机械工程控制基础课件----------第一章绪论.pptVIP

2002-09-23 第1章 自动控制的一般概念 机械工程控制基础 机电工程学院机电教研室 欢迎任何形式的意见和  建议!机电教研室：教11-306TEL：7046133  提醒 课程性质：专业基础课 教材：杨叔子等 《机械工程控制基础》 计划学时: 48h (40+8) 主要内容: 结合机械工程讲述经典控制论的基本内容。 成绩: 平时成绩---30% 考试---70% 第一章 绪论 1.1 引言 1.2 机械工程控制论的研究对象与任务 1.3 系统及其模型 1.4 反馈 1.5 对自动控制系统的基本要求 1.6 对本课程的基本要求 1.1 引言 什么是“机械工程控制论”? 自动控制与自动控制理论 控制论的发展 历史的回顾 18世纪，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 1877年，劳斯; 1895年霍尔维茨; 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。 1948年,维纳所著《控制论》出版标志这门学科的正式诞生。 古典控制理论 以传递函数为基础研究单输入-单输出一类定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早，现已臻成熟。 现代控制 以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。 1.2 机械工程控制论的研究对象与任务 研究对象：研究机械工程技术中广义系统的动力学问题。 机械工程控制论的研究任务 （1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题； （2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题； （3）已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计问题； （4）输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，此即滤波与预测问题； （5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数，即系统辨识问题。 1.3 系统及其模型 系统的特性： （1）系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统的结构有关。 （2）系统的内容比组成系统各元素的内容要丰富得多； （3）系统往往表现出在时域、频域或空域等域内的动态特性 机械系统： 以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载荷为目的的系统，称为机械系统。 对于机械系统，其输入和输出分别称为“激励“和“响应”。 系统模型： 系统的模型包括实物模型、物理模型和数学模型等等。 1.4 反馈 控制论的三要素：信息、反馈、反馈控制 信息：能表达一定含义的信号 反馈：把系统的输出部分或全部的送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。 若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈 “反馈控制”是控制论的中心思想 反馈控制系统：利用反馈原理构成的自动控制系统。 反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与输入量之间的偏差，提高控制精度。 主反馈与内在反馈 主反馈：直接取自输出端的反馈叫主反馈 内在反馈：非人为的，而是元件或系统中存在着相互耦合作用而形成的固有反馈 1.5 系统的分类及对控制系统的基本要求 开环控制系统 闭环控制 凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都称为闭环系统。 或者说输出量与输入量间存在反馈的通道的系统称为闭环系统  图1-3 闭环控制系统 闭环与开环控制系统的比较 控制装置 给定环节：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量 测量环节：其职能是测量被控制的物理量 比较环节：把输入量与测量元件发来的有关被控量的反馈值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大环节：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。 执行环节：直接推动被控对象，使其被控量按照预期的规律运行。 End! 闭环控制系统的特点 偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。 开环控制系统的特点 顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。 反馈控制系统的基本组成 被控对象 控制装置(由具有一定职能的各种基本环节组成 ) 1 输入信号（又叫输入量、控制量、给定量）：指控制输出量变化规律的信号。 2 输出信号（又叫输出量、被控制量、被调节量）：是输入的结果，应与输入信号间保持确定的关系。 3 偏差信号：是输入信号与反馈信号之差。 4 误差信号：输出希望值