機械工程控制基礎chapter1

1、控 制 工 程 基 礎湖南理工學院機械工程學院課程簡介課程簡介1、性質(zhì)： 學科基礎課程；考研課程；學位課程。3、目的：三個方面提升。動態(tài)而非靜態(tài)地去研究一個機械系統(tǒng)；整體而不是分離的角度，研究系統(tǒng)的動態(tài)行為。（1）觀念-突破從信息傳遞與反饋的角度去分析系統(tǒng)間（或系統(tǒng)內(nèi)部各元素間）的相互聯(lián)系、相互作用和相互影響。（3）思維-科學（2）方法-系統(tǒng)把對象視為系統(tǒng)，注重系統(tǒng)的整體性，把系統(tǒng)模型化，利用數(shù)學工具，精確描述系統(tǒng)。定性分析和定量描述相結(jié)合。 2、特點：理論性強、高度抽象、知識點多、難度大。5、關聯(lián)知識：高數(shù)、工程力學、電工電子技術、液壓傳動等。6、服務課程： 傳感器與檢測技術、電液控制技術、

2、機電一體化系統(tǒng)、計算機控制技術，數(shù)控技術等。 具體內(nèi)容：控制系統(tǒng)的基本組成，控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，控制系統(tǒng)的分析方法（時域分析法，頻域分析法），控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)的校正和設計。（經(jīng)典控制理論）4、內(nèi)容： 以機械系統(tǒng)為主要對象，以數(shù)學方法和計算機技術為主要工具，研究各種控制策略及控制系統(tǒng)的理論、方法和技術。參考資料參考資料中文名中文名: : 現(xiàn)代控制系統(tǒng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)原名原名: Modern Control Systems: Modern Control Systems作者作者: Richard C. Dorf: Richard C. Dorf Robert H. Bishop Robert

3、H. Bishop譯者：沈衛(wèi)紅譯者：沈衛(wèi)紅20072007年電子工業(yè)出版社年電子工業(yè)出版社中文名中文名: : 現(xiàn)代控制工程現(xiàn)代控制工程原名原名: Modern Control Engineering Fifth Edition: Modern Control Engineering Fifth Edition作者作者: Katsuhiko Ogata: Katsuhiko Ogata譯者：譯者：盧伯英 20032003年電子工業(yè)出版社年電子工業(yè)出版社 控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制技術的應用控制

4、技術的應用控制技術的應用第一章 緒論1.1 控制論概述18931893年生，天才神童，美國人，哲學家、數(shù)學家。年生，天才神童，美國人，哲學家、數(shù)學家。3 3歲開始讀書上，歲開始讀書上，生物學和天文學的初級科學生物學和天文學的初級科學 讀物成了他在科學方面的啟蒙書籍。讀物成了他在科學方面的啟蒙書籍。1111歲寫出感知理論的哲學論文。歲寫出感知理論的哲學論文。1414歲塔夫茨學院大學畢業(yè)。歲塔夫茨學院大學畢業(yè)。1818歲哈佛大學哲學博士。歲哈佛大學哲學博士。代表作：代表作：人有人的用處人有人的用處，行為、目的、行為、目的、目的性目的性。5555歲（歲（19481948年）創(chuàng)立年）創(chuàng)立控制論控制論。

5、 維納其人維納其人大器晚成的科學家大器晚成的科學家 第二次世界大戰(zhàn)期間，第二次世界大戰(zhàn)期間，維納接受了軍方的一項與火力控制有關的維納接受了軍方的一項與火力控制有關的研究工作，這個研究小組邀請了許多不同領域的科學家，維納基研究工作，這個研究小組邀請了許多不同領域的科學家，維納基于深厚的生物學知識和數(shù)學知識，深入探索模擬人腦的行為來控于深厚的生物學知識和數(shù)學知識，深入探索模擬人腦的行為來控制火炮。制火炮。上世紀上世紀40年代，伴隨著科學技術的發(fā)年代，伴隨著科學技術的發(fā) 展，一系列的科學技術問題是某一領展，一系列的科學技術問題是某一領 域單獨學科的科學家無法解決的。這域單獨學科的科學家無法解決的。這

6、 促使許多不同學科的科學家自行組織促使許多不同學科的科學家自行組織 各種討論會，研究共同感興趣的問題，主要是各學科之間交叉的各種討論會，研究共同感興趣的問題，主要是各學科之間交叉的問題。問題。維納經(jīng)常參加這類聚會結(jié)識了一批生物學家、物理學家、維納經(jīng)常參加這類聚會結(jié)識了一批生物學家、物理學家、數(shù)學家、化學家、計算機科學家等，為創(chuàng)立控制論奠定了一定基數(shù)學家、化學家、計算機科學家等，為創(chuàng)立控制論奠定了一定基礎。礎?？刂普撔纬蓺v史控制論形成歷史控制論中的三要素：控制論中的三要素：同構理論，信息的流動與交換，反同構理論，信息的流動與交換，反饋機制。饋機制?？刂普撝械耐瑯嬂碚摚嚎刂普撝械耐瑯嬂碚摚盒『⑷∥?/p>

7、小孩取物 感覺器官：眼、耳感覺器官：眼、耳 中樞決策器官：大腦中樞決策器官：大腦 執(zhí)行器官：手、腳執(zhí)行器官：手、腳火炮打飛機火炮打飛機控制理論形成基礎控制理論形成基礎 盡管機器與動物在本質(zhì)上有著天壤之別，有著有生命和無生命的差別，但從機器控制的動作和人的行為過程來看，他們有著相當確切的“同構性”，這就是在實現(xiàn)機器動作和人的行為過程中，無一例外的經(jīng)過了檢測、決策、執(zhí)行三個環(huán)節(jié)。 在小孩取物和火炮打飛機的過程中，檢測的是被控對象的位置坐標信息，決策機構是根據(jù)位置坐標信息進行決策，執(zhí)行機構根據(jù)決策機構的決策信息進行執(zhí)行。小結(jié)小結(jié)盲人摸象游戲：盲人摸象游戲：蒙上眼睛信息只有單向流動，睜著眼睛信息是雙向

8、流動的。信息的流動與交換信息的流動與交換我們先研究一下，蒙上了眼睛是怎么控制摸象的？有沒有信息的流動？為什么具有不確定性？睜開眼睛，為什么一定摸到象？蒙上眼睛摸象稱為主動控制；睜著 眼睛摸象稱為被動控制?？刂七^程 是一個動態(tài)的過程。反饋是指一個系統(tǒng)把信息輸出后，又將系統(tǒng)的輸出信息返回反饋是指一個系統(tǒng)把信息輸出后，又將系統(tǒng)的輸出信息返回到系統(tǒng)的輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統(tǒng)的再到系統(tǒng)的輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統(tǒng)的再輸出的過程。輸出的過程。控制論中稱信息的雙向流動為控制論中稱信息的雙向流動為“反饋聯(lián)系反饋聯(lián)系”維納把控制論看作是一門研究機器、生命、社會（維納把控制論看作是一

9、門研究機器、生命、社會（同構性同構性）中控制和通訊的一般規(guī)律的科學。中控制和通訊的一般規(guī)律的科學?？刂频幕A是信息，一切控制的基礎是信息，一切信息傳遞都是為了控制，任何控制又都有賴于信息反饋來實信息傳遞都是為了控制，任何控制又都有賴于信息反饋來實現(xiàn)。信息反饋是控制論的一個極其重要的概念?，F(xiàn)。信息反饋是控制論的一個極其重要的概念。 控制論中，把所研究對象都視為系統(tǒng)（可以是控制論中，把所研究對象都視為系統(tǒng)（可以是機器系統(tǒng)、機器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、社會系統(tǒng)生命系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等）。用于設定系統(tǒng)行為目標的輸入稱等）。用于設定系統(tǒng)行為目標的輸入稱為控制輸入，控制輸入是指使系統(tǒng)達到期望的目標值所需要為控制輸入，

10、控制輸入是指使系統(tǒng)達到期望的目標值所需要的輸入信號，系統(tǒng)經(jīng)決策、執(zhí)行所產(chǎn)生的行為或結(jié)果為實際的輸入信號，系統(tǒng)經(jīng)決策、執(zhí)行所產(chǎn)生的行為或結(jié)果為實際輸出，系統(tǒng)為達到行為目標的歷程是動態(tài)歷程。輸出，系統(tǒng)為達到行為目標的歷程是動態(tài)歷程?？刂普摫硎隹刂普摫硎隹刂疲簩ο笫┘铀璧牟僮鳎a(chǎn)生期望的結(jié)果。 廣義對象：性能各異的任何對象?？刂频娜兀罕豢貙ο蟆⒖刂蒲b置（機構）、控制目標。 物體、機器、過程或經(jīng)濟、社會現(xiàn)象等一般廣泛的系統(tǒng)，都可稱為被控對象。 控制人口規(guī)模控制流行疾病控制物價上漲控制環(huán)境污染控制含有 “調(diào)節(jié)、調(diào)整”，“管理、監(jiān)督”，“運用、操作”等意思。 由于控制對象不同，其運動規(guī)律不同，控制

11、的目標和策略也不同。不能忽視對象的固有特性?？刂普摰幕痉椒ǎ?、了解事物或?qū)ο竺媾R的可能性空間。 （對象分析）2、在可能性空間中選擇某些狀態(tài)為目標。 （目標控制）3、控制條件使事物向既定目標轉(zhuǎn)化。 （控制裝置）例如：我們不能控制光在真空中的傳播速度不變又如：地震時有發(fā)生我們卻控制不了沒有方法和手段被控制對象的可控性和能控性問題：還有：“點石不成金”沒有這種可能性控制論經(jīng)濟學社會學生物學工程技術經(jīng)濟控制論社會控制論生物控制論工程控制論機械工程機械工程控制論控制論是一般方法論：控制論是一般方法論：控制論是研究控制的共同規(guī)律的技術科學，它所提出的思考、分析和解決問題的思想方法符合辯證法，具有普遍指

12、導意義，因此控制論與其它學科結(jié)合形成眾多的學科分支：相對于其它系統(tǒng)機械系統(tǒng)是最簡單的系統(tǒng)。工程上常常要對對象的某一參數(shù)或某些參數(shù)施加控制：汽車定速巡航：控制車輛行駛速度；粉末冶金成型：控制壓力和溫度；可能性空間：控制對象參數(shù)的變化范圍（輸出） ；控制目標：期望值；控制：施加一定的外部操作（輸入）。對象=系統(tǒng)對對象的操作=控制輸入（信息）可能性空間=對象輸出（信息）數(shù)控加工：控制刀具的進給量，主軸電機速度等。系統(tǒng)（被控對象）輸入輸出共性問題把對象視為系統(tǒng)是控制論的基本思想：對象是一個靜態(tài)概念，系統(tǒng)是一個動態(tài)概念。第一章 緒論機械工程控制論研究： 機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題。1.2 機械工

13、程控制論的研究對象與任務1、系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）2、動力學問題1、系統(tǒng)：相互聯(lián)系相互作用的元素構成的、一定功能的有機整體。三個要素： 元素, 元素間的聯(lián)系, 功能性。廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設備加工過程、操作設備、測量車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團、全球制造行業(yè)。機械工程中的廣義系統(tǒng)：譬如：機器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)思維、學習、工作社會系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο?。自然系統(tǒng)人造系統(tǒng)實體系統(tǒng)概念系統(tǒng)2、系統(tǒng)動力學問題 系統(tǒng)在外界的作用下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)由其系統(tǒng)內(nèi)部固有特性所決定的動態(tài)歷程。這一過程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出 三者間的關系即為動力學問題。外界對系統(tǒng)的作用： 輸入或激勵，

14、包括外加控制輸入和干擾輸入；系統(tǒng)內(nèi)部固有特性： 由系統(tǒng)的結(jié)構和參數(shù)所決定，與外加的輸入作用無關；系統(tǒng)動態(tài)歷程： 輸出或響應 ，指系統(tǒng)的動態(tài)行為。例1-1 彈簧質(zhì)量阻尼，單自由度系統(tǒng)。（同一系統(tǒng)，不同的外界作用）圖1-4 mck 單自由度系統(tǒng))()()()(tymtyctkytf)()()()()(tymtytxctytxk)()()()()(tkxtxctkytcytym系統(tǒng)a：)()()()(tftkytyctym系統(tǒng)b：（式中P=d/dt，稱為微分算子）)()()(2tftykcpmp系統(tǒng)a)()()()(2txkcptykcpmp系統(tǒng)b3、簡單系統(tǒng)分析例1-1 彈簧質(zhì)量阻尼，單自由度系統(tǒng)

15、。圖1-4 mck 單自由度系統(tǒng)動力學方程：)()()(2tftykcpmp系統(tǒng)a)()()()(2txkcptykcpmp系統(tǒng)b系統(tǒng)的固有特性：kcpmp2外界作用：)(),(txtf系統(tǒng)的輸入或激勵系統(tǒng)對輸入的影響（結(jié)構參數(shù)）：kcp , 1系統(tǒng)對輸入的響應（系統(tǒng)的輸出）：)(ty初始狀態(tài)：00)0(,)0(yyyy描述系統(tǒng)的動態(tài)狀態(tài)變量：)(),(tyty動力學方程的一般形式：對一般的線性系統(tǒng)，其動力學方程可用高階線性微分方程表示：xbbxbxbyaayayaxymmmmnnnn01)1(1)(01)1(1)(.10100)0(.)0()0(nnyyyyyy方程左端的式子：yayayan

16、nnn1)1(1)(.反映了系統(tǒng)的固有特性。方程右端的式子：xbxbxbmmmm1)1(1)(.反映了系統(tǒng)與外界的聯(lián)系。而其中：)0(),0(),.0(),0()2()1(yyyynn為系統(tǒng)的初始狀態(tài)。)(),(),.(),()2()1(tyttytyynn 刻畫系統(tǒng)的動態(tài)歷程的狀態(tài)變量。 上例中，微分方程的解y（t） （系統(tǒng)的輸出），是由系統(tǒng)的輸入(初始條件、系統(tǒng)的輸入)和系統(tǒng)的固有特性所決定。就系統(tǒng)輸入和輸出三者間的關系而言，需要研究的三類問題：1)系統(tǒng)評價與分析問題： 已知系統(tǒng)和系統(tǒng)輸入求輸出y(t）。2)系統(tǒng)控制問題： 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)預期的響應（輸出

17、）。3)建立系統(tǒng)的問題： 對于確定的輸入，系統(tǒng)應具有什么特性，才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的響應（輸出）?；緞恿W問題。 一般地，根據(jù)研究的目的不同，系統(tǒng)的功能不同，所需研究的問題細化為五個方面的問題：（2）最優(yōu)控制問題：（3）最優(yōu)設計問題：（4）濾波與預測問題：（5）系統(tǒng)辨識問題：1（1）系統(tǒng)分析問題：（2）最優(yōu)控制問題：已知系統(tǒng)，確定輸入使系統(tǒng)輸出最佳。（3）最優(yōu)設計問題：已知輸入，設計系統(tǒng)，使輸出最佳。（4）濾波與預測問題：輸出已知時，確定系統(tǒng)，識別輸入或輸 入中的有關信息。（5）系統(tǒng)辨識問題： 已知系統(tǒng)的輸入和輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構與 參數(shù)，建立數(shù)學模型。（1）系統(tǒng)分析問題：已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)

18、的響應（或輸出），并通過響應來研究系統(tǒng) (評價系統(tǒng)的性能)本身的問題。 1.2.2 機械系統(tǒng)及其模型一 、機械系統(tǒng) 以機械零部件為元素構成的系統(tǒng)。二、研究機械系統(tǒng)就要建立機械系統(tǒng)的數(shù)學模型。這要用到工程力學等學科的相關知識。三、系統(tǒng)模型 數(shù)學模型又包括靜態(tài)模型和動態(tài)模型。靜態(tài)模型反映系統(tǒng)平衡下的特性，動態(tài)模型反映系統(tǒng)系統(tǒng)不平衡下的動態(tài)特性。動態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。圖1-5 mk簡單系統(tǒng)0.0.)0(;)0()()()(yyyytftkytym系統(tǒng)的動力學方程為：.( )=0( )( )y tky tf t若：，自動控制：無須人的直接參與，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制

19、器）使機器、設備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預定的規(guī)律運行。 1.3 自動控制與反饋人工控制：由人本身通過判斷和操作進行的控制 。根據(jù)產(chǎn)生控制作用的主體的不同，控制可分為：人工控制和自動控制。 人工控制人工控制自動控制自動控制控制系統(tǒng)中的信息傳遞與反饋：閥門貯罐液位（輸出）液位計實際液位擾動杠桿閥門貯罐液位（輸出）實際液位擾動期望液位期望液位人手控制示例1： 我們把想控制的目標量，如儲水容器的水位、叫做被控量，而把產(chǎn)生期望水位所需要的輸入量稱給定量。作用在被控制對象上的物理量叫做控制量。 人腦浮球自動控制示例2：汽輪機離心調(diào)速器預緊彈簧連桿閥門汽輪機轉(zhuǎn)速（輸出）離心機構實際轉(zhuǎn)速滑套

20、擾動期望轉(zhuǎn)速離心力第一章 緒論控制示例3：老鷹抓小雞鷹的方位運動系統(tǒng)鷹眼鷹的實際方位神經(jīng)系統(tǒng)鷹腦小雞的方位老鷹鷹眼反饋：系統(tǒng)的輸出不斷地、直接或間接地、全部或部分地返回，并不斷的作用于系統(tǒng)。反饋控制的本質(zhì)：利用偏差控制系統(tǒng)的輸出預緊彈簧連桿閥門汽輪機轉(zhuǎn)速（輸出）離心機構實際轉(zhuǎn)速滑套期望轉(zhuǎn)速離心力擾動鷹的方位運動系統(tǒng)鷹眼鷹的實際方位神經(jīng)系統(tǒng)鷹腦小雞的方位老鷹杠桿閥門貯罐液位（輸出）實際液位擾動期望液位浮球反饋控制系統(tǒng)的組成：以汽輪機離心調(diào)速器為例:被控對象: 汽輪機被控量: 轉(zhuǎn)速測量環(huán)節(jié): 離心機構預緊彈簧連桿閥門汽輪機轉(zhuǎn)速（輸出）實際轉(zhuǎn)速滑套擾動期望轉(zhuǎn)速離心力離心機構執(zhí)行環(huán)節(jié): 閥門控制量:

21、蒸汽流量放大校正環(huán)節(jié): 滑套和連桿給定環(huán)節(jié): 預緊彈簧給定量: 給定環(huán)節(jié)所給定的物理量反饋量: 測量環(huán)節(jié)所檢測的物理量偏差: 反饋量與給定量之差值比較環(huán)節(jié): 產(chǎn)生偏差反饋控制系統(tǒng)的組成框圖 反饋控制系統(tǒng)從組成要素上可以分為六個基本環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有其功能，又都是由一些基本元件組成的。我們用框圖和一些連線描述反饋系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)間的聯(lián)系。C:控制量e:偏差Xi:給定量Xc:反饋量測量環(huán)節(jié)xc給定環(huán)節(jié)放大校正環(huán)節(jié)被控對象執(zhí)行環(huán)節(jié)xiexoC理想輸出實際輸出比較環(huán)節(jié)圖形符號：元件框，比較節(jié)點，引出節(jié)點和連線?？刂破鲌?zhí)行器比較器測量裝置給定裝置 （4）按信息流動的方向?qū)⒏鱾€環(huán)節(jié)用元件方框和連線連接起來。

22、自動控制系統(tǒng)方框圖的繪制步驟（1）分析控制系統(tǒng)的工作原理，找出被控對象。 （2）分清系統(tǒng)的各物理量。給定量、控制量、被控量和反饋量。（3）按照控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的定義，找出相應的各個環(huán)節(jié)。例題講解第一章 緒論 （5）分析系統(tǒng)的控制原理。 預期行車路線預期行車路線實際行車路線實際行車路線 例題例題1 1：根據(jù)控制系統(tǒng)的組成原理，畫出人按預定行車路線：根據(jù)控制系統(tǒng)的組成原理，畫出人按預定行車路線 駕駛汽車，行駛到目的地的控制系統(tǒng)框圖。駕駛汽車，行駛到目的地的控制系統(tǒng)框圖。手方向盤汽車眼睛大腦預期行車路線預期行車路線實際行車路線實際行車路線直流電機放大器轉(zhuǎn)盤實際轉(zhuǎn)速測速發(fā)電機滑動電阻預期轉(zhuǎn)速Ui直流放大

23、器直流放大器電池+-轉(zhuǎn)速設定EdUiUrEUO例題例題2 2：根據(jù)控制系統(tǒng)的組成原理畫出如圖所示的轉(zhuǎn)盤恒：根據(jù)控制系統(tǒng)的組成原理畫出如圖所示的轉(zhuǎn)盤恒速控制系統(tǒng)框圖。速控制系統(tǒng)框圖。直流電機直流電機測速電機測速電機UrE控制系統(tǒng)的數(shù)學模型控制系統(tǒng)的數(shù)學模型:控制系統(tǒng)的組成物理框圖反映了系統(tǒng)中各元素之間的物理聯(lián)系及控制系統(tǒng)的組成物理框圖反映了系統(tǒng)中各元素之間的物理聯(lián)系及信號之間的因果聯(lián)系，但不能定量描述系統(tǒng)、輸入、輸出三者間信號之間的因果聯(lián)系，但不能定量描述系統(tǒng)、輸入、輸出三者間的數(shù)學關系。的數(shù)學關系。什么是系統(tǒng)的數(shù)學模型呢？什么是系統(tǒng)的數(shù)學模型呢？直流電機實際轉(zhuǎn)速放大器滑動電阻預期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速儀

24、電壓偏差UiUrEUO直流放大器電池+-轉(zhuǎn)速設定rrOMporidriKUUfKEKUUUEEKU)(;數(shù)學模型定量的描述系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的關系。數(shù)學模型定量的描述系統(tǒng)、輸入、輸出三者之間的關系。EUiUrUo例題3：分析圖示液位自動控制系統(tǒng)工作原理并繪制系統(tǒng)功能框圖。 解： ：分析 在液位自動控制系統(tǒng)中，貯槽為被控對象。貯槽的實際液位是被控量，或稱為系統(tǒng)的輸出量，給定量通過電位器RW1給出，控制量是節(jié)流閥的流量。反饋量是由浮球、杠桿和電位器RW2組成的檢測機構所檢測的物理量（間接反饋）節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥H H( (t t) )放大器放大器+E+E+E+E. .電動機電動機減速器

25、減速器RW1RW2節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥H H( (t t) )放大器放大器+E+E+E+E. .電動機電動機減速器減速器RW1RW2系統(tǒng)組成及控制框圖:閥門水箱實際液位放大器電動機減速器杠桿浮子電位器RW2電位器RW1給定液位+干擾-期望液位1、兩電位器滑動觸點位于同一位置，電動機停轉(zhuǎn)，閥門保持原有開度，水箱中流入水量與流出水量相等，液面保持在希望的高度。工作原理:節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥H H( (t t) )放大器放大器+E+E+E+E. .電動機電動機減速器減速器RW1RW2 3、若系統(tǒng)收到擾動使液面下降，則系統(tǒng)會自動加大閥門開度，使輸入流量增加，液面恢復到給定高度。 2、若系統(tǒng)受擾

26、動使液面升高，則浮子相應升高，通過杠桿作用使電位器滑動觸點下移，給電動機提供一定的控制電壓，驅(qū)動電動機通過減速器減小閥門開度，使輸入流量減小，液位下降，直到電位器滑動觸點回到同一位置，液面恢復給定高度；節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥節(jié)流閥H H( (t t) )放大器放大器+E+E+E+E. .電動機電動機減速器減速器RW1RW21.4 反饋的分類外反饋（反饋控制）相對于被控對象而言，由附加的反饋裝置引起的信息交互。內(nèi)反饋系統(tǒng)或過程中由于各元素間的相互聯(lián)系而自然形成的各種反饋 ，是系統(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（如老鷹抓小雞）；一、根據(jù)反饋信號的來源分工作臺驅(qū)動電路控制指令（輸

27、入）移動量（輸出）步進電機放大驅(qū)動控制指令（輸入）移動量（輸出）比較工作臺步進電機例：1.4 反饋的分類例1-4 mck 系統(tǒng)圖1-6 mck 單自由度系統(tǒng))()()()(2tftkydttdycdttydm信息交互（反饋）：若，系統(tǒng)只一個質(zhì)量塊：2( )( )dy tmftd tf(tf(t) )y(ty(t) )1m若，系統(tǒng)加一個彈簧：2( )( )( )dy tmftky td t若，mck 系統(tǒng)：2( )( )( )( )dy td y tmftky tcd td tdcd tk-內(nèi)反饋是造成機械系統(tǒng)存在一定的動態(tài)特性的根本原因！從控制的角度來看，單自由度系統(tǒng)是雙環(huán)路的內(nèi)反饋控制系統(tǒng)。

28、1.4.1 反饋的分類負反饋 輸出（被控量）偏離設定值（目標值）時，反饋的作用使輸出偏離的程度減小，并力圖達到設定值。如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng)液面控制系統(tǒng)動物捕食火炮瞄準檢測偏差并糾正偏差二、根據(jù)反饋的作用的結(jié)果分類正反饋 輸出（被控量）偏離設定值（目標值）時，反饋的作用使輸出偏離的程度加劇。如：倒立擺疾病電子加速器火藥爆炸熱核反應企業(yè)發(fā)展1.4 反饋的分類對控制系統(tǒng)可以從不同的角度加以分類1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標1、 按反饋的情況開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)這里從六個方面加以分類：系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)沒有控制作用，系統(tǒng)沒有反饋回路。 如：步進電機控制的數(shù)控機床 普通洗衣機。1、 按反

29、饋的情況、開環(huán)控制系統(tǒng)圖1.4.1 開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖工作臺驅(qū)動電路控制指令（輸入）移動量（輸出）步進電機輸入裝置指令輸入驅(qū)動電路電機及驅(qū)動機構工作臺工作臺位移（輸出）1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標控制框圖:1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標1、 按反饋的情況閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用，系統(tǒng)有反饋回路。 如：前述的離心調(diào)速器 伺服驅(qū)動的數(shù)控機床 恒溫箱、冰箱、空調(diào)等。放大驅(qū)動控制指令（輸入）移動量（輸出）比較工作臺步進電機輸入裝置指令輸入放大電路電機及驅(qū)動機構工作臺工作臺位移（輸出）檢測裝置控制框圖:2、 按輸出量的變化規(guī)律自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)(恒值系統(tǒng)):系統(tǒng)的輸出保持常

30、量。隨動系統(tǒng):系統(tǒng)的輸出相應于輸入按任意規(guī)律變化。程序控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出按預定的程序變化。 如：前述的離心調(diào)速器 恒溫箱、液位控制等。此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng) 如：火炮瞄準 仿形加工等。此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng) 如：數(shù)控機床 全自動洗衣機等。此類系統(tǒng)既可以是開環(huán)系統(tǒng)也可以是閉環(huán)系統(tǒng)快速跟蹤和準確定位是隨動系統(tǒng)的兩個重要技術指標。 1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標3、 按信號的類型：連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)4、 按系統(tǒng)性質(zhì)：線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)5、 參數(shù)的變化 ：定常系統(tǒng)時變系統(tǒng)6、 按被控量：溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標穩(wěn)、準、快（1）系統(tǒng)的穩(wěn)

31、定性：穩(wěn)定性是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是系統(tǒng)工作的首要條件。（2）系統(tǒng)響應的快速性：快速性是指當系統(tǒng)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。 （3）系統(tǒng)響應的準確性：指在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差，亦稱為靜態(tài)精度。 同一控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性、快速性和準確性往往是相互制約的。例如，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，可能導致準確性和（或）快速性的降低。 1.5 控制系統(tǒng)分類及控制系統(tǒng)的性能指標第一章 緒論1.6 機械制造的發(fā)展與控制理論的應用 機械制造業(yè)的發(fā)展的豐富了控制理論，控制理論的應用推動了機械制造業(yè)發(fā)展。人腦人手加工對象需求人的感覺器官成品

32、干擾原始制造工藝原始工藝制造過程依然由給定、比較、檢測、控制、執(zhí)行諸環(huán)節(jié)構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，其特征是所有環(huán)節(jié)全部由人參與完成。冶煉技術的發(fā)明，金屬材料的出現(xiàn)，機構、機器的發(fā)明，改革了原始制造工藝，人首先從直接手工加工中解放出來。人操縱機器人腦機器機構加工對象需求人的感覺器官成品干擾體力人手第一章 緒論1.6 機械制造的發(fā)展與控制理論的應用人腦加工設備加工對象需求檢測裝置成品干擾加入檢測裝置干擾電腦加工設備加工對象需求檢測系統(tǒng)成品干擾計算機控制干擾動力革命，提供了人體力之外的新能源，金屬材料加工過程的強度、劇烈程度更大，其動態(tài)特性制約著加工質(zhì)量，人的感覺器官檢測存在很大的局限性，系統(tǒng)中采用實

33、時檢測技術。新技術的應用，加工設備的結(jié)構越來越復雜，其動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)等一系列的動力學問題制約著加工質(zhì)量。第一章 緒論1.6 機械制造的發(fā)展與控制理論的應用 控制理論、計算機技術、信息技術融合到機械制造領域，從原理、方法、手段和結(jié)構上極大的發(fā)展了機械制造業(yè)。1、系統(tǒng)更加復雜，機-電-液-光一體化，大系統(tǒng)建模問題；微機電一體化，微系統(tǒng)建模問題。2、系統(tǒng)的智能化程度更高，控制技術和控制手段更加復雜。3、出現(xiàn)了許多新的現(xiàn)代設計，生產(chǎn)，管理模式，制造模式。綠色制造（gm） 計算機集成制造系統(tǒng)（cims） 柔性制造系統(tǒng) 虛擬制造 敏捷制造 自動控制理論的發(fā)展 ： 第一章 緒論1.7 控制理論發(fā)展的簡單回顧 自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。既是一門古老的、已臻成熟的學科，又是一門正在發(fā)展的、具有強大生命力的新興學科。從1868年麥克斯韋 （J.C.Maxwell）提出低階系統(tǒng)穩(wěn)定性