过程控制基础第1章绪论

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1、《机械工程控制基础》机械工程学院邢英杰办公地点：机械工程学院东楼403教材：《机械工程控制基础》清华大学出版社祝守新邢英杰韩连英主编参考教材：1《控制工程基础》机械工业出版社燕山大学王益群孔祥东主编2《控制工程基础》浙江大学出版社张尚才主编第一章绪论掌握住对象不使任意活动或超出范围；或使其按控制者的意愿活动。（《现代汉语词典》）控制，是指对事物起因、发展及结果的全过程的一种把握，是能预测和了解并决定事物的结果。控制？是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器（机械装置、电气装置或电子计算机）使生产过程或被控

2、制对象（机器、设备）的某一物理量（温度、压力、液面、流量、速度、位移等）自动地按照预定的规律运行。自动控制？例如：电冰箱自动地控制冰箱中的温度恒定；无塔供水系统保证楼宇自动恒压供水；加工中心根据加工工艺的要求，能够自动地按照一定的加工程序加工出所需要的工件。自动控制理论的组成自动控制理论主要由经典控制理论、现代控制论和智能控制论组成的。1.经典控制理论是在复数域中以传递函数概念为基础的理论体系。主要研究单输入、单输出、线性定常系统的分析与设计。自动控制理论的组成——续12.现代控制理论在时间域中以状态变量方程

3、概念为基础的理论体系。主要研究具有高性能、高精度的多输入—多输出系统的分析与设计。系统可以是线性的或非线性的、定常的或时变的、连续的或离散的、确定型的或随机型的。自动控制理论的组成——续23.智能控制理论是一类无需人的干预就能够独立的驱动智能机器实现其目标的自动控制的理论体系。主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。主要研究具有不确定性的模型、高度的非线性及复杂的任务要求的系统。经典控制理论是自动控制理论的基础，又称为控制理论基础。学习控制理论基础要解决两个问题如何分析某个给定控制系统的工作原

4、理、稳定性和过渡过程品质；如何根据实际需要来设计控制系统。前者主要是分析系统，后者是综合与设计。第一节机械工程控制理论研究的对象与任务研究对象--研究机械工程中系统的动态特性。系统？是指同类事物按一定的关系组成的整体。就其物理形态来说可为机械、电气、液压及光学等工程的系统，也有可能为社会上的、生物学上的系统。但无论如何，它们的动态行为都可以用微分方程描述。这种系统在外界条件作用下所表现出来的动态历程，说明了系统输入、模型与输出的内在关系。图1-1质量-阻尼-弹簧系统m、k及f分别代表系统的质量、弹簧刚度系数及

5、粘性阻尼系数。如果输入x(t)代表系统的外力，而输出y(t)代表系统的位移响应，那么系统的数学模型可由微分方程描述。其关系为举例1.已知系统的参数m、k、f及输入x(t)，确定输出y(t)；2.已知输入x(t)及输出y(t)，确定系统的参数m、k及f；3.已知系统的参数m、k及f，给定输出y(t)时，确定输入x(t)。所谓系统的动态性能，主要分如下三类第二节系统的基本概念系统是由相互联系、相互作用的若干部分构成且具有一定运动规律的一个有机整体。系统与外界之间的关系如下图所示，其中，输入：外界对系统的作用；输出

6、：系统对外界的作用。一、自动控制系统工作原理在各种生产过程和生产设备中，常常需要使其中某些物理量（如温度、压力、位置、速度等）保持恒定，或者让它们按照一定的规律变化，要满足这种需要，就应该对生产机械或设备进行及时的控制和调整，以抵消外界的扰动和影响。恒温系统:实现恒温控制有两种方法：人工控制和自动控制1.人工控制图1-2所示为人工控制的恒温箱。恒温箱的温度是靠通过改变调压器的电压来达到控制温度的目的。箱内温度是由温度计测量的。图1-2人工控制的恒温箱观测由测量元件（温度计）测出的恒温箱（被控制元件）的温度；与

7、要求的温度值（给定值）进行比较，得出偏差的大小和方向；根据偏差大小和方向再进行比较控制：当温度高于所要求的给定温度值时，就调节调压器动触头使电压减小，温度降低；若温度低于给定的值，则调节调压器动触头，使电压增加，温度升高；如温度还达不到要求时，要反复进行上面的步骤操作。因此，人工控制的过程就是测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程。也就是“检测偏差用以纠正偏差”的过程。人工控制恒温的过程可归结如下：2.自动控制图1-3恒温箱的自动控制系统对于这样简单的控制形式，如果能找到一个控制器来代替人的职能，这样人工控制系

8、统就变成自动控制系统了。u2u1热电偶给定信号加热电阻丝电压放大器功率放大器减速器调压器⊿u～220V比较++执行电动机u1给定信号电压，控制恒温箱的温度。u2测得的电压信号，由作为测量元件的热电偶，把温度转换成对应的电压信号。△u偏差信号，测得的电压信号u2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△u=u１-u２。经过电压、功率放大后，用以改变电动机的转速和方向，并通过传动装置带动