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绪论 课程性质: 以控制理论为基础 密切结合工程实际 专业基础课 必修课程 课程特点: 问题抽象、理论较强、应用的数学知识多、与工程实际联系紧密 基本任务: 获得控制工程基本理论和基本知识； 掌握系统数学模型的建立、动静态特性的分析计算方法； 根据对机电一体化产品性能要求，具有初步分析设计系统的能力。 学习方法 *这是一门比较抽象的技术基础课 本课程的主要内容： 第一章 绪论 第二章 系统的数学模型 第三章 系统的时间响应分析 第四章 系统的频率响应分析 第五章 系统的稳定性分析 第六章 系统的性能指标与校正 第一章绪论 本章主要内容： 控制系统的 1.应用及发展简史 2.基本概念 3.一般组成 4.结构框图 5.基本分类 6.基本要求 第一章绪论 1.控制系统的应用 军事领域中：导弹、卫星发射 航天技术方面：雷达、火箭 工业生产过程中：自动化生产流水线 现代农业生产中：农业机械 交通运输中：汽车、飞机的自动驾驶 经济与社会生活的其他领域：人口控制论 第一章绪论 控制理论发展简介 根据发展进程可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分 经典控制理论的形成和基本内容 1)最原始的控制装置：水位控制 工作原理：水位? ? 锥形阀? ? 进水到设定水位 2)最著名的控制装置：转速控制 工作原理：负载? ? 转速? ? 飞锤? ? 弹簧? ? 杠杆右端? ?蒸汽阀门开度? ? 转速? 第一章绪论 3)几种重要理论的形成 稳定性：Maxwell，Routh，Lyapunov，Nyquist 设计方法： Bode 反馈放大器理论 + PID +Wiener的随机过程理论(随动控制系统的设计方法) Evans的根轨迹法 到五十年代末期，形成经典控制理论，主要内容： 系统数学模型的建立 时域分析法 频域分析法 根轨迹法 非线性系统 采样控制系统 第一章绪论 现代控制理论概述 太空技术和计算机技术的发展导致现代控制论的形成，其重要标志是状态空间法 60年代以后，形成几个分支： 线性系统理论 最优控制理论 系统辩识与自适应控制 大系统理论和特大系统理论 第一章绪论 ? 两种理论的主要区别： 1)数学模型不同： 经典：外部输入--输出描述的传递函数 现代：内部状态的状态空间法 2)数学工具不同： 经典：微分方程、积分变换 现代：线性代数、数值计算 3)研究领域不同： 经典：频域 现代：时域 第一章绪论 2.基本概念 控制 机械控制工程 系统分析 系统辨识 信号与信息 反馈与反馈控制 系统与控制系统 开环系统与闭环系统 被控对象 输出量（被控量） 输入量（控制量） 扰动量 偏差量 掌握 控制系统的一般组成框图 各组成部分的作用与信号的相互联系 实际系统控制过程的分析并用框图表示 第一章绪论 例：烧锅炉——水温、气压 没有自动控制时，由人操作，操作过程？ 第一章绪论 例:闭环液面控制系统如图所示。 要求在运行中容器的液面高度保持不变。 试简述其工作原理，并画出系统原理结构图。 第一章绪论 闭环液面控制系统的原理结构图： 第一章绪论 如何理解控制的概念： 人们希望生产过程或被控对象的某些物理量，在没有人直接操作或干预的情况下，能准确地按照预期的规律变化。 控制：即是对被控对象施加某种操作使其产生所期望的行为 控制方式：以水位控制为例进行比较 第一章绪论 控制工程主要研究的问题就是： 输入量、干扰量、输出量三者之间的关系 第一章绪论 机械工程控制论的研究对象 例子: 如图所示一个质量—阻尼—弹簧单自由度系统, 讨论系统受外力作用时位移与外力之间的关系. 第一章绪论 当系统的结构和参数确定后， mp2+cp+k为常数，则上式表示了系统输入与输出之间的关系； 当输入函数确定后，则可根据系统的输出来确定系统具有的结构及参数； 当系统的输出通过检测得到后，则可研究系统的固有特性与输入之间的关系。 由以上分析可知: 工程控制论的研究对象就是系统及其输入、输出之间的动态关系 而以上三点即是工程控制论要完成的任务。 第一章绪论 机械工程控制论的任务 系统分析——当系统已定，并且输入已知时，求出系统的输出，并通过输出来研究系统本身的有关问题； 系统最优控制——当系统已定，且系统的输出也已给定，要确定系统的输入应使输出尽可能符合给定的最佳要求； 系统最优设计——当输入已知且输出给定时，确定系统应使输出尽可能符合给定的最佳要求； 系统识别或系统辨识——当输入与输出均已知时，求出系统的的结构和参数，即建立系统的数学模型