车辆电控与机电液一体化技术

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1、车辆电控与机电液一体化技术（第一部分）测控概述，状态空间法基础，线性系统的可控性与可观测性主要参考书1张孝祖主编.车辆控制理论基础及应用.北京：化学工业出版社，2007年2周云山，于秀敏.汽车电控系统理论与设计.北京：北京理工大学出版社，1999年测控概述1测试系统及其组成测试系统由以下几部分组成：传感器、信号变换与测量电路、显示与记录器、数据处理器，以及打印机等外围设备，如图1.1所示。2控制系统及其组成2.1控制理论的发展阶段经典控制理论阶段建立在奈奎斯特的频率响应法及伊万斯的根轨迹法基础上的理论目前统称为经典控制理论。图1.1测试系统的组成测控概述现代控制理论在现代数学和数字计

2、算机的基础上，于1960年前后开始形成现代控制理论，它的主要标志是贝尔曼等人提出的状态空间法(statespacemethods)、庞特里亚金极大值原理(pontryagn’smaximumprincp1e)、贝尔曼动态规划法(bellman’sdynamicprogrammingmethods)、卡尔曼的可控性可观测性理论(controllabilityandobservability)及最佳滤波理论(optimalfilteringtheory)。测控概述大系统理论和智能控制理论20世纪70年代以来控制理论的新发展。所谓大系统，就是规模十分庞大的信息与控制系统，如大型交通运输系统

3、、大型电力网、大型通信网、大型空间控测系统等，它们大都包括若干子系统，并与有控制能力的电子计算机相结合，采用多级递阶控制，以实现多指标综合最优化。智能控制系统则是与人工智能相结合的信息与控制系统，例如模糊控制、人工神经网络等。20世纪90年代末以来，不少研究者提出充分利用现在的一切技术，同时从时间域和频域两种方法来设计控制系统，即择优控制(electivecontrol)。测控概述2.2控制理论在机电领域的广泛应用，主要体现在以下几个方面：1）机械制造过程正向着自动化、最优化相结合的方向，以及机电一体化方向发展。例如计算机集成制造系统CIMS等。2）为了安全性、并为了降低人们的劳动强

4、度，车辆、船舶、航空航天器等产品的自动控制及其智能化。测控概述4）制造和加工过程的动态研究。因为高速切削、强力切削、高速空程等正在日益广泛地应用，同时，加工精度越来越高，0.01μm乃至0.001μm精度相继出现，这就要求把加工过程如实地作为动态系统加以研究，包括计算机仿真及优化。5）在产品设计方面，充分考虑产品与设备的动态特性，然后建立它们的数学模型，进行优化设计。包括计算机辅助设计和试验的研究。6）在动态过程或参数测试方面，正在以控制理论作为基础，向着动态测试方向发展。动态精度、动态位移、振动、噪声、动态力与动态温度等的测量，从基本概念，测试手段到测试数据的处理方法无不同控制理论

5、息息相关。总之，控制理论，微处理机技术同机电一体化的结合，同机械制造技术的结合，将促使这一领域中的试验、研究、设计、制造、管理等各个方面发生巨大的变化。测控概述图1.2是一个恒温箱的自动控制系统。其中，恒温箱的温度是由给定信号电压u1控制的。当外界因素引起箱内温度变化时，作为测量元件的热电偶，把温度转换成对应的电压信号u2，并反馈回去与给定信号u1相比较，所得结果即为温度的偏差信号Δu=u1-u2。经过电压、功率放大后，用以改变电机的转速和方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有在偏差信号Δu=0时

6、，电机才停转。这样就完成了所要求的控制任务。而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。图1.2恒温箱的自动控制系统测控概述系统要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差，在自动控制系统中，这一偏差是通过反馈建立起来的。图1.3为恒温箱温度自动控制系统职能方块图。图中⊕代表比较元件，箭头代表作用的方向。给定量也叫控制系统的输入量，被控制量称为系统的输出量。从图中可以看到反馈控制的基本原理。也可以看到，各职能环节的作用是单向的，每个环节的输出是受输入控制的。总之，实现自动控制的装置可各不相同，但反馈控制的原理却是相同的，可以说，反馈控制是实现自动控制最基本的方法。控制系统主要有开环控制与闭环控

7、制。反馈控制系统的基本组成如图1.4所示。该图表示了这些元件在系统中的位置和其相互间的关系。由图可以看出，作为一个典型的反馈控制系统应该包括反馈元件、给定元件、比较元件(或比较环节)、放大元件、执行元件及校正元件等。给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号，例如，调速系统的给定电位计。图1.3恒温箱温度自动控制系统职能方块图测控概述反馈元件：它量测被调量或输出量，产生主反馈信号，该信号与输出量存在确定的函数关系(通常为比例关系)。例如，调速系统的测速发电机