机械控制工程基础绪论

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1、1第一章绪论1.1概述11.2基本概念21.3自动控制系统及控制方式31.4基本要求42随着生产的发展和科学技术的进步，自动控制技术已广泛地应用于工农业生产、交通运输和国防、宇航等领域，并成为当今被受重视的高技术之一。现代生活之中同样享受自动化技术。现代自动化技术的科学基础是工程控制论的理论和方法，各种自动化元部件和计算机则是它的物质基础。掌握和了解工程控制论的基本理论和方法，对各专业的科学技术人员都是十分必要的。1.1概述引言3控制理论在工程技术领域中体现为工程控制论。-----《工程控制论》，钱学森，1954.学科背景：老“三论”（SCI论）系统论控制论信息论1.1概述工程

2、控制论的学科背景（1）41.1概述工程控制论的学科背景（2）老“三论”的意义是从自然科学研究中总结出来的一种科学方法，但它不限于自然科学，具有一般的方法论意义。它不是某一具体科学的方法论，而是包括自然科学、社会科学和思维科学在内的共同的方法论，是认识世界和改造世界的统一的方法。被称为“横向科学”或“横断科学”。5系统论的创始人美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。系统论定义系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究，并用数字模型去描述和确定系统的结构和行为。所谓系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体；而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。1.1

3、概述“系统论”简介（1）6贝塔朗菲的系统论观点认为复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和.一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统,保持动态稳定是系统向环境充分开放，获得物质、信息、能量交换的结果。系统论三大基本特征系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系，具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。系统论核心思想是寻找建立一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。1.1概述“系统论”简介（2）7控制论的诞生1948年，美国数学家诺伯特.维纳（NorbertWiener）发表了专著《控制论（或关于在动物和机器中控制和

4、通讯的科学）》，标志着控制论这一学科的诞生。控制论的基点就是把控制系统当作一种信息系统。“控制论（Cybernetics）”简介（1）1.1概述8维纳定义“控制论”是关于动物和机器中控制和通信的科学。普通定义控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势，控制系统的稳定，揭示包括机器、生物、社会在内的各种不同系统的共同的控制规律，使系统按预定目标运行的技术科学。“控制论（Cybernetics）”简介（2）1.1概述9来源于社会实践活动，有它产生的实践和理论基础人类很早就有“风磨漏斗”、“蒸汽机的调节器”。19世纪以来，出现了以电信号传递信息为主的控制过程，如：数控机床、控制

5、炼钢等等。第二次世界大战以前，在美国，一些不同学科的科学家自发地建立组织讨论会，研究各学科之间的交叉资料问题。维纳参加了这样的讨论，得到了启迪，形成了控制论的思想基础。控制技术与人类进步观看TheHongKongUniversityofScienceandTechnology的Control_history.ppt控制论产生的基础1.1概述10以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。三个时期：第一个时期：经典控制理论时期40年代末到50年代单机自动化局部自动化单变量控制自动调节器伺服系统第二个时期：现代控制理论时期60年代多变量控制最优控制多种变化因素航天系统导弹系统人造

6、卫星第三个时期：大系统理论时期70年代规模庞大结构复杂变量参数多目标不单一生物系统社会系统机器人1.1概述控制论的发展及现状（1）11发展前景：向大系统理论发展:规模庞大、结构复杂、功能综合、因数众多……向智能控制系统发展：自组织、自学习、自修复、自繁殖……以理论控制论为中心的四大分支（也有不同分法）：工程控制论（技术系统、工程系统）生物控制论（生物系统）社会控制论（社会系统）智能控制论（思维系统）1.1概述控制论的发展及现状（2）12定义作为一种研究方法，就是运用信息论观点，把系统看作是借助于信息的获取、加工、处理、传递而实现其目的的运动过程。1948年申农发表的代表作<<通

7、信的数学理论>>被视为信息论的奠基之作。研究范围主要研究一切与信息有关的概念、理论及信息传播的各种要素与效果问题。1.1概述“信息论”简介（1）13信息要素在信息论中，信息被视为客观世界的第三大要素。它与第一大要素物质，第二大要素能量相并列。就是说，世界由物质,能量和信息三者构成。1.1概述“信息论”简介（2）14课程范围课程以反馈控制理论为核心，突出基本概念和基本方法，介绍控制系统建模方法，线性系统的时域、频域和根轨迹的分析与设计方法，介绍基于MATLAB的控制系统分析、设计和仿真。课程意