机械工程控制基础第一章节：概论1.pptVIP

机械工程控制基础;自动控制理论简介;自动控制理论;总学时（39）;第一章 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 系统的分类及对控制系统的基本要求 1.5 机械制造的发展与控制理论的应用 1.6 控制理论发展的简单回顾 1.7 本课程的特点与学习方法;§1 机械工程控制论研究的对象和任务;具体地说，它研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部固有的特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程;初始状态 固有特性;;系统的动力学方程：;mp2+cp+k-----为方程左端的算子，它由系统本身的结构与参数所决定，反映了与外界无关的系统本身的固有特性； 1-----为方程右端的算子，反映了与外界的关系，当系统发生变化，这一算子一般也会发生改变。;;显然，y(t)（就是微分方程的解）是由系统的初始状态、系统的固有特性、系统与输入之间的关系以及输入所决定的； 也可以说它代表了系统在一定外界条件下的动态历程。;工程控制论研究的问题：;2 本课程任务;§2 系统及其模型;组成系统的各个部分，可以是元件，也可以是下一级的系统，后者称为“子系统”；而整个系统又可以是上一层系统的子系统； 必须注意，一个系统的特性并不能看成是组成它的元件或子系统的特性的简单总和。;二、机械系统;一个系统的输入有两种;三、静态模型与动态模型;若以作用在机器上的力F(t)为激励，以机器的振动位移y(t)作为响应的数学模型为：;若以地基振动位移x(t)为激励，以机器的振动位移y(t)为响应时的数学模型：;称为为系统的静态模型;静态模型反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在系统平衡状态下的特性； 动态模型则用于研究系统在迅变载荷作用下或在系统不平衡状态下的特性。 静态模型一般以代数公式描述，而动态模型则需要以微分方程或是其离散形式------差分方程描述。;1. 3 反 馈;比较;电机;三 机械系统的内在反馈;四 反馈的分类;负反馈：使总输出减小的反馈调节。;外反馈和内反馈;内反馈：自然形成的反馈;总结：;1.4 系统的分类及对控制系统的基本要求;开环控制系统;优点：;闭环控制系统;系统的原理结构图 ;控制器;特点：;半闭环控制系统;控制器;2、按输出变化规律分;加热电阻丝;加热电阻丝;给定 信号;（2）程序控制系统;（3）随动系统;3 按系统信号的性质分;典型闭环控制系统的框图;测量环节： 测量被控量，并将被控量转换成便于传送的另一物理量（一般为电量）;比较环节： 输入信号xi与测量环节发出的有关被控变量xo的反馈xb两相比较，并得到一个小功率的偏差信号?。;放大及运算环节： 将偏差信号作必要的校正，然后进行功放以便推动执行环节；;执行环节： 接受放大环节送来的控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行； 执行环节一般是一个有源的功率放大装置，工作中要进行能量转换。;二、控制系统的基本要求;（1）系统的 稳定性;xo(t);（2）响应的快速性;xo(t);（3）响应的准确性;xo(t);注意：;1.5 机械制造的发展与控制理论的应用;1.6 控制理论发展的简单回顾;1788年：J. Watt 发明蒸汽机调速器 1868年：J. C. Maxwell发表《调速器》，提出反馈控制的概念及稳定性条件。 1884年：E. J. Routh提出劳斯稳定性判据。 1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳定 性理论。 1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。 1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。;1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般设计方法 1948年：N. Wiener发表《控制论》，标志经典控制理论基本形成；经典控制理论以传递函数为基础，主要研究单输入—单输出（SISO）系统的分析和控制问题； 1950年：W. R. Evans提出根轨迹法，进一步充实了经典控制论； 1954年：钱学森发表《工程控制论》； ;50年代末60年代初：现代控制理论形成；现代控制理论以状态空间法为基础，主要分析和研究多输入-多输出( MIMO )、时变、非线性等系统的最优控制、最优滤波、系统辨识、自适应控制、智能控制等问题；控制理论研究的重点开始由频域移到从本质上说是时域的状态空间方法。 ;1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大值原理 1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论 1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论 1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机系统的最优控制、复杂系