緒論 副本 副本

控制原理主講教師:趙慧工作單位:武漢科技大學機械自動化學院機械電子系聯(lián)系方式:教一樓607室zh2《控制原理》是工科機類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，起著銜接基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識，溝通機、電類相關(guān)專業(yè)課程的重要作用。了解《控制原理》在現(xiàn)代機電設(shè)備中，控制系統(tǒng)是將構(gòu)成設(shè)備的光、機、電、液等各個子系統(tǒng)組合成一個有機整體的核心環(huán)節(jié)。控制理論及其技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)以及航天航空、軍工國防等多個領(lǐng)域都有著廣泛和重要的應用?！犊刂圃怼氛n程所介紹的經(jīng)典控制理論既是現(xiàn)代控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)，也是進行機械工程控制系統(tǒng)分析與設(shè)計所依賴的主要技術(shù)方法之一。3控制技術(shù)的應用中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車（235年）英國J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度（1788年）4控制技術(shù)的應用美國MITServomechanismLaboratory

研制出第一臺數(shù)控機床(1952)美國GeorgeDevol研制出第一臺工業(yè)機器人樣機(1954)5控制技術(shù)的應用前蘇聯(lián)第一座投入使用的太空空間站

(1974)美國第一架航天飛機原型機企業(yè)號(1977)6控制技術(shù)的應用薄板連鑄連軋生產(chǎn)線機器人搬運汽車焊接生產(chǎn)線7課程教學安排理論教學1.緒論實驗教學1.典型環(huán)節(jié)及其時間響應2.系統(tǒng)的數(shù)學模型6.系統(tǒng)的性能指標與校正5.穩(wěn)定性分析4.頻率特性分析3.時間響應分析3.線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及其校正2.頻域響應實驗《控制原理》8課程教材和主要參考書

教材楊叔子等.機械工程控制基礎(chǔ)，華中科技大學出版社，2005、2013，第5、6版

主要參考書董景新等.控制工程基礎(chǔ),清華大學出版社,2003，第2版李友善.自動控制原理(上冊),國防工業(yè)出版社，1980裴潤等.自動控制原理(上冊),哈爾濱工業(yè)大學出版社,2006楊前明等.機械工程控制基礎(chǔ)，華中科技大學出版社，2010《控制原理》9第一章緒論本章教學內(nèi)容1.1機械工程控制論的研究對象與任務1.2系統(tǒng)及其模型1.4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求1.3反饋本章教學目的

本章的教學旨在使同學們對本課程的教學內(nèi)容有個大致了解，對控制理論、控制系統(tǒng)的有關(guān)概念有個基本認識，對機械系統(tǒng)動力學分析方法能有初步的體會。

《控制原理》10《控制許原理》1.首1機械鑼工程梯控制墓論的極研究麻對象幟及任翅務控制——指一菠事物絨對另虎一事晉物所義施加脊的強制元性約細束，對控任制系玻統(tǒng)而少言，這種皆約束廣是讓恥某個添物理蝕量按其一定檔規(guī)律伶變化割。具柴有以吉下特盾點：具有濫某種靠不確境定性茅；這種尾不確紅定性趕的變拌化可黨借助擔信息贈來表孤示；控制脂的過飽程就糠是不亦斷減瓶少這蓋種不駁確定代性的呼過程牽?？刂苹⒄摚–y護be粉rn秤et雕ic示s）——關(guān)于飄在動宵物和菌機器御中控弓制和擁通訊執(zhí)的科節(jié)學，鑼研究鉆的是炸更為膛廣泛慮的系慣統(tǒng)里梨更為遵一般許的控賠制規(guī)計律。工程溉控制評論——控制望論在頌工程遙技術(shù)左領(lǐng)域門中的和應用埋，是氧以一窗般工退程系闖統(tǒng)為剖研究賞對象奇，研遞究系迫統(tǒng)及鑰其輸飽入、肯輸出周三者副之間心的動態(tài)孟關(guān)系。機械屑工程寒控制摔論——控制你論在臨機械炭工程俱中的睛應用宅，主賤要以秤機械聞系統(tǒng)清為研甲究對攔象。煤本課它程主稠要是乳應用燃古典虜控制矩理論楚研究單輸簡入單電輸出魔線性刑系統(tǒng)中系起統(tǒng)與眾其輸乘入、伏輸出訂之間揀的動漸態(tài)關(guān)預系。111.鴿1機械輛工程虛控制指論的侄研究玻對象勵及任廚務：苦舉例系統(tǒng)育數(shù)學窮模型稿反映控了系聚統(tǒng)與碗其輸川入輸棄出三雅者的蔥關(guān)系歪，可次歸納形為：（1）系牧統(tǒng)、猴輸入多已知襲，求閱輸出賄：系緣瑞統(tǒng)分監(jiān)析（射本課棚程重時點）（2）系漠統(tǒng)、賄輸出亭已知最，求呀輸入關(guān)：最伏優(yōu)控并制、鐵最佳孔濾波（3）輸敲入、討輸出勾已知復，求籠系統(tǒng)跌：最裂優(yōu)設(shè)次計、脅系統(tǒng)該辨識作用敏著不致同輸連入的頑同一士個機百械系萍統(tǒng)

系統(tǒng)動力學方程或數(shù)學模型《控制舟原理》121.危2系統(tǒng)傭及其巨模型系統(tǒng)——由相請互聯(lián)挽系、昏相互釣作用張的若補干部門分或犧元素府，以象一定滿的結(jié)獲構(gòu)組消成的如具有底特定巾功能叛的整邁體，耳即具勺有以恥下特垃性1.敵2.蒸1系統(tǒng)具有膜整體泊性具有掏相對托獨立過性具有果特定狹的結(jié)余構(gòu)具有詢一定店的功肌能，變或一據(jù)定的壓目的湖性要點蝦：(1琴)系統(tǒng)處整體雨特性任不是紋組成防系統(tǒng)接的各鴿元件蒙特性據(jù)的簡磚單迭仗加；(2糟)系統(tǒng)惜性能逐除了按與組古成系鼠統(tǒng)的際元件煉的性衣能有防關(guān)還堤與元壇件間降相互互結(jié)合吊的形榮式有漂關(guān)。《控制頸原理》13機械葵系統(tǒng)——以實直現(xiàn)一創(chuàng)定的影機械炊運動危，承起受一害定的機械蘆載荷為目賺的，磚由機搞械元鑰件組善成的棍系統(tǒng)壤（包碼括液樂壓系秤統(tǒng)）易，如酷軋機但、機開床、昆交通貼工具蜜等。1.曉2.斷2機械贊系統(tǒng)機械霉系統(tǒng)貨的激勵：外紐奉界對賢系統(tǒng)州的作嫩用，剝也稱掃為系斃統(tǒng)輸入，通賴常表泰現(xiàn)為頑力/扭矩寸（載攜荷）潤。該低作用限如果辱是有話意施墳加的歸通常腰可稱珠之為“控制”，否揀則就壞被視客為“擾動”。機械若系統(tǒng)島的響應：系低統(tǒng)在腎輸入北作用供下所郵產(chǎn)生蟲的輸出，通郵常表字現(xiàn)為蹄位移精（角刊位移踐）或禁變形棵。1.溉2系統(tǒng)樹及其烘模型《控制舌原理》141.數(shù)2.弱3靜態(tài)燥模型垃與動糧態(tài)模詳型《控制吃原理》數(shù)學循模型——用數(shù)擁學方野法并修依據(jù)仔物理飛或?qū)z業(yè)定朵律描奶述一條個系岡統(tǒng)內(nèi)廈部各師部分柱之間羞、系駕統(tǒng)與嘗其外學部環(huán)嘉境之密間相考互關(guān)響系的溉理論柿模型價。靜態(tài)構(gòu)模型——反映參系統(tǒng)塵在恒始定或堆緩變鋒載荷突作用培下，填或在悟平衡在狀態(tài)酷下的得系統(tǒng)聚特性碰的數(shù)南學模近型。靜態(tài)桐模型臥一般嚴用代術(shù)數(shù)方竿程描啊述。動態(tài)澆模型——反映溫系統(tǒng)囑在迅仰變載蘭荷作繩用下輸，或回在系膽統(tǒng)不秩平衡必狀態(tài)承下的件系統(tǒng)門特性旁的數(shù)文學模藝型。動態(tài)醬模型瘦一般閱用微緊分方殊程或饒差分飯方程搖描述像。靜態(tài)烏模型固的輸宰出取蒜決于壓當前雖輸入霧，動枕態(tài)模掛型的析輸出伸則還醫(yī)與歷峰史的濃輸入導有關(guān)膽，且動態(tài)肥模型俘通常其包含鍋靜態(tài)沉模型物。15ymFk疲勞試驗機在一定條件下可以簡化成一個質(zhì)量-彈簧系統(tǒng),系統(tǒng)輸入(激振力F)

和系統(tǒng)輸出(材料的變形y)之間的關(guān)系,可借助于牛頓定律建立該系統(tǒng)的動態(tài)模型：如果F是一個恒定載荷,則當系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，可得到系統(tǒng)的靜態(tài)模型：1.肺2.環(huán)3靜態(tài)稠模型丙與動至態(tài)模鐮型：授舉例1.澡2系統(tǒng)靈及其坑模型《控制晚原理》16《控制灶原理》反饋——指系統(tǒng)排或部蹲件的穴輸出廁會反掀過來革作用課于其舞輸入紐奉的現(xiàn)須象。寶它是暖系統(tǒng)申得以云產(chǎn)生艇動態(tài)純響應秋過程解的根橡本原作因。1.竹3反饋1.沙3.液1機械材工程荷中的狗反饋跑控制圖為姨靜壓冤軸承顫工作圓原理扛，它皆是利醋用反箱饋的陵原理所進行彩工作包的。17《控制鋒原理》反饋皇控制——有意志地利靠用系憐統(tǒng)輸案出來忘改變捕系統(tǒng)政的輸楊入，垮進而木影響蠶系統(tǒng)氏輸出諸的控葬制方略法，碰也稱答之為閉環(huán)疑控制；又粘因它饞是用系餐統(tǒng)希填望輸漆出與年實際壟輸出起比較榨后所吳得到堪的偏鞠差進晉行控才制故也稱獄為偏差觸控制。1.虛3反饋1.撕3.陪1機械褲工程音中的診反饋裹控制無外反饋（開環(huán)系統(tǒng)）反饋控制（閉環(huán)系統(tǒng)）181.炒3.庫2機械患系統(tǒng)榮的內(nèi)扮在反產(chǎn)饋機械咬系統(tǒng)晨的內(nèi)反滑饋是構(gòu)萍成系櫻統(tǒng)的賊各個頃要素森之間疲自然鬧而然鬼的相紗互作別用，戀其決未定了菜系統(tǒng)趟的動晶態(tài)響身應過解程ymFk

(a)例如圖(a)所示系統(tǒng)，似乎沒有明顯的反饋通道，其力平衡方程為：kF-y(b)以其質(zhì)量m的位移y為系統(tǒng)的輸出，則上式可改寫為：該式可用圖(b)表示，顯然該系統(tǒng)還是存在著反饋通道?！犊刂迫试怼?.寧3反饋19按反饋的有無分類——

開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)1.貢4系統(tǒng)寶的分蹤蝶類及吼對控裕制系躺統(tǒng)的漫基本趕要求1.日4.疏1系統(tǒng)秘的幾染種分睬類開環(huán)系統(tǒng)

系統(tǒng)中沒有任何一個環(huán)節(jié)受到系統(tǒng)輸出反饋作用，也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是簡單、穩(wěn)定、可靠，缺點是精度不高、抗擾動性能差。閉環(huán)系統(tǒng)

指系統(tǒng)的輸入裝置受到系統(tǒng)輸出反饋作用的系統(tǒng)。其優(yōu)點是精度高、抗擾動性好，缺點是結(jié)構(gòu)復雜、控制難度大。半閉纖環(huán)系粘統(tǒng)系統(tǒng)季中某眠個環(huán)燈節(jié)（駛非輸非入裝鏡置）致受到神系統(tǒng)竭輸出鳴反饋緊作用獎，或渴輸入碑裝置管受到醒系統(tǒng)單某個搏環(huán)節(jié)耍（非畜輸出進量）牧的反杠饋作大用。《控制驚原理》201.該4系統(tǒng)殃的分木類及沖對控棕制系舟統(tǒng)的諒基本橡要求1.盒4.爪1系統(tǒng)松的幾廚種分沾類《控制刷原理》自動昨調(diào)節(jié)張系統(tǒng)——在外羽界干擾作用場下，洗系統(tǒng)攻輸出偏仍能爭基本帽保持漏為常量的系在統(tǒng)（揮如恒左溫控幣制、井液面協(xié)控制斬系統(tǒng)爬等)。這辣種系您統(tǒng)的卸輸入大多為知常值猴，對踐穩(wěn)定躁性有夏較高腳要求減。隨動薪系統(tǒng)（伺序服系雪統(tǒng)）——系統(tǒng)便輸出藏能相無應于燭輸入漂在廣泉闊范蠻圍內(nèi)辨按任意濱規(guī)律變化應的系驗統(tǒng)(如雷泛達跟妥蹤、億電液栗伺服闖系統(tǒng)蜻等)。這謝種系每統(tǒng)對削響應除速度汽有較符高要藝求。程序灘控制家系統(tǒng)——系統(tǒng)幟輸出梁按預定互程序變化頑的系腥統(tǒng)(如數(shù)麻控加粒工系刪統(tǒng)等)。這嗓類系袋統(tǒng)可梢以是勻閉環(huán)孩控制族，也辰可以童是開互環(huán)控麗制。印對于妄閉環(huán)瞧程序魚控制碧系統(tǒng)譯，其粗性能揪界于君以上且兩類貞系統(tǒng)凡之間災。按輸出變化規(guī)律分類——

調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)211.漆4系統(tǒng)染的分疾類及陸對控捆制系桶統(tǒng)的直基本螺要求1.妨4.繩1系統(tǒng)奏的幾逝種分狹類《控制似原理》按描濱述系牌統(tǒng)的數(shù)學薯模型分類——線性終控制絲式系統(tǒng)指可暴用線雁性微評分方帽程來沃描述暴的系殼統(tǒng)。非線范性控繪制系推統(tǒng)指不韻能用樣線性摔微分傘方程鋪來描絨述的衫系統(tǒng)漆，此武種系導統(tǒng)包順含著解變量臨中具房誠有非戚線性箱關(guān)系呆的元哨器件各。按系統(tǒng)基中傳遞鐵信號煮的性陣質(zhì)分類——連續(xù)灘控制物系統(tǒng)系統(tǒng)激中傳叔遞的壁信號民都是阿模擬副信號著，控贏制規(guī)社律是住用硬哭件組塔成的腹控制異器實必現(xiàn)的年。描挺述此妄種系與統(tǒng)的真數(shù)學攔工具滿是微泄分方傘程和炒拉氏爺變換胡。離散蛙控制堵系統(tǒng)系統(tǒng)竿中傳押遞的違信號正有數(shù)宏字信尾號，淡控制太規(guī)律往是用往軟件遷實現(xiàn)福的，膝計算其機作婦為系拒統(tǒng)的躁控制斬器。例描述串此種哭系統(tǒng)險的數(shù)擋學工有具是安差分銹方程和Z變換。221.喜4系統(tǒng)妥的分植類及控對控鍬制系渴統(tǒng)的楚基本菜要求《控制上原理》1.棗4.覺1系統(tǒng)叉的幾床種分撈類：牙閉環(huán)煩控制辣系統(tǒng)披的構(gòu)倘成給定救環(huán)節(jié)產(chǎn)生劃給定伶信號(輸入欄信號各、指飲令信好號),用于旗確定擋被控朗對象崗的目某標值(期望陵值)。測量淹環(huán)節(jié)檢測會被控湊變量(含輸俘出),并轉(zhuǎn)謝換成鼻可用暖于比晚較、目運算回的電匠量或清數(shù)字飼量。比較愛環(huán)節(jié)將指粗令信搜號(系統(tǒng)盛響應瘋的期位望值)與檢蜂測反惰饋值漂進行偉比較,產(chǎn)生穩(wěn)可用拉于控幅制器異運算屢的偏亦差信匪號。放大念及運拉算環(huán)都節(jié)該環(huán)莫節(jié)就熱是系養(yǎng)統(tǒng)的控制辰器,其根詳據(jù)偏輸差信條號產(chǎn)基生對永系統(tǒng)叛輸出濤進行本調(diào)整行的控則制信搬號。執(zhí)行等環(huán)節(jié)將控辜制器嘆產(chǎn)生堆的控康制信瀉號進恰行功率班放大和能量旅形式的轉(zhuǎn)些換,以驅(qū)比動被響控對尼象按誓所要止求的簽規(guī)律刑運動晃。231.栗4系統(tǒng)認的分邊類及龜對控煎制系推統(tǒng)的碧基本洞要求《控制持原理》系統(tǒng)穩(wěn)定籍性——系統(tǒng)壁抵抗者擾動恢增復平嬌衡狀逝態(tài)的已能力。穩(wěn)定的系危統(tǒng)當溪輸出密受擾無偏離柜平衡匹狀態(tài)纏時，逢其輸勵出能劣隨時壺間的器增長巡壽收斂宵并回享到初觸始平薯衡狀扛態(tài)。穩(wěn)定搜性是系負統(tǒng)正貫常工允作的先決爹條件。不穩(wěn)柳定系貌統(tǒng)穩(wěn)定般系統(tǒng)1.椒4.提2對控李制系析統(tǒng)的廣基本好要求叛：穩(wěn)揀定