控制工程基础.ppt

机械控制工程基础 万伟民 机电工程学院 2010.9 主要讲授内容 第一章 绪论 第二章 系统的数学模型 第三章 时间响应分析 第四章 频率特性分析 第五章 系统的稳定性 第六章 系统的性能指标与校正 讲课 32学时 实验 4学时 总成绩=期末考试+实验+平时（作业、考勤） 第一章 绪 论 基本内容 1.1 控制系统的研究对象及任务 1.2 系统及其模型 1.3 反馈 1.4 对控制系统的基本要求 概 述 自动控制是一个非常有吸引力的研究领域，它的理论和实践解决了大量的自动化问题， 当我们说一个自动运行的系统时，就是指它的运行不需要人为的干预。在我们周围，确实存在着能实现自动控制的自然和人造系统。 人体的许多功能可以在不需要我们有意识地干涉的情况下完成，从而维持我们的生命。如370自动恒温系统、心跳控制、眼球聚集系统等等，从肾脏、肝肺功能。 术 语 对象——是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作。如称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。 过程——称任何被控制的运行状态。如化学过程、经济学过程、生物学过程。 系统——完成一定任务的一些元、部件的有机组合。 系统是一个广义的概念。应当理解为包含了物理学，生物学和经济学等现象的系统。 扰动 扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 术 语 反馈——一个系统的输出部分或全部反用于系统输入。 反馈控制——是一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量（响应）与参考输入量（也称激励）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。在这里，反馈控制仅仅是对无法预计的扰动（既那些预先无法知道的扰动）而设计的，因为对于可以预计的或是已知的扰动来说，总是可以在系统加以校正的，因而对于他们的测量是完全不必要的。 反馈控制系统——是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。 负反馈（设定值偏差减少）、正反馈（设定值偏差加大） 随动系统——一种反馈控制系统，输出量按输入任意变化。如位置（或速度或加速度）控制系统是同义语。在现代工业中，广泛采用者随动系统。例如，采用程序指令的机床的全自动化操作，就可以应用随动系统来完成。 自动调整系统 ——一种反馈控制系统，在这种系统中，参考输入量或希望的输出量，或者保持常值，或者随时间而缓慢变化，而这种系统的基本任务，是要在存在扰动的情况下，将实际的输出量保持在希望的数值上。 用恒温器作为控制器的室内加温系统，就是一种自动调整系统，系统中恒温器的温度给定值（即希望的温度值），用来与室内的实际温度进行比较。室外温度变化是该系统的扰动。调整系统的任务，是保持所要求的室内温度不受室外温度变化的影响。 压力的自动控制以及电压、电流、流量和频率等电学量的自动控制。 过程控制系统——当自动调整系统的输出量是温度、压力、流量、液面或PH值（氢离子浓度）等这样一些变量时，就叫过程控制系统，在工业生产中获得广泛应用。 如加热炉的温度控制中，炉温是根据预先制定的程序进行控制的，叫做程序控制。程序控制是经常采用的一种过程控制系统。例如，预先制定的程序可以是：炉温在一定的时间间隔内，先上生到某一给定温度，然后在另一段时间间隔内再下降到另一给定温度。在这类程序控制中，给定量是按照预先制定的规律变化的。而控制器则保持炉温紧紧地跟随给定量的变化。 大多数程序控制系统都包含随动系统。 第二章 控制系统的数学模型 3、复数域位移定理（平移定理） 若 L [ f ( t ) ］=F ( s ) ，则对任一常数 a ，有 4、相似性质(a=const.) Representation of test signals Step: Ramp: Parabolic: sinusoidal: Standard test signal Response and performance of a second-order system Model of 2nd-order system Roots of characteristic equation (Poles) The response depends on and Unit step response of 2nd-order system If , 2 positive real-part roots,unstable If , 2 negative