机械工程控制基础 第1章 20120905 - 副本

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1、机械工程控制基础第一章自动控制的一般概念第二章控制系统的数学模型第三章控制系统的时域分析法第四章频域分析法第五章控制系统的稳定性第六章控制系统的校正第1章绪论回顾自动控制理论的发展本课程的主要内容和任务1.1控制理论的研究对象与任务1.2系统及其模型1.3反馈1.4系统的几种分类及对控制系统的基本要求补充：系统方框图的绘制1765年，瓦特发明蒸汽机，用离心式调速器控制蒸气机1948年，维纳《控制论－或关于在动物和机器中控制和通信的科学》产生40－60年代经典控制理论（频域法为主）60－70年代现代控制理论（时域法为主)70年代以后大系统控制理论自动控制在没有人

2、直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象达到预期的目标。回顾自动控制理论的发展发展简史控制论中的三大要素：同构理论信息的流通、交换反馈机制接着短短的几十年里，在各国科学家和科学技术人员的共同努力下，又相继出现了生物控制论、经济控制论和社会控制论等控制理论等，控制理论已经渗透到各个领域，并伴随着其它科学技术的发展极大地改变了整个世界。控制理论自身也在创造人类文明中不断向前发展。控制理论的中心思想是通过信息的传递、加工处理并加以反馈来进行控制，控制理论是信息学科的重要组成自动控制研究的内容经典控制理论现代控制理论经典控制理论以传递函数为基础，以频率法和根轨

3、迹法作为分析和综合系统基本方法主要研究对象:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论以状态空间为基础，依靠高性能计算机进行复杂的矩阵计算求解。主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。研究对象数学工具分析方法局限性经典控制理论单I/O线性定常系统微分方程，传递函数时域法频域法根轨迹法对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力现代控制理论多输入-多输出变系数，非线性等系统线性代数、矩阵理论状态空间法比较繁琐（但由于计算机技术的迅速发展，已克服)神舟九号飞船2012年6月18日约11时左右转入自主控制飞行，14时左右与

4、天宫一号实施自动交会对接，这是中国实施的首次载人空间交会对接。并于2012年6月29日10点00分安全返回。景海鹏、刘旺和刘洋在工程和科学的发展过程中，自动控制起着重要的作用．除了在宇宙飞船、导弹制导和飞机驾驶系统等领域中，自动控制系统具有特别重要的作用之外，它巳变成现代机器制造业和工业生产过程中的重要而不可缺少的组成部分．例如，在生产过程中对压力、温度、湿度、粘性和流量的控制，自动控制都是其重要的组成部分；在机器制造业和其它许多部门中，象机器零件的加工、处理和装配，都广泛地采用着自动控制．引言控制理论在机械制造中的应用课程主要内容本课程是一门非常重要的技术基

5、本课程，是机械学院平台课程。它是适应机电一体化的技术需要，针对机械对象的控制，结合经典控制理论形成的一门课程。本课程主要涉及经典控制理论的主要内容及应用,更突出了机电控制的特点。系统的数学模型系统的时间响应分析（时域分析）系统的频率特性分析（频域分析）系统的稳定性系统的性能指标与校正本课程在高等数学、理论力学、电工电子学等知识的基础上，使学生掌握机电控制系统的基本原理及必要的实用知识。值得指出的是，尽管经典控制理论在六十年代已完全发展成熟，但它并不过时，经典控制理论是整个自动控制理论（包括现代控制理）的基础。本课程的任务本课程的任务控制系统性能分析动态性能：过

6、渡过程分析、稳定性分析等稳态性能：控制精度（稳态误差）控制系统设计选择适当的控制器及控制规律以改善控制系统的性能使其满足控制要求。控制系统的性能分析和设计通常是交替进行的。控制系统分析和设计一般包括：建立控制对象的数学模型（线性化模型）对象的性能分析、仿真选择控制方案（开环/闭环等）选择性能指标，设计控制器全系统性能分析、仿真研制控制器，构建控制系统试验验证热力系统的人工反馈控制热力系统的自动反馈控制控制：通过对一定对象实施一定的操作，以使其按照预定的律运动或变化的过程。加热电阻丝~220V调压器人工控制的恒温箱温度计几个定义对象定义对象是一个设备，它是由一些

7、机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作．我们称任何被控物体(如加热炉，化学反应器或宇亩飞船)为对象。过程定义过程宾里亚-韦伯斯特(Merrriam-Webster)字典对过程的定义是：一种自然的逐渐进行地运转或发展，其特征是，有一系列逐渐的变化以相对固定的方法相继发生在运转或发展状态中，并且最后导致一个特定的结果或状态；或者也可以定义为人为的或随意的连续运行状态，这种运行状态由一系列被控制的动作和一直进行到某一特定结果或状态的有规则的运动构成．我们称任何被控制的运行状态为过程．其具体例子如化学过程，经济学过程和生物学过程．温度计加热电阻丝u~2

8、20Vk炉温开环控制系统开关闭合后，不