《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(dòng)控制原理自動(dòng)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(dòng)控制原理自動(dòng)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(shí)初步系統(tǒng)辨識(shí)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(guó)英國(guó)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(dòng)了控制，推動(dòng)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(dòng)控制理論的發(fā)展、自動(dòng)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(duì)象對(duì)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(duì)象對(duì)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(duì)象對(duì)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(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。就是對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。 自動(dòng)控制自動(dòng)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(duì)象被控對(duì)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(dòng)地按照預(yù)定自動(dòng)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。控制論與其他學(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(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對(duì)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(jiǎn)單回顧控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)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(dòng)研究的是機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng) 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(dòng)力學(xué)問題、動(dòng)力學(xué)問題1112P413141516對(duì)于對(duì)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(huì)人類社會(huì)，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(cè)元件檢測(cè)元件輸入輸入控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)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(duì)象被控對(duì)象檢測(cè)檢測(cè)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(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例：以發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例：被控對(duì)象被控對(duì)象：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)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(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控它是給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控對(duì)象的目標(biāo)值（給定值，系統(tǒng)的輸入量）對(duì)象的目標(biāo)值（給定值，系統(tǒng)的輸入量）希望被控對(duì)象按照給定的輸入信號(hào)而有希望被控對(duì)象按照給定的輸入信號(hào)而有規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。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(cè)量環(huán)節(jié)：測(cè)量環(huán)節(jié)：它用于測(cè)控被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為便于傳它用于測(cè)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(hào)在這個(gè)環(huán)節(jié)中，輸入信號(hào) 與測(cè)量環(huán)節(jié)發(fā)出來的與

9、測(cè)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(hào)的偏差信號(hào) 。 偏差信號(hào)偏差信號(hào)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(hào)作必要的校正，為了實(shí)現(xiàn)控制，要將偏差信號(hào)作必要的校正，然后進(jìn)行功率放大，以便于推動(dòng)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(dòng)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(hào)，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象按照它接收放大環(huán)節(jié)送來的控

10、制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)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(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)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(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類31對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類32對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)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(hào)有一處

11、和一處以上為離散的時(shí)間若系統(tǒng)中信號(hào)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(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)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(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度加以分類35對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求對(duì)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