測元件檢測元件輸入輸入控制器控制器被控對象被控對象概念：概念：19（習(xí)題習(xí)題1.12）20(P10)2122負(fù)載，有牽連負(fù)載，有牽連2324運(yùn)算放大運(yùn)算放大執(zhí)行執(zhí)行被控對象被控對象檢測檢測比較比較控制器控制器控制部分控制部分被控部分被控部分以發(fā)動機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例：以發(fā)動機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例：被控對象被控對象：發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)被控量被控量：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速w w被控量的目標(biāo)值設(shè)定被控量的目標(biāo)值設(shè)定：預(yù)緊彈簧設(shè)定預(yù)緊彈簧設(shè)定反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖25特點(diǎn)：特點(diǎn)：利用偏差控制系統(tǒng)的輸出利用偏差控制系統(tǒng)的輸出給定環(huán)節(jié)：給

8、定環(huán)節(jié)：它是給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被控它是給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被控對象的目標(biāo)值（給定值，系統(tǒng)的輸入量）對象的目標(biāo)值（給定值，系統(tǒng)的輸入量）希望被控對象按照給定的輸入信號而有希望被控對象按照給定的輸入信號而有規(guī)律運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖26反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖測量環(huán)節(jié)：測量環(huán)節(jié)：它用于測控被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為便于傳它用于測控被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另一個(gè)物理量（一般為電量）送的另一個(gè)物理量（一般為電量）比較環(huán)節(jié)：比較環(huán)節(jié)：在這個(gè)環(huán)節(jié)中，輸入信號在這個(gè)環(huán)節(jié)中，輸入信號 與測量環(huán)節(jié)發(fā)出來的與

9、測量環(huán)節(jié)發(fā)出來的有關(guān)被控變量有關(guān)被控變量 的反饋量的反饋量 相比較，并得到一個(gè)小功率相比較，并得到一個(gè)小功率的偏差信號的偏差信號 。 偏差信號偏差信號是是比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)的的輸出輸出。ixbxix0 xbx27反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖 放大及運(yùn)算環(huán)節(jié)：放大及運(yùn)算環(huán)節(jié)：為了實(shí)現(xiàn)控制，要將偏差信號作必要的校正，為了實(shí)現(xiàn)控制，要將偏差信號作必要的校正，然后進(jìn)行功率放大，以便于推動執(zhí)行環(huán)節(jié)。如：電流放大，電器然后進(jìn)行功率放大，以便于推動執(zhí)行環(huán)節(jié)。如：電流放大，電器液壓放大等。液壓放大等。執(zhí)行環(huán)節(jié)：執(zhí)行環(huán)節(jié)：它接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號，驅(qū)動被控對象按照它接收放大環(huán)節(jié)送來的控

10、制信號，驅(qū)動被控對象按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。28反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖反饋控制系統(tǒng)的組成及其框圖29對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)30對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類31對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類32對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類3.4. 若系統(tǒng)的輸入量和輸出量都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，若系統(tǒng)的輸入量和輸出量都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，則稱其為則稱其為連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)。 若系統(tǒng)中信號有一處

11、和一處以上為離散的時(shí)間若系統(tǒng)中信號有一處和一處以上為離散的時(shí)間函數(shù)，則稱其為函數(shù)，則稱其為離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)。33對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類5.6. 可用線性微分方程描述的系統(tǒng)稱為可用線性微分方程描述的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)。 如果微分方程的系數(shù)全為常數(shù)，則稱為如果微分方程的系數(shù)全為常數(shù)，則稱為線性定線性定常系統(tǒng)常系統(tǒng)。否則稱為。否則稱為線性時(shí)變系統(tǒng)線性時(shí)變系統(tǒng)。 用非線性方程描述的系統(tǒng)稱為用非線性方程描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)。34對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類35對控制系統(tǒng)的基本要求對控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)穩(wěn)快快準(zhǔn)準(zhǔn)361.5 機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用機(jī)械制造的發(fā)展與控