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1 《控制原理》是工科机类专业的一门专业基础课，起着衔接基础理论与专业知识，沟通机、电类相关专业课程的重要作用。 在现代机电设备中，控制系统是将构成设备的光、机、电、液等各个子系统组合成一个有机整体的核心环节。控制理论及其技术在国民经济的各个行业以及航天航空、军工国防等多个领域都有着广泛和重要的应用。 《控制原理》课程所介绍的经典控制理论既是现代控制技术的理论基础，也是进行机械工程控制系统分析与设计所依赖的主要技术方法之一。 2 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车（235年） 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度（1788年） 3 美国MIT Servomechanism Laboratory 研制出第一台数控机床(1952) 美国 George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954) 4 前苏联第一座投入使用的太空空间站 (1974) 美国第一架航天飞机原型机企业号(1977) 5 薄板连铸连轧生产线 机器人搬运 汽车焊接生产线 6 课程教学安排 理论教学 1. 绪论 实验教学 1. 典型环节及其时间响应 2. 系统的数学模型 6. 系统的性能指标与校正 5. 稳定性分析 4. 频率特性分析 3. 时间响应分析 3. 线性系统稳定性分析及 其校正 2. 频域响应实验 7 课程教材和主要参考书 教材 杨叔子等. 机械工程控制基础，华中科技大学出版社，2005、2013，第5、6版 主要参考书 董景新等.控制工程基础,清华大学出版社,2003，第2版 李友善.自动控制原理(上册),国防工业出版社，1980 裴润等.自动控制原理(上册),哈尔滨工业大学出版社, 2006 杨前明等.机械工程控制基础，华中科技大学出版社，2010 8 第一章 绪论 本章教学内容 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 1.4 系统的分类及对控制 系统的基本要求 1.3 反馈 本章教学目的 本章的教学旨在使同学 们对本课程的教学内容 有个大致了解，对控制 理论、控制系统的有关 概念有个基本认识，对 机械系统动力学分析方 法能有初步的体会。 9 1.1 机械工程控制论的研究对象及任务 控制 —— 指一事物对另一事物所施加的强制性约束，对控制系统而言，这种约束是让某个物理量按一定规律变化。具有以下特点： 具有某种不确定性； 这种不确定性的变化可借助信息来表示； 控制的过程就是不断减少这种不确定性的过程。 控制论（Cybernetics）—— 关于在动物和机器中控制和通讯的科学，研究的是更为广泛的系统里更为一般的控制规律。 工程控制论 —— 控制论在工程技术领域中的应用，是以一般工程系统为研究对象，研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 机械工程控制论 —— 控制论在机械工程中的应用，主要以机械系统为研究对象。本课程主要是应用古典控制理论研究单输入单输出线性系统中系统与其输入、输出之间的动态关系。 10 1.1 机械工程控制论的研究对象及任务：举例 系统数学模型反映了系统与其输入输出三者的关系，可归纳为： （1）系统、输入已知，求输出：系统分析（本课程重点） （2）系统、输出已知，求输入：最优控制、最佳滤波 （3）输入、输出已知，求系统：最优设计、系统辨识 作用着不同输入的同一个机械系统 11 1.2 系统及其模型 系统 —— 由相互联系、相互作用的若干部分或元素，以一定的结构组成的具有特定功能的整体，即具有以下特性 1.2.1 系统 具有整体性 具有相对独立性 具有特定的结构 具有一定的功能，或一定的目的性 要点： (1) 系统整体特性不是组成系统的各元件特性的简单迭加； (2) 系统性能除了与组成系统的元件的性能有关还与元件间相互结合的形式有关。 12 机械系统 —— 以实现一定的机械运动，承受一定的机械载荷为目的，由机械元件组成的系统（包括液压系统），如轧机、机床、交通工具等。 1.2.2 机械系统 机械系统的激励：外界对系统的作用，也称为系统输入，通常表现为力/扭矩（载荷）。该作用如果是有意施加的通常可称之为“控制”，否则就被视为“扰动”。 机械系统的响应：系统在输入作用下所产生的输出，通常表现为位移（角位移）或变形。 1.2 系统及其模型 13 1.2.3 静态模型与动态模型 数学模型 —— 用数学方法并依据物理或专业定律描述一个系统内部各部分之间、系统与其外部环境之间相互关系的理论模型。 静态模型 —— 反映系统在恒定或缓变载荷作用下，或在平衡状态下的系统特性的数学模型。静态模型一般用代数方程描述。 动态模型 —— 反映系统在迅变