机械工程控制基础（第一章）ppt培训课件

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1、机械控制工程基础主要内容Ch1绪论补充拉普拉斯变换Ch2物理系统的数学模型及传递函数Ch3瞬态响应及误差分析Ch4频率特性分析Ch5系统的稳定性Ch6系统的综合与校正Ch7系统辩识简介机械制造的发展方向:机械+控制+微电子+计算机Ch1绪论数控机床普通机床数字化技术改造价格相差10倍Ch1绪论1-1控制系统的工作原理控制:给对象施加某种操作,使其产生预期的行为.自动控制:该操作由控制器自动完成,无须人的参与.基本问题:如何使对象按照给定的规律变化.例1机械加工人工控制自动控制例2恒温控制Ch1绪论人工控

2、制自动控制人工控制与自动控制的共同点：检测偏差并纠正偏差。自动控制系统中，偏差是通过反馈建立的。给定量称为输入量，被控量称为输出量。反馈就是指将输出量全部或部分返回到输入端，并与输入量比较。比较的结果称为偏差.若反馈作用使偏差值越来越小，称为负反馈；反之，则称正反馈。检测偏差并纠正偏差的原理,即反馈控制原理利用反馈控制原理组成的系统称为反馈控制系统。恒温箱自动控制的方框图1-2控制系统的分类参考输入,主反馈,偏差,控制量,扰动,输出。控制元件:用于产生输入信号。反馈元件:位于主反馈通道中的元件,一般为测

3、量元件。比较元件：比较输入及反馈,并得出二者差值的偏差信号。放大元件:把弱的信号放大以推动执行元件动作。执行元件:根据输入信号要求直接对控制对象进行操作。控制对象：要操作的对象,其输出即系统的被控制量。校正元件：不是必须的。其作用是改善系统的性能。研究对象：系统：控制论的对象是系统。------钱学森自动控制系统：分析---已知系统，分析静态及动态性能。设计---已知性能指标，须设计控制系统。机械动力学系统：系统：相互作用的各部分组成的具有一定功能的整体。主要指研究机械系统的动态特性。强调

4、：（1）从系统出发，考虑系统的界限；（2）系统有大有小，有实有虚；（3）系统有内在反馈。1-3机械控制工程的研究对象与方法典型例子：机床的爬行系统：低速时，处于摩擦力下降区，负摩擦特性，负反馈变为正反馈，相当于向系统输入能量，于是有爬行。1769年：JamesWatt发明飞球调节器，用来控制蒸汽机的转速1868年：J.C.Maxwell发表《调速器》，提出反馈控制的概念及稳定性条件1884年：E.J.Routh提出劳斯稳定性判据1892年：A.M.Lyapunov提出李雅普诺夫稳定性理论1895年：

5、A.Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据经典控制理论的发展（----1954）1-4控制理论发展简史1932年：H.Nyquist提出奈奎斯特稳定性判据。1945年：H.W.Bode提出反馈放大器的一般设计方法。1948年：N.Wiener发表《控制论》，标志经典控制理论基本形成。1950年：W.R.Evans提出根轨迹法，并应用于反馈控制系统的设计。1954年：钱学森发表《工程控制论》。在频域内，用传递函数分析单输入单输出系统的稳定性和校正问题。1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大值

6、原理1957年：R.I.Bellman提出动态规划理论1960年：R.E.Kalman提出卡尔曼滤波理论1960～1980年：确定性系统的最优控制、随机系统的最优控制、复杂系统的自适应和自学习控制1980迄今：鲁棒控制、H∞控制、非线性控制、智能控制等现代控制理论的发展（1954---至今）在时域内，用状态空间分析多输入多输出系统的最优控制问题。内容：控制理论的基本理论和方法，注意与机械工程结合。数学工具：有拉氏变换，复变函数，线性代数，还涉及力学，电工学，机械原理，机械零件，液压传动，机电传动等多门课程

7、，注意其综合应用。概念抽象：注意数学结论的由来及物理意义，善于逻辑思维。注意：系统的观点：系统及其中的部分不是静止的，而是运动的。产生运动的内因是系统本身固有的性能；外因是输入，是产生运动的条件。多看参考书，加深理解。重视习题及实践。1-5本课程的学习方法1-6补充拉普拉斯变换1.laplace变换定义2.常用信号（函数）的laplace变换3.Laplace变换的基本定理4.Laplace反变换的定义5.Laplace反变换的部分分式法6.Laplace变换的应用：微分方程的求解。laplace变换的定

8、义常称F(s)为f(t)的变换函数或象函数，而f(t)为F(s)的原函数。在上式中，其积分下限为零，但严格说有0-和0+之分。对于在t=0处连续或只有第一类间断点的函数，0-和0+型的拉氏变换是相同的，但对于在t=0处有无穷跳跃的函数，两种拉氏变换的结果是不一致的。为反映这些函数在[0-，0+]区间的表现，我们约定式中的积分下限为0-。2.常用信号（函数）的laplace变换常用的典型外作用信号：1）脉冲信号2）阶跃信号3）斜