第二章___传递函数1’

机械工程控制基础 机械工程 控制论 gnefeziew 第一章绪论 本章主要内容为 1 1机械工程控制论的基本含义及其起源 发展 1 2机械工程控制论的研究对象和内容 1 3反馈 系统的分类及控制系统的基本要求 1 4本课程的特点和学习方法 1 1机械工程控制论的基本含义及其起源 发展 机械工程控制论 是研究 控制论 在 机械工程 中的应用的科学 是一门跨 控制论 和 机械工程 技术理论之间的边缘学科 经典控制理论肇源于1788年J Watt的蒸汽机离心调速器所带来的离心调速问题 1868年 J C Maxwell发表了 论调速器 的论文 首次提出了 反馈控制 的概念 第二次世界大战期间 美国MIT伺服机构实验室总结此前的自动调节器和反馈放大器的一些技术 提出了反馈控制的数学基础 与此同时 由于战争及武器装备发展的需要 随动系统在军事部门中迅速发展 1945年 第一本经典控制理论的书籍 伺服机构 出版 维纳 N Wiener 通过研究发现 在机器系统和生命系统甚至社会及经济系统中都有一个共同的基本特点 即通过信息的传递 加工处理和反馈来对系统进行控制 即 反馈控制 这也是控制论的的重要中心思想 1948年 维纳 N Wiener 发表 控制论 或关于在动物和机器中控制和通讯的科学 的论文 形成了完整的经典控制理论 五十年代 随动系统理论从纯粹军事上的应用 逐步转用于民品生产部门 扩大了控制理论的应用范围 1954年 钱学森先生从控制论这一总题目中 总结了已为当时科学技术与工程实践所证明了的部分成果 发表了专著 工程控制论 奠定了 工程控制论 的基础 钱学森先生在此书修订版的序言中认为 二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论 量子论和控制论 也许可称它们为三项科学革命 是人类认识客观世界的三大飞跃 五十年代及其以前的控制理论主要属于经典控制理论 是以调节器和伺服机构为基础的自动调节原理的进一步提高 主要在复域内研究与解决单输入单输出线性系统的稳定性 响应的快速性 响应的准确性的问题 五十年代末和六十年代初 由于军事工业与空间技术发展的需要 对自动控制系统的要求越来越高 同时随着电子计算机技术的日趋成熟 进而产生了现代控制理论 主要在时域内研究与解决多输入多输出系统的最优控制问题 它成功地解决了导弹 航空 航天的制导等方面的问题 1 2机械工程控制论的研究对象和任务 机械工程控制论 实质上是研究机械工程技术中广义系统的动力学问题 即研究机械工程技术中的广义系统及其输入 输出三者之间的动态关系 它将控制论与机械工程结合起来 运用控制论的理论和方法 结合机械工程实际 来考察 分析与解决机械工程中的问题 如图1 1 1所示的系统 其动力学方程为 初始状态 图1 1 1 1 1 1 如图1 1 2所示的系统 其动力学方程为 初始状态 图1 1 2 1 1 2 若令 则上述两式分别为 和 是方程左端的算子 和 是方程右端的算子 其中 对于这两个系统 a 当 与或已知时 求 b 当 与已知时 求或 c 当或与已知时 确定 1 若仅从机械工程的角度来看 所需要研究的问题可归纳为以下三点 2 如果将 控制论 应用于其中 对于机械工程技术中的广义系统而言 就系统及其输入 输出三者之间的动态关系 机械工程控制论研究的内容大致可以归纳为以下五个方面的内容 1 3反馈 系统的分类及控制系统的基本要求 系统 元素 环节 按一定规律的集合 反馈 将系统输出 全部或部分 直接或间接地返回输入到系统中 借此对系统进行适当的控制 以图1 1 1所示的系统为例 将方程 1 1 1 改写成如下形式 a c b a b c 系统的几种分类 输入 输出 系统 图1 1 6 一 对于广义系统可按反馈情况分 1 开环系统 当一个系统以所需的方框图表示而无任何反馈回路的系统 2 闭环系统 当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路的系统 图1 1 6 二 对于自动控制系统可按输出变化规律分 1 自动调节系统 在外界干扰作用下 系统的输出仍能基本保持为常量的系统 图a蒸汽机调速器 图b恒温调节系统 2 随动系统 在外界条件作用下 系统输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统 例如 炮瞄雷达系统就是随动系统 3 程序控制系统 在外界条件作用下 系统输出能按预定程序变化的系统 控制系统的基本要求 1 稳定性 输出量对于给定的输入量的偏离量 偏差 应该随着时间增长逐渐趋于零 2 响应的快速性 当系统的输出量与给定的输入量 或与给定的输入量相应的输出量 之间产生偏差时 消除这种偏差的快慢程度 3 响应的准确性 指达到稳态后 系统的输出量与给定的输入量 或与给定的输入量相应的稳态输出量 之间的偏差 稳 快 准是控制