控制论概述课件.ppt

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1、1机械控制工程基础2机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的科学。它是一门技术科学，也是一门跨控制论和机械工程领域的边缘学科。《机械控制工程基础》是本学科的技术基础课。课程的性质和特点机械控制工程基础复变函数电子技术线性代数微积分测试技术数控技术机电接口等理论力学理论性非常强但又和实际应用紧密结合。3一般概念课程的体系结构时域法复域法*频域法稳定性123465性能指标系统模型4第一章绪论第一节机械工程控制论概述第二节控制系统的工作原理与组成第三节控制系统的分类与基本要求第四节MATLAB语言简介▼▼▼▼5了解自动控制和自动控

2、制系统的基本概念；重点掌握闭环控制系统的原理和组成；掌握反馈控制系统的基本要求；学习重点6一、控制论第一节机械工程控制论的基本概念反馈控制系统稳定最优控制传递函数状态方程非线性系统、时变系统MIMO经典控制理论(20世纪40年代)SISO线性定常系统现代控制理论(20世纪60年代)智能控制理论(20世纪70年代)模糊控制神经网络遗传算法微分方程状态空间分析法人工智能7二、机械工程控制论的研究对象与任务1、机械工程控制论的研究对象是机械工程技术中广义系统的动力学问题。即研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。系统：按一定规律联

3、系在一起的元素的集合。广义系统：通常机械工程控制论简称机械控制工程，其所研究的系统可大可小，可繁可简，完全由研究的需要决定，因而称之为广义系统。动态关系：系统在外界条件作用（输入或激励、包括控制与外界干扰）下，从一定初始状态出发，所经历由内部的固有特性（由系统结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）82、机械工程控制论的任务1）系统分析：已知系统、输入，求输出。2）最优控制：系统已确定输出已知，求输入，要求输出符合给定最佳值。3）最优设计：已知输入，输出给定，要确定系统，使输出尽可能符合给定最佳要求。4）系统辨识：根据

4、系统的输入、输出分析系统由哪些环节组成，并求出各环节参数，建立系统的数学模型。5）滤波与预测：系统已定，输出已知，要识别输入或输入中的有关信息。9三、反馈及反馈控制控制论的核心内容是通过信息的传递、加工处理和反馈来进行控制。反馈：将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输入信号共同作用于系统的过程。负反馈：如果反馈回去的信号与系统的输入信号方向相反，称之为负反馈；如果方向相同，则称之为正反馈。反馈控制：利用反馈信号对系统进行控制。英国J.Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。蒸汽nnn1负载圆锥形齿轮飞

5、锤套筒杠杆阀门弹簧蒸汽机1011第二节控制系统的工作原理与组成火炮自动瞄准系统12神州九号载人航天13日本仿人机器人进水出水水位自动控制系统一、工作原理控制系统指系统的输出能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的系统。控制系统的工作原理1）检测被控制量或输出量的实际值。2）讲实际值与给定值进行比较得出偏差值。3）用偏差值产生控制调节作用去除偏差。16进水出水水位自动控制系统控制系统的基本控制方式：171.开环控制系统例1-1水箱液位控制系统Q2阀门V1进水出水给定水位Q1Hg1812扰动量给定量输出量1-控制器(进水阀门)2-

6、被控对象(水箱)开环控制系统结构图19（2）开环控制特点输入控制输出；输出不参与控制；系统抗干扰能力较差。（1）开环控制只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与对系统的控制。202.闭环（反馈）控制系统例1-2水箱液位闭环控制系统（1）人工闭环控制阀门V1进水出水给定水位Q1Q221（2）自动闭环控制阀门进水出水给定水位Q1Q2Hg放大器RPBUaRPAM△UUBUA222313闭环控制系统组成方框图1-执行器2-控制对象3-检测装置2浮球杠杆电位器RPB水箱阀门给定水位Q2实际水位Q1放大器减速器电机-RPAUA12扰动

7、量给定量输出量24②反馈控制特点输入控制输出；输出参与控制；检测偏差纠正偏差；具有抗干扰能力；①反馈控制将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，与给定信号进行比较产生偏差，此偏差经过控制器产生控制作用，使输出量按照要求的规律变化。反馈信号与给定信号极性相反为负反馈，反之为正反馈。※2012.8.27第1次课25AB阀门滑套离心机构n1BA滑套蒸汽机负载T进汽量qn瓦特式蒸汽机离心调速器例1：离心机构蒸汽机阀门比较机构给定ngT实际nq转换机构蒸汽系统-tTTotnt1ng26二、控制系统的组成闭环控制系统的组成框图1.控制

8、系统的组成27给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号。反馈元件：测量被控制量或输出量xo，产生主反馈信号。将其转换成便于传递的物理量，反馈到比较环节。比较元件：用来接收输入信号并和反馈信号进行比较，产生反映两者差值的偏差信号e=xi-xf。放大元件：对较弱的偏差信号作功率放