《机械工程控制基础》(杨叔子主编)第一章+绪论

1、1机械工程控制基础机械工程控制基础主编主编 杨叔子杨叔子 2参考教材：参考教材： 陈康宁陈康宁 机械工程控制基础机械工程控制基础 西安交通大学西安交通大学 胡寿松胡寿松 自动控制原理自动控制原理（第四版）科学出版社（第四版）科学出版社 梅晓榕梅晓榕 自动控制原理自动控制原理 科学出版社科学出版社3 绪论绪论 系统性能指标与校正系统性能指标与校正 系统的数学模型系统的数学模型 非线性系统初步非线性系统初步 系统时间响应分析系统时间响应分析 线性离散系统初步线性离散系统初步 系统频率特性分析系统频率特性分析 系统辨识初步系统辨识初步 系统的稳定性系统的稳定性 课程的主要内容：课程的主要内容：41、

2、理论形成的背景、理论形成的背景 1765年，瓦特年，瓦特(英国英国Watt，1736 - 1819 )发明蒸汽机，发明蒸汽机，工业与军事的需要，电子技术的发展，工业与军事的需要，电子技术的发展， ，推动了控制，推动了控制理论的不断地向前发展。理论的不断地向前发展。2、控制理论、控制理论创始人：创始人：（美）维纳（美）维纳（Wiener） P153、代表人物代表人物：劳斯（：劳斯（Routh) ，胡尔维茨，胡尔维茨(Hurwitz），）， 奈奎斯特（奈奎斯特（Nyquist），李雅普诺夫），李雅普诺夫, 扎德扎德(Zadeh) ,傅京傅京孙等孙等.引言引言 (Introduction)(Intr

3、oduction)54、自动控制理论的发展、自动控制理论的发展1）经典控制理论经典控制理论(20世纪世纪4060年代年代): 研究研究对象对象: 单输入单输出单输入单输出(SISO)、线性定常系统、线性定常系统; 研究研究方法方法: 传递函数、根轨迹、频率特性传递函数、根轨迹、频率特性2）现代控制理论现代控制理论(20世纪世纪6070年代年代): 研究研究对象对象: 多输入多输出多输入多输出(MIMO)、非线性、时变系统、非线性、时变系统; 研究研究方法方法: 状态空间法状态空间法.3）智能控制与大系统理论智能控制与大系统理论(20世纪世纪70年代年代-): 研究研究对象对象: 多输入多输出多

4、输入多输出(MIMO)、非线性、时变复杂、非线性、时变复杂系统系统; 研究研究方法方法: 模糊规则、神经网络模型等智能方法模糊规则、神经网络模型等智能方法. 引言引言 (Introduction)65 5、重要概念、重要概念 控制：控制：就是对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。就是对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。 自动控制自动控制: : 指在指在没有人直接参与没有人直接参与的情况下的情况下, ,利用利用控制器控制器( (控制装控制装置置), ),使使被控对象被控对象( (或过程或过程) )的被控量的被控量( (物理量或状态物理量或状态) )自动地按照预定自动地按照预定的规律运行

5、的规律运行. . 引言引言 (Introduction)78共同的本质特点：共同的本质特点： 通过信息的传递、处理与反馈进行控制。通过信息的传递、处理与反馈进行控制。控制论与其他学科结合，形成众多的分支学科控制论与其他学科结合，形成众多的分支学科 9第一章第一章 绪绪 论论 机械工程控制论的研究对象与任务机械工程控制论的研究对象与任务 系统及其模型系统及其模型 反馈反馈 系统的分类及对控制系统的基本要求系统的分类及对控制系统的基本要求 机械制造的发展与控制论的应用机械制造的发展与控制论的应用 控制理论发展的简单回顾控制理论发展的简单回顾 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法10机械工程

6、控制论机械工程控制论 研究的是机械工程中广义系统的动研究的是机械工程中广义系统的动 力学问题。力学问题。1、系统（广义系统）、系统（广义系统）2、动力学问题、动力学问题1112P413141516对于对于上例上例需要研究的问题归为三大类：需要研究的问题归为三大类：系统分析问题系统分析问题最优控制问题最优控制问题最优设计问题最优设计问题17P418反反 馈馈 系统的输出，不断地、直接或间接地、全部系统的输出，不断地、直接或间接地、全部或部分地反过来用于控制系统的输入，这个过程称或部分地反过来用于控制系统的输入，这个过程称为为反馈反馈。 反馈在反馈在自然界自然界，人类社会人类社会，人的本身人的本身

7、、工程工程等方面，等方面，无不存在。无不存在。系统系统输出输出检测元件检测元件输入输入控制器控制器被控对象被控对象概念：概念：19（习题习题1.12）20(P10)2122负载，有牵连负载，有牵连2324运算放大运算放大执行执行被控对象被控对象检测检测比较比较控制器控制器控制部分控制部分被控部分被控部分以发动机离心调速系统为例：以发动机离心调速系统为例：被控对象被控对象：发动机发动机被控量被控量：转速转速w w被控量的目标值设定被控量的目标值设定：预紧弹簧设定预紧弹簧设定反馈控制系统的组成及其框图反馈控制系统的组成及其框图25特点：特点：利用偏差控制系统的输出利用偏差控制系统的输出给定环节：给

8、定环节：它是给出输入信号的环节，用于确定被控它是给出输入信号的环节，用于确定被控对象的目标值（给定值，系统的输入量）对象的目标值（给定值，系统的输入量）希望被控对象按照给定的输入信号而有希望被控对象按照给定的输入信号而有规律运动规律运动。反馈控制系统的组成及其框图反馈控制系统的组成及其框图26反馈控制系统的组成及其框图反馈控制系统的组成及其框图测量环节：测量环节：它用于测控被控变量，并将被控变量转换为便于传它用于测控被控变量，并将被控变量转换为便于传送的另一个物理量（一般为电量）送的另一个物理量（一般为电量）比较环节：比较环节：在这个环节中，输入信号在这个环节中，输入信号 与测量环节发出来的与

9、测量环节发出来的有关被控变量有关被控变量 的反馈量的反馈量 相比较，并得到一个小功率相比较，并得到一个小功率的偏差信号的偏差信号 。 偏差信号偏差信号是是比较环节比较环节的的输出输出。ixbxix0 xbx27反馈控制系统的组成及其框图反馈控制系统的组成及其框图 放大及运算环节：放大及运算环节：为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大，以便于推动执行环节。如：电流放大，电器然后进行功率放大，以便于推动执行环节。如：电流放大，电器液压放大等。液压放大等。执行环节：执行环节：它接收放大环节送来的控制信号，驱动被控对象按照它接收放大环节送来的控

10、制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行。预期的规律运行。28反馈控制系统的组成及其框图反馈控制系统的组成及其框图29对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统和闭环控制系统30对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类31对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类32对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类3.4. 若系统的输入量和输出量都是时间的连续函数，若系统的输入量和输出量都是时间的连续函数，则称其为则称其为连续系统连续系统。 若系统中信号有一处

11、和一处以上为离散的时间若系统中信号有一处和一处以上为离散的时间函数，则称其为函数，则称其为离散系统离散系统。33对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类5.6. 可用线性微分方程描述的系统称为可用线性微分方程描述的系统称为线性系统线性系统。 如果微分方程的系数全为常数，则称为如果微分方程的系数全为常数，则称为线性定线性定常系统常系统。否则称为。否则称为线性时变系统线性时变系统。 用非线性方程描述的系统称为用非线性方程描述的系统称为非线性系统非线性系统。34对控制系统，可从不同的角度加以分类对控制系统，可从不同的角度加以分类35对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求稳稳快快准准361.5 机械制造的发展与控制理论的应用机械制造的发展与控