機械控制工程基礎(chǔ)PPT精品文檔

1、1 1控控 制制 工工 程程 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)主講教師：王曉云主講教師：王曉云2 2參考教材11 楊叔子、楊克沖楊叔子、楊克沖. .機械工程控制基礎(chǔ)機械工程控制基礎(chǔ)（第五版）（第五版）. .武漢：華中科技大學(xué)出版社，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20052005年年7 7月月22熊良才、楊克沖熊良才、楊克沖. .機械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題機械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題解解. .武漢：華中科技大學(xué)出版社，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20022002年年4 4月月33朱驥北朱驥北. .機械控制工程基礎(chǔ)機械控制工程基礎(chǔ) ( (第第1515版）版）. .北京：機北京：機械工業(yè)出版社，械工業(yè)出版社，20052005

2、年年44董景新、趙長德董景新、趙長德. .控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)( (第第3 3版）版）. .北京：北京：清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，20092009年年6 6月月55劉叔軍、樊京劉叔軍、樊京. . MATLABMATLAB控制系統(tǒng)應(yīng)用與實例控制系統(tǒng)應(yīng)用與實例. .北北京：清華大學(xué)出版社，京：清華大學(xué)出版社，20082008年年5 5月月 3 3授課方式與考核方式授課方式授課方式 以電子工業(yè)出版社、玄兆燕編寫的以電子工業(yè)出版社、玄兆燕編寫的機械工程控制機械工程控制基礎(chǔ)基礎(chǔ)為指導(dǎo)，利用多媒體課件為主、板書為輔進行為指導(dǎo)，利用多媒體課件為主、板書為輔進行理論教學(xué)；理論教學(xué)； 利用利用MATL

3、AB/SimulinkMATLAB/Simulink軟件開展實驗教學(xué)。軟件開展實驗教學(xué)?？己朔绞娇己朔绞?平時作業(yè)平時作業(yè)5 5次，占總評成績的次，占總評成績的20%20%； 實驗實驗2 2次，占總評成績的次，占總評成績的10%10%； 期末閉卷考試，占總評成績的期末閉卷考試，占總評成績的70%70%。 出勤率低于出勤率低于1/31/3取消期末考試資格。取消期末考試資格。4 4課程性質(zhì)控制論控制論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容“機械控制工程基礎(chǔ)機械控制工程基礎(chǔ)”是控制論是控制論(Cybernetics)(Cybernetics)與機械工與機械工

4、程技術(shù)理論之間的邊緣學(xué)科，側(cè)重介紹機械工程的控制程技術(shù)理論之間的邊緣學(xué)科，側(cè)重介紹機械工程的控制原理，同時密切結(jié)合工程實際，是一門原理，同時密切結(jié)合工程實際，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程技術(shù)基礎(chǔ)課程。 機械制造技術(shù)發(fā)展的一個明顯而重要的趨勢機械制造技術(shù)發(fā)展的一個明顯而重要的趨勢越來越來越廣泛而深入地引入了控制理論。越廣泛而深入地引入了控制理論。 數(shù)控機床、工業(yè)機器人、機床動態(tài)分析與測試、電氣液壓伺服系統(tǒng)數(shù)控機床、工業(yè)機器人、機床動態(tài)分析與測試、電氣液壓伺服系統(tǒng)是是科學(xué)方法論科學(xué)方法論之一，強調(diào)用之一，強調(diào)用系統(tǒng)的、反饋的、控制的系統(tǒng)的、反饋的、控制的方法來分析研究工程實際問題。方法來分析研究工程實際問題

5、。5 5課程任務(wù)與學(xué)習(xí)要求課程任務(wù)課程任務(wù) 通過課程教學(xué)，使學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的基本原通過課程教學(xué)，使學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的基本原理和思想方法，初步培養(yǎng)進行系統(tǒng)分析與校正的能力，理和思想方法，初步培養(yǎng)進行系統(tǒng)分析與校正的能力，結(jié)合后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，為將來在機械電子工程中結(jié)合后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，為將來在機械電子工程中解決一些實際問題打下一定的基礎(chǔ)。解決一些實際問題打下一定的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 需要大家具備一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)方面的基礎(chǔ)需要大家具備一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識，還要有一定的機械工程方面的專業(yè)知識。需要知識，還要有一定的機械工程方面的專業(yè)知識。需要大家認(rèn)真對待每次的

6、課后練習(xí)環(huán)節(jié)。大家認(rèn)真對待每次的課后練習(xí)環(huán)節(jié)。6 6主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容機械控制工程基礎(chǔ)機械控制工程基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識工程應(yīng)用工程應(yīng)用分析方法分析方法基本概念基本概念控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型時域分析時域分析頻域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正7 7緒論緒論 （2學(xué)時）學(xué)時）拉普拉斯變換（拉普拉斯變換（2學(xué)時）學(xué)時）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （8+2學(xué)時）學(xué)時）系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析 （8+2學(xué)時）學(xué)時）系統(tǒng)的頻率特性分析系統(tǒng)的頻率特性分析 （8+2學(xué)時）學(xué)時）系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性

7、 （4學(xué)時）學(xué)時）復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) （2學(xué)時）學(xué)時）課程章節(jié)課程章節(jié)8 8第一章第一章 緒緒 論論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型 1.3 1.3 反饋反饋 1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 9 9本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱1. 1. 了解機械工程控制論的基本概念、研究對象與任務(wù)；了解機械工程控制論的基本概念、研究對象與任務(wù)；2. 2. 掌握系統(tǒng)、模型、反饋、偏差等基本概念；掌握系統(tǒng)、模型、反饋、偏差等基本概念；3. 3. 掌握反饋控制系統(tǒng)工作原理的分析；掌握反饋控制系統(tǒng)

8、工作原理的分析；4. 4. 掌握控制系統(tǒng)的組成、分類及基本性能要求。掌握控制系統(tǒng)的組成、分類及基本性能要求。u教學(xué)重點：反饋的基本概念、控制系統(tǒng)工作原理分析、教學(xué)重點：反饋的基本概念、控制系統(tǒng)工作原理分析、控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類第一章第一章 緒論緒論本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱1010第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)一、控制論概述一、控制論概述 控制論是關(guān)于控制原理與控制方法的學(xué)科，它研究控制論是關(guān)于控制原理與控制方法的學(xué)科，它研究事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律。事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律?！翱刂普摽刂普摗钡膬蓚€核心是信息論和反饋控制

9、。的兩個核心是信息論和反饋控制。 首先創(chuàng)立控制論學(xué)科的是美國的數(shù)學(xué)家、信息理論首先創(chuàng)立控制論學(xué)科的是美國的數(shù)學(xué)家、信息理論家家(Norbert Wiener)(Norbert Wiener)諾伯特諾伯特維納，他于維納，他于19481948年發(fā)表了年發(fā)表了“控制論控制論”。1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1111第一章第一章 緒論緒論控制論控制論經(jīng)濟學(xué)經(jīng)濟學(xué)社會學(xué)社會學(xué)生物學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)工程技術(shù)經(jīng)濟控制論經(jīng)濟控制論社會控制論社會控制論生物控制論生物控制論工程控制論工程控制論機械工程機械工程機械工程控制論機械工程控制論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分

10、支學(xué)科?？刂普撆c其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科。 控制論的中心思想控制論的中心思想通過信息的傳遞、加工處理通過信息的傳遞、加工處理并利用反饋來進行控制。并利用反饋來進行控制。1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1212第一章第一章 緒論緒論 19541954年我國科學(xué)家錢學(xué)森出版專著年我國科學(xué)家錢學(xué)森出版專著工程控制論工程控制論( (英文版英文版) )，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。 機械工程控制論機械工程控制論研究研究機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題研究的研究的對象對象：系統(tǒng)（廣

11、義系統(tǒng)）：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）研究的研究的任務(wù)任務(wù)：動力學(xué)問題：動力學(xué)問題研究的研究的領(lǐng)域領(lǐng)域：機械工程領(lǐng)域：機械工程領(lǐng)域二、機械工程控制論的研究對象二、機械工程控制論的研究對象1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1313第一章第一章 緒論緒論 系統(tǒng)系統(tǒng)按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合系統(tǒng)的要素系統(tǒng)的要素元素元素元素之間的聯(lián)系元素之間的聯(lián)系系統(tǒng)與外界的交互作用系統(tǒng)與外界的交互作用外界對系統(tǒng)的作用外界對系統(tǒng)的作用系統(tǒng)對外界的作用系統(tǒng)對外界的作用輸入輸入(激勵激勵)干擾干擾(擾動擾動)輸出輸出( (響應(yīng)響應(yīng)) )系統(tǒng)的框圖系統(tǒng)的框

12、圖1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1414第一章第一章 緒論緒論 機械工程中的廣義機械工程中的廣義系統(tǒng)系統(tǒng): : 元件、部件、儀器、設(shè)備元件、部件、儀器、設(shè)備; ; 加工過程、操作設(shè)備、測量加工過程、操作設(shè)備、測量; ; 車間、部門、工廠、企業(yè)、車間、部門、工廠、企業(yè)、 企業(yè)集團、全球制造行業(yè)等企業(yè)集團、全球制造行業(yè)等 如如:機器系統(tǒng)機器系統(tǒng)生命系統(tǒng)生命系統(tǒng)社會經(jīng)濟系統(tǒng)社會經(jīng)濟系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)思維、學(xué)習(xí)、工作思維、學(xué)習(xí)、工作 廣義廣義系統(tǒng)系統(tǒng)具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο缶邆湎到y(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο?.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械

13、工程控制論的研究對象與任務(wù)1515第一章第一章 緒論緒論系統(tǒng)系統(tǒng)非控制系統(tǒng)非控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 非控制系統(tǒng)非控制系統(tǒng)僅具有由人工開、關(guān)兩種狀態(tài)的系統(tǒng)僅具有由人工開、關(guān)兩種狀態(tài)的系統(tǒng)如：攪拌機如：攪拌機 （視頻鏈接視頻鏈接） 教室里的照明系統(tǒng)教室里的照明系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的可變輸出，能按照要求由參考輸系統(tǒng)的可變輸出，能按照要求由參考輸入或控制輸入進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)入或控制輸入進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1616第一章第一章 緒論緒論如如: : 空調(diào)空調(diào)加熱電阻絲加熱電阻絲220

14、V調(diào)壓器調(diào)壓器人工控制的恒溫箱人工控制的恒溫箱 溫度計溫度計自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)教室中的風(fēng)扇教室中的風(fēng)扇人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1717第一章第一章 緒論緒論加熱電阻絲加熱電阻絲220V調(diào)壓器調(diào)壓器熱電偶熱電偶給定信號給定信號比較比較電壓電壓放大器放大器功率功率放大器放大器執(zhí)行執(zhí)行電動機電動機減速器減速器u2u1 u u恒溫箱自動控制系統(tǒng)恒溫箱自動控制系統(tǒng)1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1818第一章第一章 緒論緒論根據(jù)自己的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，列舉控制系統(tǒng)的例子根據(jù)自己的生

15、活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，列舉控制系統(tǒng)的例子問題：問題：1）普通全自動洗衣機）普通全自動洗衣機 2）全自動照相機的閃光系統(tǒng)、調(diào)焦系統(tǒng)）全自動照相機的閃光系統(tǒng)、調(diào)焦系統(tǒng) 3）飲水機，微波爐）飲水機，微波爐 4）抽水馬桶水箱的液面自動調(diào)節(jié)器）抽水馬桶水箱的液面自動調(diào)節(jié)器液面控制液面控制1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1919第一章第一章 緒論緒論生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟管理等其它生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟管理等其它機器人、導(dǎo)彈制導(dǎo)、核動力等高新領(lǐng)域機器人、導(dǎo)彈制導(dǎo)、核動力等高新領(lǐng)域宇航：火箭、飛船、衛(wèi)星宇航：火箭、飛船、衛(wèi)星道路交通：信號燈控制、車牌自動識別道路交通：信號

16、燈控制、車牌自動識別日常：冰箱、洗衣機、空調(diào)日常：冰箱、洗衣機、空調(diào)農(nóng)業(yè)：恒溫大棚、農(nóng)業(yè)自動化機械農(nóng)業(yè)：恒溫大棚、農(nóng)業(yè)自動化機械應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍工業(yè)：數(shù)控機床、軋鋼機、恒溫箱等工業(yè)：數(shù)控機床、軋鋼機、恒溫箱等1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2020第一章第一章 緒論緒論蒸汽機離心調(diào)速器蒸汽機離心調(diào)速器工業(yè)：工業(yè)：1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2121第一章第一章 緒論緒論數(shù)控機床進給系統(tǒng)模擬圖數(shù)控機床進給系統(tǒng)模擬圖1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2222在農(nóng)業(yè)機

17、械領(lǐng)域的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域的應(yīng)用第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2323在日常生活中的應(yīng)用在日常生活中的應(yīng)用第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2424道路交通的應(yīng)用道路交通的應(yīng)用車牌自動識別車牌自動識別第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2525第一章第一章 緒論緒論人形機器人人形機器人1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2626勇氣號火星探測器（美國，勇氣號火星探

18、測器（美國，20042004）第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2727第一章第一章 緒論緒論自動火炮、導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用自動火炮、導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2828第一章第一章 緒論緒論在雷達領(lǐng)域的應(yīng)用在雷達領(lǐng)域的應(yīng)用1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)2929海洋探測機器人海洋探測機器人19901990年日本海洋科技中心年日本海洋科技中心 研制的研制的“海溝號海溝號”纜控式纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工

19、作時的情況（右）無人潛水器（左）及其在大海中工作時的情況（右） 第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3030第一章第一章 緒論緒論瑞典博福斯公司研制的瑞典博福斯公司研制的“雙鷹雙鷹”水下掃雷機器人水下掃雷機器人 1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3131第一章第一章 緒論緒論 恒溫恒濕試驗箱又名環(huán)境試驗箱，實驗各種材料的耐熱、耐寒恒溫恒濕試驗箱又名環(huán)境試驗箱，實驗各種材料的耐熱、耐寒、耐干、耐濕性能。適合電子、電器、食品、車輛、金屬、化、耐干、耐濕性能。適合電子、電器、食品、車輛、金屬、化學(xué)

20、、建材等實驗學(xué)、建材等實驗1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3232三、機械工程控制論的研究任務(wù)三、機械工程控制論的研究任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 動力學(xué)問題動力學(xué)問題 機械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的機械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外外界條件作用界條件作用下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)部的部的固有特性固有特性所決定的整個動態(tài)歷程；所決定的整個動態(tài)歷程；研究這一過程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動研究這一過程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系。態(tài)關(guān)系。即輸入或激勵，包括外加控制與外界干擾即輸入或激勵，包

21、括外加控制與外界干擾即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性 下面，我們通過一個簡單的例子，讓大家更深刻的理解下面，我們通過一個簡單的例子，讓大家更深刻的理解“機械工程控制論的研究任務(wù)機械工程控制論的研究任務(wù)”這一問題。這一問題。1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3333第一章第一章 緒論緒論同一同一系統(tǒng)系統(tǒng)，不同的不同的輸入輸入例例1-1 1-1 彈簧彈簧- -質(zhì)量質(zhì)量- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng) 系統(tǒng)（系統(tǒng)（a a） 系統(tǒng)（系統(tǒng)（b b） m-c-km-c-k單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)1.1 1.1 機械工程控制論的

22、研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3434第一章第一章 緒論緒論（a）（b）整理得：整理得：)()()()(tftkytyctym （a a）解：解：)()()()(tymtyctkytf （b b）解：解：)()()()()(tkxtxctkytyctym 動力學(xué)方程：動力學(xué)方程： y(t)即微分方程的解，它是由即微分方程的解，它是由系統(tǒng)的初始條件、系統(tǒng)的初始條件、系統(tǒng)的系統(tǒng)的固有特性、固有特性、系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)的輸入及及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系所決定。所決定。系統(tǒng)的固有特性系統(tǒng)的固有特性: : mp + cp + k2系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系: :

23、1， cp+k系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)（系統(tǒng)的輸出）：系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)（系統(tǒng)的輸出）：y(t)系統(tǒng)的輸入或激勵系統(tǒng)的輸入或激勵: : f(t)， x(t)代表了系統(tǒng)在一定外界條件下的動態(tài)歷程代表了系統(tǒng)在一定外界條件下的動態(tài)歷程令令 p=d/dt （微分算子）（微分算子）系統(tǒng)系統(tǒng)(a) (a) (mp + cp + k) )y(t)=f(t)系統(tǒng)系統(tǒng)(b) (b) (mp + cp + k)y(t)=(cp + k)x(t)221.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3535第一章第一章 緒論緒論問題：問題： 系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特

24、性如何影響y(t)？ 三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系？三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系？2. 2. 系統(tǒng)確定并已知時，對系統(tǒng)施加何種輸入，系統(tǒng)確定并已知時，對系統(tǒng)施加何種輸入， 能使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)（即能使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)（即y(t)）？）？3. 3. 對于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，對于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性， 才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)？才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)？求輸出求輸出求輸入求輸入求系統(tǒng)求系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù))基本的動力學(xué)問題基本的動力學(xué)問題1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3636第一章第一章 緒論緒論研究任務(wù)研究任務(wù): : 系統(tǒng)分析問題系統(tǒng)

25、分析問題 最優(yōu)控制問題最優(yōu)控制問題 最優(yōu)設(shè)計問題最優(yōu)設(shè)計問題 濾波與預(yù)測問題濾波與預(yù)測問題(1)(1)系統(tǒng)辨識問題系統(tǒng)辨識問題已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的響應(yīng)已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的響應(yīng)(或輸出或輸出)，并通過響應(yīng)來研究系統(tǒng)本身的問題并通過響應(yīng)來研究系統(tǒng)本身的問題已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計輸入已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計輸入已知輸入和理想輸出時，設(shè)計系統(tǒng)已知輸入和理想輸出時，設(shè)計系統(tǒng)輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的的有關(guān)信息輸入或輸入中的的有關(guān)信息已知系統(tǒng)的輸入與輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已知系統(tǒng)的輸入與輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與參數(shù)，即建立系

26、統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.1 1.1 機械工程控制論的研究對象與任務(wù)機械工程控制論的研究對象與任務(wù)3737第一章第一章 緒論緒論1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型一、系統(tǒng)一、系統(tǒng) 系統(tǒng)具有如下特性：系統(tǒng)具有如下特性： 系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；結(jié)構(gòu)有關(guān)； 系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)的各元素的內(nèi)容要豐富很多系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)的各元素的內(nèi)容要豐富很多; ;(1)(1) 系統(tǒng)往往具有表現(xiàn)在時間域、頻率域或空間域等領(lǐng)系統(tǒng)往往具有表現(xiàn)在時間域、頻率域或空間域等領(lǐng)域內(nèi)的動態(tài)特性。域內(nèi)的動態(tài)特性。1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型1.

27、2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型3838第一章第一章 緒論緒論二、機械系統(tǒng)二、機械系統(tǒng) 定義定義以實現(xiàn)一定的機械運動，承受一定的機械載以實現(xiàn)一定的機械運動，承受一定的機械載荷為目的，由機械元件組成的系統(tǒng)。荷為目的，由機械元件組成的系統(tǒng)。 如：如：切削加工過程切削加工過程工件工件操作者操作者當(dāng)研究某臺機床當(dāng)研究某臺機床切削加工過程切削加工過程中的動力學(xué)問題時；中的動力學(xué)問題時；當(dāng)研究此臺機床加工的當(dāng)研究此臺機床加工的工件工件的某些質(zhì)量指標(biāo)時；的某些質(zhì)量指標(biāo)時；當(dāng)研究此臺機床的當(dāng)研究此臺機床的操作者操作者在加工過程中的作用時；在加工過程中的作用時；輸入輸入激勵（外界對系統(tǒng)的作用，如載荷等）激勵

28、（外界對系統(tǒng)的作用，如載荷等）輸出輸出響應(yīng)（系統(tǒng)對外界的作用，如變形、位移）響應(yīng)（系統(tǒng)對外界的作用，如變形、位移）1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型3939第一章第一章 緒論緒論激勵激勵控制輸入控制輸入人為地、有意識地加上去；人為地、有意識地加上去；擾動擾動偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全人為偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全人為 控制的（干擾）；控制的（干擾）；三、數(shù)學(xué)模型三、數(shù)學(xué)模型 模型的定義模型的定義研究系統(tǒng)、認(rèn)識系統(tǒng)、描述系統(tǒng)與分研究系統(tǒng)、認(rèn)識系統(tǒng)、描述系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的一種工具。析系統(tǒng)的一種工具。 模型的種類模型的種類實物模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等。實物模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等。1.2 1

29、.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型4040第一章第一章 緒論緒論 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型定量地描述系統(tǒng)的動態(tài)性能，揭示系定量地描述系統(tǒng)的動態(tài)性能，揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動態(tài)性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動態(tài)性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型動態(tài)模型動態(tài)模型 反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載荷作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性；荷作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性； 用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用下或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性；下或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性；在一定條件下，動態(tài)模型可以轉(zhuǎn)換為靜態(tài)模型。在一定條件下，動態(tài)模型可以轉(zhuǎn)換為靜態(tài)模型

30、。代數(shù)公式描述代數(shù)公式描述微分方程或差分方程來描述微分方程或差分方程來描述 動態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動態(tài)歷程的，機械工程控制動態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動態(tài)歷程的，機械工程控制論研究的是機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題，論研究的是機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題，所以往往需要采用動態(tài)數(shù)學(xué)模型，即需要建立微分方所以往往需要采用動態(tài)數(shù)學(xué)模型，即需要建立微分方程或差分方程來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。程或差分方程來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型4141第一章第一章 緒論緒論1.3 1.3 反饋反饋一、反饋的定義一、反饋的定義反饋是機械工程控制論中一個最基本、最重要的概念反饋是機械工程控

31、制論中一個最基本、最重要的概念 系統(tǒng)的輸出不斷直接或經(jīng)過中間變換后全部或部分系統(tǒng)的輸出不斷直接或經(jīng)過中間變換后全部或部分地返回到輸入端，并與輸入共同作用于系統(tǒng)的過程。地返回到輸入端，并與輸入共同作用于系統(tǒng)的過程。 系統(tǒng)之所以有動態(tài)歷程，系統(tǒng)及其輸入、輸出之間之所系統(tǒng)之所以有動態(tài)歷程，系統(tǒng)及其輸入、輸出之間之所以有動態(tài)關(guān)系，就是由于系統(tǒng)本身存在著信息的反饋。以有動態(tài)關(guān)系，就是由于系統(tǒng)本身存在著信息的反饋。二、反饋的種類二、反饋的種類 內(nèi)反饋與外反饋內(nèi)反饋與外反饋例例1-2 1-2 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 例例1-3 1-3 質(zhì)量質(zhì)量- -彈簧彈簧- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系

32、統(tǒng)1.3 1.3 反饋反饋2. 2. 正反饋與負(fù)反饋正反饋與負(fù)反饋4242第一章第一章 緒論緒論例例1-2 1-2 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 控制原理：控制原理：如果負(fù)載變化使如果負(fù)載變化使增大，增大， 離心機構(gòu)滑套上移離心機構(gòu)滑套上移 液壓滑閥上移，動力液壓滑閥上移，動力活塞下移，油門關(guān)小，活塞下移，油門關(guān)小， 減減小小 直到滑閥回復(fù)到中位，直到滑閥回復(fù)到中位，回到設(shè)定值回到設(shè)定值 通過離心機構(gòu)檢測系統(tǒng)的實通過離心機構(gòu)檢測系統(tǒng)的實際輸出值，并與設(shè)定值進行比際輸出值，并與設(shè)定值進行比較，反過來作用于系統(tǒng)，形成較，反過來作用于系統(tǒng)，形成反饋，進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出。反饋，進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸

33、出。發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖1.3 1.3 反饋反饋4343第一章第一章 緒論緒論例例1-3 1-3 質(zhì)量質(zhì)量- -彈簧彈簧- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng) m-c-k 單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖動力學(xué)方程：動力學(xué)方程：)()()()(22tkydttdyctfdttydm)()()()(22tftkydttdycdttydm或或dttkydttdyctfmty)()()(1)(即即m-c-k 單自由度系統(tǒng)方框圖單自由度系統(tǒng)方框圖信息交互（反饋）信息交互（反饋）1.3 1.3 反饋反饋4444第一章第一章 緒論緒論 在這兩個例子，反饋

34、在本質(zhì)上都是在這兩個例子，反饋在本質(zhì)上都是信息的傳遞與信息的傳遞與交互交互。但從具體形式上看，則有所不同。但從具體形式上看，則有所不同。對于發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)來說，離心調(diào)速器是對于發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)來說，離心調(diào)速器是人為人為附加附加的反饋控制裝置，其目的在于抵抗由于負(fù)載變的反饋控制裝置，其目的在于抵抗由于負(fù)載變化這一干擾引起的輸出軸轉(zhuǎn)速的變化。這種反饋稱化這一干擾引起的輸出軸轉(zhuǎn)速的變化。這種反饋稱為為外反饋外反饋。而質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)中存在的反饋則為而質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)中存在的反饋則為內(nèi)反饋內(nèi)反饋。這種反饋是這種反饋是系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)內(nèi)部各元素之間互

35、為因果的聯(lián)系關(guān)系，反映了系統(tǒng)的動各元素之間互為因果的聯(lián)系關(guān)系，反映了系統(tǒng)的動態(tài)特性。態(tài)特性。1.3 1.3 反饋反饋4545第一章第一章 緒論緒論(1)(1)內(nèi)反饋內(nèi)反饋 在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋。是在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋。是系統(tǒng)內(nèi)部各個元素之間相互耦合的結(jié)果，是造成機系統(tǒng)內(nèi)部各個元素之間相互耦合的結(jié)果，是造成機械系統(tǒng)存在一定動態(tài)特性的根本原因。械系統(tǒng)存在一定動態(tài)特性的根本原因。(2)(2)外反饋外反饋 在控制系統(tǒng)中，為達到某種控制目的而人為加入在控制系統(tǒng)中，為達到某種控制目的而人為加入的反饋。的反饋。 生活小實例：生病生活小實例：生病 生病生病看病看病吃藥、打針

36、、手術(shù)吃藥、打針、手術(shù)恢復(fù)健康恢復(fù)健康 生病生病自身調(diào)節(jié)恢復(fù)健康自身調(diào)節(jié)恢復(fù)健康外反饋外反饋內(nèi)反饋內(nèi)反饋1.3 1.3 反饋反饋4646第一章第一章 緒論緒論2. 2. 負(fù)反饋與正反饋負(fù)反饋與正反饋(1)(1)負(fù)反饋負(fù)反饋 輸出輸出偏離偏離設(shè)定值設(shè)定值時，反饋作用使輸出偏離程度減時，反饋作用使輸出偏離程度減小，并力圖達到設(shè)定值。小，并力圖達到設(shè)定值。 被控量被控量目標(biāo)值目標(biāo)值如：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)如：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 液面自動調(diào)節(jié)器液面自動調(diào)節(jié)器 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng) 動物捕食動物捕食 火炮自動瞄準(zhǔn)火炮自動瞄準(zhǔn) 學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋1.3 1.3 反饋

37、反饋4747第一章第一章 緒論緒論(2)(2)正反饋正反饋 輸出偏離設(shè)定值時，反饋作用使輸出偏離程度加劇。輸出偏離設(shè)定值時，反饋作用使輸出偏離程度加劇。如：如： 疾病疾病 自激振蕩器自激振蕩器 機器疲勞破壞機器疲勞破壞 火藥爆炸、熱核反應(yīng)火藥爆炸、熱核反應(yīng) 學(xué)習(xí)和工作中的正反饋學(xué)習(xí)和工作中的正反饋1.3 1.3 反饋反饋4848第一章第一章 緒論緒論三、反饋控制系統(tǒng)及其組成三、反饋控制系統(tǒng)及其組成 在工程技術(shù)領(lǐng)域中，越來越多地采用了自動控制系在工程技術(shù)領(lǐng)域中，越來越多地采用了自動控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，往往有著統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，往往有著“反饋控制反饋控制”。 1. 1. 定義定義 一般在自動控

38、制系統(tǒng)中，偏差是基于反饋建立起一般在自動控制系統(tǒng)中，偏差是基于反饋建立起來的來的 。自動控制的過程就是。自動控制的過程就是“測偏與糾偏測偏與糾偏”的過程，的過程，這一原理又稱為這一原理又稱為反饋控制原理反饋控制原理。利用此原理組成的系。利用此原理組成的系統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)。它具備測量、比較和執(zhí)行三個。它具備測量、比較和執(zhí)行三個基本功能?；竟δ堋?反饋控制是實現(xiàn)自動控制的最基本的方法。反饋控制是實現(xiàn)自動控制的最基本的方法。沒有反饋就無法測量偏差，就無法根據(jù)偏差自動控制沒有反饋就無法測量偏差，就無法根據(jù)偏差自動控制系統(tǒng)糾正偏差系統(tǒng)糾正偏差1.3 1.3 反饋反饋4949第一章第

39、一章 緒論緒論例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖被控對象：被控對象：發(fā)動機發(fā)動機被控量：被控量：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速被控量的目標(biāo)值設(shè)定：被控量的目標(biāo)值設(shè)定：預(yù)緊彈簧設(shè)定預(yù)緊彈簧設(shè)定控制信息傳遞與反饋：控制信息傳遞與反饋：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速離心機構(gòu)離心機構(gòu)( (檢測或感知）檢測或感知）偏差偏差杠桿杠桿液壓比例控制器液壓比例控制器油門油門1.3 1.3 反饋反饋5050第一章第一章 緒論緒論表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的物理框圖：表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的物理框圖：離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖比較比較控制器控制器檢測檢測被控對象被控對象執(zhí)行執(zhí)

40、行運算放大運算放大控制部分控制部分被控部分被控部分1.3 1.3 反饋反饋5151第一章第一章 緒論緒論2. 2. 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成 典型的反饋控制系統(tǒng)包括給定環(huán)節(jié)、測量環(huán)節(jié)、比較典型的反饋控制系統(tǒng)包括給定環(huán)節(jié)、測量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大運算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)、被控對象等。環(huán)節(jié)、放大運算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)、被控對象等。 每個組成部分的含義見教材每個組成部分的含義見教材P:6P:6盡管不同的反饋控制系統(tǒng)是由許多起著不同作用的環(huán)節(jié)盡管不同的反饋控制系統(tǒng)是由許多起著不同作用的環(huán)節(jié)組成，但都可以看成是由組成，但都可以看成是由控制部分控制部分和和被控部分被控部分組成。組成。反饋控制系統(tǒng)的組成反

41、饋控制系統(tǒng)的組成1.3 1.3 反饋反饋5252第一章第一章 緒論緒論1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求一、控制系統(tǒng)的幾種分類一、控制系統(tǒng)的幾種分類 1. 1. 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（反饋情況）按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（反饋情況） 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng): :系統(tǒng)沒有反饋回路系統(tǒng)沒有反饋回路 系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)沒有控制作用系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)沒有控制作用: :系統(tǒng)有反饋回路系統(tǒng)有反饋回路 系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5353第一章第一章 緒論緒論如

42、：步進電機驅(qū)動的數(shù)控機如：步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床床開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)、普通洗衣機、普通洗衣機、家用電烤箱、微波爐、家用電烤箱、微波爐步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5454第一章第一章 緒論緒論閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)如：伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機如：伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機床床、離心調(diào)速系統(tǒng)、離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、恒溫箱( (冰箱、空調(diào)冰箱、空調(diào)) )伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖伺服驅(qū)動

43、的數(shù)控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖伺服驅(qū)動的數(shù)控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5555按按有有無無反反饋饋無無有有開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點：構(gòu)造簡單，成本低。優(yōu)點：構(gòu)造簡單，成本低。缺點：無抗干擾能力，不能自缺點：無抗干擾能力，不能自 動糾偏，控制精度較低。動糾偏，控制精度較低。優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài) 精度高，動態(tài)精度好精度高，動態(tài)精度好。缺點：構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計與制造缺點：構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計與制造 較困難，成本較高。較困難，成本較高。第一章第一章 緒論緒論1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基

44、本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5656第一章第一章 緒論緒論 2. 2. 按輸出量的變化規(guī)律按輸出量的變化規(guī)律 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（恒值系統(tǒng)）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（恒值系統(tǒng)）：系統(tǒng)的輸出保持常量：系統(tǒng)的輸出保持常量 隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）：系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按：系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按 任意規(guī)律變化任意規(guī)律變化 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化：系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可以是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可以是閉環(huán)系統(tǒng)1.4 1.4 系統(tǒng)的

45、分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5757第一章第一章 緒論緒論 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng)；如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng)； 恒溫箱；恒溫箱； 液面自動調(diào)節(jié)器。液面自動調(diào)節(jié)器。工業(yè)生產(chǎn)中工業(yè)生產(chǎn)中溫度溫度、壓力壓力、流量流量、液面液面、速度速度等參數(shù)等參數(shù)的控制，均屬此類。的控制，均屬此類。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5858第一章第一章 緒論緒論 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)如：炮瞄雷達系統(tǒng)；如：炮瞄雷達系統(tǒng)； 導(dǎo)彈目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)；導(dǎo)彈目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)； 仿形機床；仿形機床； 全自動照相機的全自動照相機的 調(diào)

46、焦系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)。調(diào)焦系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求5959第一章第一章 緒論緒論 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)如：數(shù)控機床進給系統(tǒng)；如：數(shù)控機床進給系統(tǒng)； 全自動洗衣機；全自動洗衣機； 微波爐。微波爐。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求6060第一章第一章 緒論緒論3. 3.按信號類型按信號類型4. 4.按系統(tǒng)的性質(zhì)按系統(tǒng)的性質(zhì)5. 5.按參數(shù)的變化情況按參數(shù)的變化情況6. 6.按控制量按控制量連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)非線性

47、控制系統(tǒng)定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)時變系統(tǒng)時變系統(tǒng)位移控制系統(tǒng)位移控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求6161第一章第一章 緒論緒論二、對控制系統(tǒng)的基本要求二、對控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準(zhǔn)穩(wěn)、快、準(zhǔn)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的性性能能評評價價指指標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的快速性：系統(tǒng)的快速性：系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。這指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。這是系統(tǒng)正常工作的首要條件。是系統(tǒng)正常工作的首要條件。在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，當(dāng)系統(tǒng)

48、的輸出量與給定的輸入量之間在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差的快速程度。產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差的快速程度。調(diào)整過程結(jié)束后，輸出量與給定的輸入量之間的偏差。調(diào)整過程結(jié)束后，輸出量與給定的輸入量之間的偏差。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求以坐車的感受為例簡單說明以坐車的感受為例簡單說明6262 不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的要求各有側(cè)重。的要求各有側(cè)重。 在同一個控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性相在同一個控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性相互制約

49、，應(yīng)根據(jù)實際需求合理選擇。互制約，應(yīng)根據(jù)實際需求合理選擇。如自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求較高。如自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求較高。如隨動系統(tǒng)對響應(yīng)快速性要求較高。如隨動系統(tǒng)對響應(yīng)快速性要求較高。如數(shù)控機床對定位精度要求高。如數(shù)控機床對定位精度要求高。注意：注意：1.4 1.4 系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論6363第一章第一章 緒論緒論 本章小結(jié)：本章小結(jié)：機械工程控制論研究的對象與任務(wù)；機械工程控制論研究的對象與任務(wù)；系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)、機械系統(tǒng)）、動力學(xué)問題、模系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)、機械系統(tǒng)）、動力學(xué)問題、模型（靜態(tài)模型、動態(tài)模型）；反饋（正、負(fù)反饋，

50、型（靜態(tài)模型、動態(tài)模型）；反饋（正、負(fù)反饋，內(nèi)、外反饋）；控制系統(tǒng)的分類，閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)、外反饋）；控制系統(tǒng)的分類，閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成；對控制系統(tǒng)的基本要求。的組成；對控制系統(tǒng)的基本要求。本章小結(jié)本章小結(jié)6464例例1.11.1設(shè)電熱水器如下圖所示。為了保持希望的溫度，由溫控開設(shè)電熱水器如下圖所示。為了保持希望的溫度，由溫控開關(guān)接通或斷開電加熱器的電源。在使用熱水時，水箱中流出熱關(guān)接通或斷開電加熱器的電源。在使用熱水時，水箱中流出熱水并補充冷水。試說明該系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)的方框圖。水并補充冷水。試說明該系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)的方框圖。解：在電熱水器系統(tǒng)中，解：在電熱水器系統(tǒng)中，水箱內(nèi)的水溫

51、需要控制，水箱內(nèi)的水溫需要控制，即水箱為被控對象。即水箱為被控對象。水的實際溫度是被控制量，水的實際溫度是被控制量，或稱為系統(tǒng)的輸出量，輸或稱為系統(tǒng)的輸出量，輸入量為用戶希望的入量為用戶希望的溫度（給定值），由于放出熱水并注入冷水或水箱散熱等原溫度（給定值），由于放出熱水并注入冷水或水箱散熱等原因而使水箱內(nèi)水溫下降成為該系統(tǒng)的主要干擾。因而使水箱內(nèi)水溫下降成為該系統(tǒng)的主要干擾。第一章第一章 緒論緒論補充習(xí)題補充習(xí)題6565第一章第一章 緒論緒論補充習(xí)題補充習(xí)題當(dāng)當(dāng)To=Ti時時，水箱的實際水溫經(jīng)測溫元件檢測，并將實際水溫，水箱的實際水溫經(jīng)測溫元件檢測，并將實際水溫轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號，與溫控開關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號進行比較轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號，與溫控開關(guān)預(yù)