机电控制工程基础课程辅导.doc

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1、教学过程备注第一章绪论【教学目的】※了解控制理论的发展史。※掌握控制理论中的一些基本概念及控制理论的分类。※了解对控制系统的基本要求。【教学重点】开环与闭环系统（或反馈系统）的特征。【教学难点】对复杂控制系统的分析【教学方法及手段】采用多媒体教学，补充大量关于控制理论发展史的内容，丰富学生的知识，通过课堂授课讲解典型例题使学生对概念能够理解，建立负反馈概念，并举一些生活例子来说明。【学时分配】2课时【教学内容】1.1控制工程概述自动控制是一个非常有吸引力的研究领域，在工农业生产、军事领域及航空航天方面，都得到了充分的

2、应用。例如工业上，各种机器设备的速度控制，锅炉的温度和压力控制等；军事上，雷达和火炮自动跟踪目标的随动控制，导弹自动制导控制；航空航天方面，人造卫星及宇宙飞船准确地进入预定轨道并返回地面控制等。控制工程基础课程主要阐述的是有关自动控制技术的基础课程，它涉及古典控制理论的主要内容和应用，其理论基础是工程控制论。首先我们来学习控制系统中的几个基本概念。1.1.1控制系统的基本概念在控制系统中我们经常会接触到系统这个概念，比如一个实际的恒温系统。系统这个概念，从广义上讲，它是3-12由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的

3、具有特定功能的整体。在工程领域上，我们常常会见到电气系统，液压系统，机械系统等等。对于实际应用来说，系统一般可以定义为任何一组存在某种因果关系的物理元件。原因称为激励或输入，效果叫做响应或输出。控制，就是按照预先给定的目标，改变系统行为或性能。比如我现在使用的计算机和投影机。这个控制的给定目标就是能让计算机打开ppt，让投影仪显示图像。这样一个过程就是其按照给定目标，改变计算机和投影仪原本状态或行为。大家可以看到刚刚我对计算机和投影仪的控制是通过我的手来实现的，那么自动控制是什么呢？是指在没有人直接参与的情况下，利用

4、外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。这个外加的设备或装置我们称它为控制装置或控制器，机器、设备或生产过程我们称为被控对象，某个工作状态或参数就是被控量。例如，空调的控制就是一个自动控制的过程，等设定好温度以后，如果室内温度升高，空调就会自动检测出温度的变化，压缩机开始工作，温度就开始降低。我们来想一想，在这样一个控制过程中，被控对象是什么呢？控制对象就是空调，被控量就是温度，那么控制器就是空调能降温的一系列装置和设备了。1.控制系统的工作原理那么自动控制系统如何实现？

5、其控制原理又是什么？我们通过一个具体的实例来说明。工业上常常会用到恒稳控制系统，这样一个系统它的控制目的主要是让一个容器内的温度保持在某个特定值上。下边我们分别来看看通过人工控制和自动控制如何来实现？如图1.1就是人工控制恒温箱的示意图，图1.2即为恒温箱的自动控制系统示意图。详见课本p1－2。分析图1.1的人工控制和图1.2自动控制恒温箱的工作过程，我们可以看出：自动控制系统与人工控制系统非常相似。在自动控制系统中，测量装置就相当于人的眼睛、控制器则类似于人的大脑，执行机构好比人手。在控制过程中，它们的共同点都是要

6、检测偏差，并利用检测的偏差再去纠正偏差。综上所述，控制系统的工作原理可归纳如下：①通过测量元件检测输出量的实际值。②将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较，得到偏差信号。③用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。3-12在控制系统中，给定量又称为输入量，被控制量又称为输出量。通常，我们把输出量取出，送回到输入端，并与输入量相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。这种基于反馈原理，通过“检测偏差，利用偏差纠正偏差”的系统，称为反馈控制系统。显然，作为反馈控制系统，至少应具备有检测、比较（或计算）和执行三个基本功能。研究控制

7、系统（以恒温控制系统为例），首先必须解决如下四个问题：其一：控制目的是什么?其二：受控对象是什么?其三：输出信号(被控量)是什么?扰动量（被控量）热电偶给定信号电压、功率放大器执行电机减速器调压器温度t恒温箱（被控对象）图1.3恒温箱自动控制系统职能框图其四：输出信号如何检测?2．控制系统的方框图图1.3中，“”代表比较元件；“→”代表信号的传递及方向；“□”为职能框，代表一个环节，每个环节的作用是单向的，其输出受输入控制。从职能框图可清楚地看到反馈控制的基本原理。3．日常生活中的控制系统举例我们现在想象一个游戏，让

8、张三和李四分别去拿放在一张桌子上的书，张三把自己的双眼蒙上，而李四却不用蒙上双眼。看看他们谁能顺利地拿到书。结果是很明显的,张三很有可能要试很多次才能拿到书，但是李四会很顺利地拿到书。这是为什么呢？有人会说，这太简单了，因为张三看不见。但是为什么看不见就拿不到呢？可能就回答不出了。我们来分析一下拿书这个动作完成的过程，就会清楚其中的秘密。3-1