《机械控制工程基础 第2版》 课件 第1章 绪论

§1.1机械工程控制论的研究对象与任务§1.2系统及其模型§1.3

反馈§1.4控制系统基本组成§1.5系统分类及对控制系统的基本要求§1.6机械制造的发展与控制理论的应用§1.7控制理论发展的简单回顾

§1.8本课程的特点与学习方法1自动控制

在无人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机械、设备、或生产过程（被控对象）的工作状态或称为某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。课程回顾

控制:对被控对象施加某种操作，使其产生期望的行为。2人工控制自动控制人工与自动3反馈的概念定义:系统的输出不断地，直接或间接地、全部或部分地返回，并作用于系统，其实质就是信息的传递与交互。反馈4开环向闭环控制的转换样例液位控制闭环系统示意图如右图所示，在开环液位控制系统中，增加一个液位的自动测量与比较装置。5

控制系统的输出量对系统的控制作用有影响，或控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系，故这种控制系统称为闭环控制系统。需要说明的是：

输出量对系统的控制作用的影响称为“反馈”。6开环控制示意图计算执行受控对象给定值干扰被控量比较控制驱动受控对象检测给定值干扰被控量闭环控制示意图7

把输出量送回到系统的输入端并与输入信号比较的过程。若反馈信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。

负反馈控制是一个利用偏差进行控制并最后消除偏差的过程，又称偏差控制。同时，由于有反馈的存在，整个控制过程是闭合的，故也称为闭环控制。8例：m-c-k系统9显然这是一个内反馈，因为没有附加反馈控制装置。内反馈是系统内部的信息交互，反映了系统的动态特性。例：m-c-k系统10内反馈与外反馈外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而

人为加入的反馈，称为外反馈。

内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，

称为内反馈。它是系统内部各个元素之间相

互耦合的结果。内反馈是造成机械系统存在一定的动态特性的根本原因纷繁复杂的内反馈的存在使得机械系统变得异常复杂。11§1.1机械工程控制论的研究对象与任务§1.2系统及其模型§1.3

反馈§1.4控制系统基本组成§1.5系统分类及对控制系统的基本要求§1.6机械制造的发展与控制理论的应用§1.7控制理论发展的简单回顾

§1.8本课程的特点与学习方法12基本控制方式开环/闭环/复合控制

一个典型的液位控制系统，H为液面高度(又称液位)，控制的目的在于保持液面高度不变13课程回顾

炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图14控制系统被控对象控制装置测量元件比较元件放大元件执行机构校正装置给定元件15控制系统的组成

16控制系统的组成水温调节系统工作原理图17水温调节系统水温调节系统方框图18水温调节系统

将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。

____构成闭环控制系统的核心

闭环(反馈)控制系统的特点：

(1)系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路

(2)偏差起调节作用

19负反馈原理1.稳：（基本要求）

要求系统要稳定2.准：（稳态要求）

系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程要平稳，快速演示控制系统的基本要求1.按给定信号的形式恒值系统/随动(伺服)系统/程控系统2.按是否满足叠加原理线性系统/非线性系统3.按参数是否随时间变化定常系统/时变系统4.按信号传递的形式连续系统/离散系统5.按输入输出变量的多少单变量系统/多变量系统

21控制系统的分类经典控制理论

(19世纪初—20世纪50年代)

时域法复域法(根轨迹法)

频域法现代控制理论(20世纪60年代—)

线性系统自适应控制预测控制最优控制鲁棒控制滑模控制最佳估计容错控制大系统复杂系统系统辨识集散控制非线性系统理论

智能控制理论(20世纪70年代—)

专家系统遗传算法模糊控制多智能体神经网络自动控制理论发展简史22控制工程基础课程的任务与体系结构23基础知识分析方法基本概念控制系统结构体系控制系统数学模型工程控制技术时域分析频域分析系统稳定性判据工程应用系统性能指标系统校正主要教