機(jī)械工程控制基礎(chǔ)1(第一章 緒論)

1、12 本本課程將注重過程，采用過程評(píng)價(jià)體系。成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)、課程將注重過程，采用過程評(píng)價(jià)體系。成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)、 實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、成績(jī)、成績(jī)?nèi)糠植糠纸M成。三部分部分組成。1. 平時(shí)平時(shí)成績(jī)：成績(jī)：到課率、遲到早退情況、作業(yè)情況等到課率、遲到早退情況、作業(yè)情況等2. 考試考試方式：方式：閉卷，卷面考試成績(jī)閉卷，卷面考試成績(jī)成績(jī)成績(jī)的計(jì)算：的計(jì)算：平時(shí)（平時(shí)（10% ）+實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（20% ）+考試（考試（ 70% ）注意：注意：1、遲到、早退、遲到、早退2次無平時(shí)成績(jī)；次無平時(shí)成績(jī)；2、缺席、不交作業(yè)累計(jì)、缺席、不交作業(yè)累計(jì)3次取消考試成績(jī)。次取消考試成績(jī)。課程成績(jī)確定方法：課程成績(jī)確

2、定方法：3機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教材及參考書課程教材及參考書 l教材：教材：1.1.自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理胡壽松等編胡壽松等編 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社2.2.復(fù)變函數(shù)與積分變換復(fù)變函數(shù)與積分變換包革軍等編包革軍等編 科學(xué)出版社科學(xué)出版社3. 3. MATLABMATLAB實(shí)用教程實(shí)用教程 （美）穆爾著，高會(huì)生譯（美）穆爾著，高會(huì)生譯 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社l參考書：參考書：4本課程與其它課程的關(guān)系本課程與其它課程的關(guān)系機(jī)械控制工程基礎(chǔ)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)電路理論電路理論大學(xué)物理大學(xué)物理信號(hào)與系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)復(fù)變函數(shù)復(fù)變函數(shù)拉氏變換拉氏變換模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)線

3、性代數(shù)微積分微積分各各 類類專業(yè)課專業(yè)課線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)現(xiàn)代控現(xiàn)代控制理論制理論 本本課程是非電專業(yè)的機(jī)電技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用廣泛，學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多課程是非電專業(yè)的機(jī)電技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用廣泛，學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多，不能輕視。否則，對(duì)以后的工作、學(xué)習(xí)將會(huì)造成影響，不能輕視。否則，對(duì)以后的工作、學(xué)習(xí)將會(huì)造成影響。5主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)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)模型工工程程控控制制技技術(shù)術(shù)時(shí)域分析時(shí)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)工程應(yīng)用工程應(yīng)用系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正6主要內(nèi)容主要內(nèi)容

4、6第一章 緒論第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 第三章 系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析 第四章 系統(tǒng)頻率特性分析 第五章 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 第六章 系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正第七章 非線性系統(tǒng)初步 第八章 線性離散系統(tǒng)初步第九章 系統(tǒng)辨識(shí)初步7 2014年德國政府的工業(yè)推進(jìn)計(jì)劃年德國政府的工業(yè)推進(jìn)計(jì)劃“”引發(fā)了關(guān)于第四次工業(yè)革命的熱議引發(fā)了關(guān)于第四次工業(yè)革命的熱議問題問題隨之而來隨之而來： 到底什么是第四次工業(yè)革命？ 第四次工業(yè)革命與之前的工業(yè)發(fā)展有何根本的不同？ 是什么推動(dòng)了人類進(jìn)入第四次工業(yè)革命？ 這些推動(dòng)因素在人類實(shí)現(xiàn)第四次工業(yè)革命中起到什么作用？8從工業(yè)從工業(yè)1.0 到工業(yè)到工業(yè) 4.0時(shí)間時(shí)間18世紀(jì)末工業(yè)工業(yè)1.0創(chuàng)

5、造了機(jī)器工廠的創(chuàng)造了機(jī)器工廠的“蒸汽時(shí)代蒸汽時(shí)代”20世紀(jì)初電力廣泛應(yīng)用電力廣泛應(yīng)用蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)信息物聯(lián)系統(tǒng)信息物聯(lián)系統(tǒng)1970年代初今天工業(yè)工業(yè)2.0將人類帶入分工明確、將人類帶入分工明確、大批量生產(chǎn)的流水線大批量生產(chǎn)的流水線模式和模式和“電氣時(shí)代電氣時(shí)代”工業(yè)工業(yè)3.0應(yīng)用電子信息技術(shù)，應(yīng)用電子信息技術(shù)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化化水平的水平的“信息化時(shí)信息化時(shí)代代”自動(dòng)化、信息化自動(dòng)化、信息化工業(yè)工業(yè)4.0開始應(yīng)用信息物理融開始應(yīng)用信息物理融合系統(tǒng)（合系統(tǒng)（CPS）復(fù)復(fù)雜雜度度 目標(biāo)：建立一個(gè)高度靈活的自動(dòng)化、個(gè)性化、數(shù)字化產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式 關(guān)鍵點(diǎn)：“原材料（物質(zhì)）”=“

6、信息”。智能工廠使用了含有信息的原材料，實(shí)現(xiàn)了“原材料（物質(zhì)）”=“信息”，制造業(yè)終將成為信息產(chǎn)業(yè)的一部分。9工業(yè)工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)統(tǒng)信息物理系統(tǒng)（信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System) 相相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型l 一是一是“智能工廠智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化

7、分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)l 二二是是“智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用智能工廠智能生產(chǎn)工業(yè)4.0機(jī)械工程控制機(jī)械工程控制P10現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制應(yīng)用應(yīng)用 現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈現(xiàn)代控制起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的軍備競(jìng)賽，如導(dǎo)彈(發(fā)發(fā)射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤射，操縱，指導(dǎo)及跟蹤)，衛(wèi)星，航天器和星球大，衛(wèi)星，航天器和星球大戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)戰(zhàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)P11現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制應(yīng)用應(yīng)用P12現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制應(yīng)用應(yīng)用13控制

8、的應(yīng)用舉例控制的應(yīng)用舉例 電機(jī)控制電機(jī)控制 機(jī)床控制機(jī)床控制 生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制 機(jī)器人控制機(jī)器人控制 . . . . . . . . . . .工業(yè)控制工業(yè)控制 機(jī)器人不再被固定在機(jī)器人不再被固定在 安全工作地點(diǎn)而是與人一起協(xié)同工作安全工作地點(diǎn)而是與人一起協(xié)同工作14控制的應(yīng)用舉例控制的應(yīng)用舉例蛟龍?zhí)栞d人潛水器是一艘由中國自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的載人蛟龍?zhí)栞d人潛水器是一艘由中國自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的載人潛水器潛水器。2009年至年至2012年，年，“接連取得接連取得1000米級(jí)、米級(jí)、3000米級(jí)、米級(jí)、5000米級(jí)和米級(jí)和7000米級(jí)米級(jí)海試成功。海試成功。2012年年

9、6月，在月，在馬里亞納海溝馬里亞納海溝創(chuàng)造了下潛創(chuàng)造了下潛7062米的中國載人深潛米的中國載人深潛紀(jì)錄，也是世界同類作業(yè)型潛水器最大下潛深度紀(jì)錄。紀(jì)錄，也是世界同類作業(yè)型潛水器最大下潛深度紀(jì)錄。蛟龍蛟龍?zhí)柼?hào):P15機(jī)械狗機(jī)械狗控制的應(yīng)用舉例控制的應(yīng)用舉例16控制的應(yīng)用舉例控制的應(yīng)用舉例汽汽 車車 電電 子子電源電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制行駛裝置行駛裝置報(bào)警與安全裝置報(bào)警與安全裝置旅居性旅居性儀表儀表娛樂通訊娛樂通訊17控制的應(yīng)用舉例控制的應(yīng)用舉例其他其他工程應(yīng)用工程應(yīng)用 軍事軍事、航天、航天領(lǐng)域領(lǐng)域（火炮、雷達(dá)、跟蹤系統(tǒng)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船火炮、雷達(dá)、跟蹤系統(tǒng)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等）等） 流程工

10、業(yè)（流程工業(yè)（軋鋼過程、工業(yè)窯爐、石油化工、水泥建材、玻璃、造紙軋鋼過程、工業(yè)窯爐、石油化工、水泥建材、玻璃、造紙等）等） 現(xiàn)代現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)（自動(dòng)灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)；疫情檢測(cè)自動(dòng)灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)；疫情檢測(cè)等等 ） 其他領(lǐng)域其他領(lǐng)域（通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等）等）18控制的基本概念控制的基本概念19控制實(shí)例控制實(shí)例2：冰箱控制系統(tǒng)：冰箱控制系統(tǒng)2021控制系統(tǒng)的基本概念（控制系統(tǒng)的基本概念（1 1）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（2 2）控制系統(tǒng)的的分析（控制系統(tǒng)的的分析（3 3、4 4、5 5）時(shí)域分析（時(shí)域分析（3 3）

11、頻域分析（頻域分析（4 4）根軌跡分析根軌跡分析穩(wěn)定性分析（穩(wěn)定性分析（5 5）控制系統(tǒng)的綜合（控制系統(tǒng)的綜合（6 6）時(shí)域分析法（時(shí)域分析法（3 3）頻域分析法（頻域分析法（4 4）根軌跡法根軌跡法22控制的基本概念控制的基本概念23控制的基本概念控制的基本概念2425第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)26第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù) 27第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)譬如：譬如：機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)思維、學(xué)習(xí)、工作思維、學(xué)習(xí)、工作社會(huì)系統(tǒng)社會(huì)系統(tǒng)

12、生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)自然系統(tǒng)自然系統(tǒng)人造系統(tǒng)人造系統(tǒng)實(shí)體系統(tǒng)實(shí)體系統(tǒng)概念系統(tǒng)概念系統(tǒng)28第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)29第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)30第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù) 機(jī)械系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)中的“激勵(lì)激勵(lì)”與與“響應(yīng)響應(yīng)”分別分別代表著系統(tǒng)的輸入和輸出。代表著系統(tǒng)的輸入和輸出。31第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)實(shí)物模型實(shí)物模型物理模型物理模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型：

13、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。（一般用一般用代數(shù)方程代數(shù)方程描述）描述）動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型：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。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。 （一般用一般用微分方程微分方程或或差分方程差分方程描述）描述）( (描繪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)歷程描繪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)歷程) ) 模型模型: : 就是對(duì)系統(tǒng)的一種客觀描述，它通常是真實(shí)系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)化。就是對(duì)系統(tǒng)的一種客觀描述，它通常是真實(shí)系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)化。32第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象

14、與任務(wù) 模型模型是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、描述系統(tǒng)以及分析系統(tǒng)的是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、描述系統(tǒng)以及分析系統(tǒng)的工具工具。靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型分析示例靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型分析示例機(jī)器隔振系統(tǒng)機(jī)器隔振系統(tǒng)F(t)：外力，即激勵(lì)：外力，即激勵(lì)N(t)：隔振墊對(duì)機(jī)器的支反力：隔振墊對(duì)機(jī)器的支反力 y(t)：地基的位移，亦可作激勵(lì)：地基的位移，亦可作激勵(lì)x(t)：機(jī)器的位移，即響應(yīng)：機(jī)器的位移，即響應(yīng) 動(dòng)態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在控制理論或控制工程動(dòng)態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在控制理論或控制工程中，一般關(guān)心的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此，往往需要采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。中，一般關(guān)心的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

15、特性，因此，往往需要采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。即，即，一般所指的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。一般所指的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。33第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)輸入相異的單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)輸入相異的單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)說明：參數(shù)說明：m系統(tǒng)質(zhì)量；系統(tǒng)質(zhì)量；c粘性阻尼系數(shù)；粘性阻尼系數(shù)；k彈簧剛度彈簧剛度34第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)（1）外力）外力f(t)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方程：動(dòng)力學(xué)方程：Fma f tky tcy tmy t微分算

16、子：微分算子：dpdt dy typ ydt動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化為：動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化為： 2mpcpk y tf t 222dy typydt被動(dòng)力之和被動(dòng)力之和= =主動(dòng)力主動(dòng)力則：則：35第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)（2）位移）位移x(t)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方程：動(dòng)力學(xué)方程： k x ty tc x ty tmy t微分算子：微分算子：dpdt dy typ ydt動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化為：動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化為： 2mpcpk y tcpk x t 222dy typydt則：則：36第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械

17、工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)2mpcpk0(0),yy0.(0)yy( ) ,( )f tx t( )y t初始狀態(tài)、系統(tǒng)固有特性、外界作初始狀態(tài)、系統(tǒng)固有特性、外界作用、與外界的關(guān)系等四大因素決定用、與外界的關(guān)系等四大因素決定系統(tǒng)響應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng) 2mpcpk y tcpk x t 2mpcpk y tf t37第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)38第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)例例1 圖示為數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)。如果考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的制造誤差，圖示為數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)。如果考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的制造誤差，為了使為了

18、使工作臺(tái)均勻移動(dòng)工作臺(tái)均勻移動(dòng)，試確定其輸入，試確定其輸入。若系統(tǒng)的輸入已知（例如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速），要求確定系統(tǒng)且其輸出符合工作臺(tái)均勻移動(dòng)的要求。此即此即最優(yōu)控制問題最優(yōu)控制問題。即為最優(yōu)設(shè)計(jì)問題。39第一第一講講 機(jī)械工程機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)控制論的研究對(duì)象與任務(wù)例例2 2 電子稱電子稱的原理如下圖。顯示即的原理如下圖。顯示即為為輸出輸出，重物的重量為，重物的重量為輸入輸入，要求，要求確確定系統(tǒng)定系統(tǒng)（即電子稱）以識(shí)別輸入或輸（即電子稱）以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)入中的有關(guān)信息。信息。若若輸入輸入（重物）和（重物）和輸出輸出（顯示）已知，求（顯示）已知，求系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

19、 ，即建立系統(tǒng)的，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)識(shí)別或系系統(tǒng)識(shí)別或系統(tǒng)辯識(shí)統(tǒng)辯識(shí)問題問題濾波濾波與預(yù)測(cè)與預(yù)測(cè)問題問題40本講小結(jié)本講小結(jié)A了解控制并認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)了解控制并認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)A控制論的研究對(duì)象控制論的研究對(duì)象A控制論的研究任務(wù)或內(nèi)容控制論的研究任務(wù)或內(nèi)容第一講第一講 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)41第一章第一章 緒論緒論第二講第二講 反饋反饋42第二講第二講 反饋反饋?zhàn)詣?dòng)控制示例自動(dòng)控制示例1 1：液位控制系統(tǒng)：液位控制系統(tǒng)分析控制系統(tǒng)的組成要素分析控制系統(tǒng)的組成要素：被被控制對(duì)象：控制對(duì)象：貯罐貯罐；控制控制目標(biāo)：目標(biāo)：液位恒定液位恒定；控制控制

20、手段手段：手動(dòng)手動(dòng)/ /自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的的部分部分43第二講第二講 反饋反饋?zhàn)詣?dòng)控制示例自動(dòng)控制示例1 1：液位控制系統(tǒng)：液位控制系統(tǒng)系統(tǒng)的表達(dá)控制系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間的信號(hào)的傳遞與反饋系統(tǒng)的表達(dá)控制系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間的信號(hào)的傳遞與反饋 關(guān)系關(guān)系：期望期望液位液位閥門閥門貯罐貯罐實(shí)際液位實(shí)際液位（輸出）（輸出）液液位位計(jì)計(jì)人腦人腦實(shí)際實(shí)際液位液位擾動(dòng)擾動(dòng)人手人手人眼人眼實(shí)際與期實(shí)際與期望液位差望液位差44第二講第二講 反饋反饋?zhàn)詣?dòng)控制示例自動(dòng)控制示例1 1：液位控制系統(tǒng)：液位控制系統(tǒng)系統(tǒng)的表達(dá)控制系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間的信號(hào)的傳遞與反饋系統(tǒng)的表達(dá)控制系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間的信號(hào)的傳遞與反饋 關(guān)系關(guān)系：

21、浮浮球球杠桿杠桿閥門閥門貯罐貯罐實(shí)際液位實(shí)際液位（輸出）（輸出）實(shí)際液位實(shí)際液位擾動(dòng)擾動(dòng)浮球浮球位置位置期望期望液位液位45第二講第二講 反饋反饋1、反饋、反饋（1 1）根據(jù)反饋信號(hào)的來源分）根據(jù)反饋信號(hào)的來源分n 反饋的分類：反饋的分類： 外反饋（反饋控制）：外反饋（反饋控制）：相對(duì)于被控對(duì)象而言，由附加相對(duì)于被控對(duì)象而言，由附加的反饋裝置引起的信息交互。的反饋裝置引起的信息交互。外外反饋反饋舉例說明：舉例說明：46第二講第二講 反饋反饋1、反饋、反饋（1 1）根據(jù)反饋信號(hào)的來源分）根據(jù)反饋信號(hào)的來源分n 反饋的分類：反饋的分類：內(nèi)反饋：內(nèi)反饋：系統(tǒng)或過程中由于各元素間的相互聯(lián)系而自然形成的

22、各種反饋系統(tǒng)或過程中由于各元素間的相互聯(lián)系而自然形成的各種反饋 ，是，是系系統(tǒng)內(nèi)部的信息的交互統(tǒng)內(nèi)部的信息的交互；反映系統(tǒng)內(nèi)部元素間互為因果的內(nèi)在聯(lián)系；反映系統(tǒng)內(nèi)部元素間互為因果的內(nèi)在聯(lián)系；內(nèi)反饋舉例說明：內(nèi)反饋舉例說明： 人體的溫度自我調(diào)節(jié)人體的溫度自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)反饋是造成內(nèi)反饋是造成機(jī)械系統(tǒng)存在機(jī)械系統(tǒng)存在一一定的動(dòng)態(tài)特性的根本原因！定的動(dòng)態(tài)特性的根本原因！47第二講第二講 反饋反饋 內(nèi)反饋：內(nèi)反饋：耦合反饋（系統(tǒng)或過程中自然形成的反饋）耦合反饋（系統(tǒng)或過程中自然形成的反饋）內(nèi)反饋實(shí)例分析內(nèi)反饋實(shí)例分析單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)48第二講第二講 反饋反饋狀態(tài)方程表示：狀態(tài)方程表示：取取有

23、：有：狀態(tài)方程用方框圖表示為：狀態(tài)方程用方框圖表示為：y1和和y2之間具有信息交互作之間具有信息交互作用，本質(zhì)上是彈簧的位能用，本質(zhì)上是彈簧的位能與質(zhì)量的動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。與質(zhì)量的動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。 y2本身的交互作用就是阻本身的交互作用就是阻尼消耗能量的過程。尼消耗能量的過程。49第二講第二講 反饋反饋1、反饋、反饋(2)(2)根據(jù)反饋的作用的結(jié)果分類根據(jù)反饋的作用的結(jié)果分類n 反饋的分類：反饋的分類：負(fù)反饋：負(fù)反饋：反饋信息與控制信息的作用方向相反，因而制約控制部分的活動(dòng)。反饋信息與控制信息的作用方向相反，因而制約控制部分的活動(dòng)。 輸出（被控量）偏離設(shè)定值（目標(biāo)值）時(shí)，反饋的作用使輸出偏離的程

24、度輸出（被控量）偏離設(shè)定值（目標(biāo)值）時(shí)，反饋的作用使輸出偏離的程度減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。 如如： 液面控制系統(tǒng)液面控制系統(tǒng) 火炮瞄準(zhǔn)火炮瞄準(zhǔn) 50第二講第二講 反饋反饋1、反饋、反饋(2)(2)根據(jù)反饋的作用的結(jié)果分類根據(jù)反饋的作用的結(jié)果分類n 反饋的分類：反饋的分類： 正反饋：正反饋：反饋信息不是制約控制部分的活動(dòng)，而是促進(jìn)和加強(qiáng)控制部分的活動(dòng)。反饋信息不是制約控制部分的活動(dòng)，而是促進(jìn)和加強(qiáng)控制部分的活動(dòng)。 輸出（被控量）偏離設(shè)定值（目標(biāo)值）時(shí)，反饋的作用使輸出偏離的程度加劇。輸出（被控量）偏離設(shè)定值（目標(biāo)值）時(shí)，反饋的作用使輸出偏離的程度加劇。 如：圖示的液位控制

25、系統(tǒng)如：圖示的液位控制系統(tǒng) 電子加速器電子加速器 火藥爆炸火藥爆炸 熱核反應(yīng)熱核反應(yīng) 51第二講第二講 反饋反饋512、反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成52第二講第二講 反饋反饋 1 1給定環(huán)節(jié)；給定環(huán)節(jié)；2 2比較環(huán)節(jié)；比較環(huán)節(jié)；3 3校正環(huán)節(jié)；校正環(huán)節(jié)；4 4放大環(huán)節(jié)；放大環(huán)節(jié)；5 5執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6 6被控對(duì)象；被控對(duì)象；7 7檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本環(huán)節(jié)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本環(huán)節(jié)設(shè)定被控制量設(shè)定被控制量的給定值的裝的給定值的裝置置將所檢測(cè)的被控制量將所檢測(cè)的被控制量與給定量進(jìn)行比較，與給定量進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差確定兩者之間的偏差量，多用差動(dòng)放大器量，

26、多用差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對(duì)構(gòu)直接作用于控制對(duì)象，使被控制量達(dá)到象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值所要求的數(shù)值要進(jìn)行控制要進(jìn)行控制的設(shè)備或過的設(shè)備或過程程控制系統(tǒng)所控控制系統(tǒng)所控制的物理量制的物理量（被控量）（被控量） 檢測(cè)被控制量，檢測(cè)被控制量，并將其轉(zhuǎn)換為與并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物給定量相同的物理量理量用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，如放大、整流，也如放大、整流，也稱為調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)稱為調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)53第二講第二講 反饋反饋3、控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類圖圖1.4.1 開環(huán)系統(tǒng)示意圖開環(huán)系統(tǒng)示意圖54第二講第二講 反饋反饋圖圖1.4.21.4.2閉環(huán)系統(tǒng)示意圖閉環(huán)系統(tǒng)示意圖55第二講第二講 反饋反饋56第二講第二講 反饋反饋57第二講第二講 反饋反饋連續(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)定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)時(shí)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) 引出點(diǎn)（分支點(diǎn)）：引出點(diǎn)（分支點(diǎn)）：從某一信號(hào)線上引出新的分支