機(jī)械工程控制基礎(chǔ)1-緒論

02015.9主講人：高愛華機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械類專業(yè)必修課機(jī)械工程控制基礎(chǔ)1教學(xué)內(nèi)容1、課程準(zhǔn)備2、緒論4、系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析3、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型5、系統(tǒng)的頻率特性分析6、系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2課程性質(zhì)本課程是機(jī)械類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要介紹應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)、電、液技術(shù)構(gòu)成機(jī)電液一體化系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)方法。涉及的基礎(chǔ)知識(shí)有工程數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工與電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)技術(shù)等，因此要求同學(xué)們在學(xué)習(xí)本課程時(shí)應(yīng)能夠經(jīng)常回顧上述課程的有關(guān)內(nèi)容，達(dá)到溫故而知新的目的。課程簡介3本課程與其它課程的關(guān)系：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)電路理論大學(xué)物理信號(hào)與系統(tǒng)復(fù)變函數(shù)拉氏變換模擬電子技術(shù)線性代數(shù)微積分各類專業(yè)課線性系統(tǒng)現(xiàn)代控制理論4

課程的性質(zhì)和特點(diǎn)

控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題，同時(shí)，它又是一種方法論，從方法論的角度來研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》是本學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)內(nèi)容本課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有：緒論，積分變換，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，時(shí)間響應(yīng)分析，頻率特性分析，系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正等，屬于經(jīng)典控制論的基本知識(shí)。學(xué)習(xí)目的本課程的學(xué)習(xí)目的是：使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用“系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)”的觀點(diǎn)，以及采用控制理論的方法解決機(jī)械工程中的實(shí)際技術(shù)問題。5基本要求1、掌握經(jīng)典控制理論的基本概念、基本理論與基本方法；2、能夠應(yīng)用分析法建立簡單動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；3、能夠應(yīng)用經(jīng)典控制論分析線性定常系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，基本掌握線性定常系統(tǒng)性能校正的方法；4、對于線性系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析、穩(wěn)定性分析和性能指標(biāo)有比較深入的理解。67機(jī)械工程控制課程大綱：系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)電器系統(tǒng)液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)熱力系統(tǒng)牛頓定律理論力學(xué)歐姆定律、克希夫定律電工學(xué)液壓與氣動(dòng)拉氏變換理論分析傳遞函數(shù)微分方程2補(bǔ)充時(shí)間響應(yīng)分析3（時(shí)域分析）頻率特性分析4（頻域分析）系統(tǒng)的穩(wěn)定性5系統(tǒng)性能指標(biāo)與校正6分析系統(tǒng)特性系統(tǒng)輸入輸出穩(wěn)、快、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)辨識(shí)初步9數(shù)學(xué)模型8主要參考資料1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（第四版）楊叔子等編著華中科技大學(xué)出版社2002年1月2、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)朱驥北機(jī)械工業(yè)出版社2002年1月3、控制工程基礎(chǔ)張伯鵬主編清華大學(xué)出版社2000年6月

4、控制理論基礎(chǔ)王顯正主編科學(xué)技術(shù)出版社2000年1月91011為什么要學(xué)控制論？

1.機(jī)電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)與逐漸普及

“機(jī)”+“電”?“信息傳遞與交換”控制論、系統(tǒng)論、信息論、微電子技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)）相結(jié)合的產(chǎn)品122.機(jī)械系統(tǒng)朝高速、高負(fù)載、超精密、超大型或超微型等方向發(fā)展。（設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)）“動(dòng)態(tài)”設(shè)計(jì):動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)制造:關(guān)注制造過程的動(dòng)態(tài)特性.使用:系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性(安全、性能)維護(hù)：監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷133.動(dòng)態(tài)測試、信號(hào)處理（信號(hào)與系統(tǒng)）傳感器的選擇、信號(hào)預(yù)處理器的設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)的處理、特征提取4.生產(chǎn)組織管理（過程的優(yōu)化）加工狀態(tài)監(jiān)控噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控145.其他工程應(yīng)用

軍事、航天領(lǐng)域火炮、雷達(dá)、跟蹤系統(tǒng)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等流程工業(yè)軋鋼過程、工業(yè)窯爐、石油化工、水泥建材、玻璃、造紙等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測；疫情檢測等。其他領(lǐng)域通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等6.個(gè)人日常生活和工作電冰箱、電飯煲、空調(diào)器、音響、收音機(jī)等等

7.方法論

“反饋控制的思想”15教學(xué)內(nèi)容第一講控制系統(tǒng)及其研究對象和任務(wù)16

機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)。機(jī)械工業(yè)的核心是機(jī)械制造工業(yè)。當(dāng)前機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯而主要的動(dòng)向是越來越廣泛而深刻地引入控制理論。從根本上講，其原因是控制理論以它本身固有的辨證方法順應(yīng)了機(jī)械制造工程技術(shù)發(fā)展的趨勢。控制理論在工程技術(shù)領(lǐng)域中體現(xiàn)為工程控制論，在機(jī)械工程領(lǐng)域則體現(xiàn)為機(jī)械工程控制論。

緒論—控制理論及系統(tǒng)17緒論—控制理論及系統(tǒng)一、控制理論與控制系統(tǒng)1、基本概念

控制：以人為或自動(dòng)的方式，通過一定的手段操縱受控對象或過程，使之按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，并具有一定的狀態(tài)與性能?？刂茖?shí)例1：液面控制檢測偏差消除偏差實(shí)施控制18控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科經(jīng)濟(jì)學(xué)生物學(xué)社會(huì)學(xué)機(jī)械工程機(jī)械工程控制論控制論經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論生物控制論工程控制論共同的本質(zhì)特點(diǎn)：通過信息傳遞，處理與反饋進(jìn)行控制工程技術(shù)19控制實(shí)例2：冰箱控制系統(tǒng)緒論--控制理論及系統(tǒng)20機(jī)械工程控制論研究機(jī)械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。二、機(jī)械工程控制輪研究對象與任務(wù)1.系統(tǒng)：元素按一定規(guī)律組合起來的能完成一定功能的集合。要素元素元素之間的聯(lián)系系統(tǒng)與外界的交互作用外界對系統(tǒng)的作用：輸入、干擾系統(tǒng)對外界響應(yīng)：輸出外界的作用信息的傳遞與交互系統(tǒng)的響應(yīng)21系統(tǒng)的組成元素可以是子系統(tǒng)；又可是更上一層系統(tǒng)的組成元素。系統(tǒng)的層次性與相對性：廣義系統(tǒng)：具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο髾C(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設(shè)備、加工過程、操作設(shè)備、測量、車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)、全球制造業(yè)如：機(jī)器系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、思維、學(xué)習(xí)、工作，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等22緒論—研究對象與任務(wù)研究對象：工程技術(shù)中的廣義動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。廣義動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)在一定的外界條件下（輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由其內(nèi)部固有特性（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的動(dòng)態(tài)歷經(jīng)過程。研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系232、工程控制論的內(nèi)容劃分

控制論、量子論與相對論被人們譽(yù)為20世紀(jì)上半葉的3項(xiàng)科學(xué)革命。經(jīng)典控制理論：（40~50年代末）以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，研究單輸入－單輸出定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。(自動(dòng)調(diào)節(jié)器、伺服系統(tǒng)）現(xiàn)代控制理論：（60年代初~現(xiàn)在）研究多輸入－多輸出、時(shí)變、非線性、高精度、高效能等控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。（航天系統(tǒng)，導(dǎo)彈系統(tǒng)，人造衛(wèi)星）緒論—研究對象與任務(wù)大系統(tǒng)理論：（70年代初~現(xiàn)在）通常所說的大系統(tǒng)，指的是包括工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物、生態(tài)等各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。（如地球資源、能源、人口問題、世界模型）243、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題分析典型實(shí)例

a)輸入相異的單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)說明：m系統(tǒng)質(zhì)量；c粘性阻尼系數(shù)；k彈簧剛度緒論—研究對象與任務(wù)25b)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程外力f(t)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程位移x(t)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程緒論—研究對象與任務(wù)262728緒論—研究對象與任務(wù)一般動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分析：取算子p=d/dt：算子anpn+an-1

pn-1+…+a1

p+a0反映系統(tǒng)本身的固有特性。算子bmpm+bm-1

pm-1+…+b1

p+b0反映系統(tǒng)與外界的聯(lián)系。參數(shù)y(t)，y(t)，…為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，y(0)，y(0)，…為系統(tǒng)的初始狀態(tài)或初始變量。294、研究任務(wù):按系統(tǒng)、輸入、輸出三者的動(dòng)態(tài)關(guān)系

系統(tǒng)分析問題最優(yōu)控制問題最優(yōu)設(shè)計(jì)問題濾波與預(yù)測問題系統(tǒng)識(shí)別或辯識(shí)問題緒論—研究對象與任務(wù)30例1

如圖所示的電熱水器，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(shí)，水箱中流出熱水并補(bǔ)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，水箱內(nèi)的水溫需要控制，即水箱為控制對象。水的實(shí)際溫度是被控制量，或系統(tǒng)的輸出量，設(shè)為To，輸入量為用戶希望的溫度，設(shè)為Ti；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)水溫下降為系統(tǒng)的干擾。當(dāng)To=Ti時(shí)，測溫元件將實(shí)際溫度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，與溫控開關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較得到的偏差信號(hào)為0，此時(shí)加熱器不工作，水箱中的水保持希望的溫度。當(dāng)注入冷水使To下降時(shí)，偏差不為0，電控開關(guān)接通電源使電加熱器工作對水加熱，直到To=Ti為止。緒論—研究對象與任務(wù)31系統(tǒng)工作框圖如下：

若要考察水箱中的水溫To能否保持為希望的溫度Ti，并通過實(shí)際輸出的水溫To與希望的溫度Ti之間的差別，考察各個(gè)組成部分的參數(shù)是否合理，即為系統(tǒng)分析問題。緒論—研究對象與任務(wù)32例2

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，為了使工作臺(tái)均勻移動(dòng)，試確定其輸入。此即最優(yōu)控制問題。

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，即為最優(yōu)設(shè)計(jì)問題。緒論—研究對象與任務(wù)33例3電子稱的原理如下圖。顯示即為輸出，重物的重量為輸入，要求確定系統(tǒng)（即電子稱）以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)測問題。

若輸入（重物）和輸出（顯示）已知，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，此即系統(tǒng)識(shí)別或系統(tǒng)辯識(shí)問題。緒論—研究對象與任務(wù)34三、本講小結(jié)了解控制并認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)控制論的研究對象控制論的研究任務(wù)或內(nèi)容緒論—小結(jié)135思考題：緒論—思考題舉例說明生活中控制問題。36教學(xué)內(nèi)容第二講反饋及系統(tǒng)模型37控制論：技術(shù)學(xué)科、技術(shù)哲學(xué)、科學(xué)方法論控制論強(qiáng)調(diào)：

對象是一個(gè)“系統(tǒng)”；系統(tǒng)不斷“運(yùn)動(dòng)”(經(jīng)歷動(dòng)態(tài)歷程，包括內(nèi)部狀態(tài)和外部行為)

“外因”(輸入、干擾)是運(yùn)動(dòng)的條件

“內(nèi)因”(系統(tǒng)的固有特性)是運(yùn)動(dòng)的根據(jù)

系統(tǒng)普遍存在信息的傳遞、交互與反饋是控制論的中心思想381.信息定義1：一切能表達(dá)一定意義的信號(hào)、符號(hào)和密碼等。如：報(bào)紙，烽火，電報(bào)，記號(hào)、手勢等等定義2：能夠用來消除不確定性的東西。如：報(bào)紙（過時(shí)、適時(shí)），情報(bào)（過時(shí)，適時(shí)），足球比賽（勢均力敵，勢力懸殊），書籍（好，差）等定義3：事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式。如：體溫——人體狀態(tài)；設(shè)備的振動(dòng)、噪聲、溫度等——設(shè)備的狀態(tài)設(shè)計(jì)圖紙——產(chǎn)品狀態(tài)（產(chǎn)品信息）工藝卡——制造過程狀態(tài)（工藝信息）反饋39例1.控制原理：負(fù)載減小，使w增加反饋：系統(tǒng)的輸出不斷地、直接或間接地、全部或部分地返回，并作用于系統(tǒng)。離心機(jī)構(gòu)滑套上移液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，離心滑套下移滑閥回復(fù)中位，w回到設(shè)定值油門關(guān)小，w減小w反過來對系統(tǒng)產(chǎn)生作用40外反饋：人為反饋（閉環(huán)系統(tǒng)、開環(huán)系統(tǒng)）緒論—系統(tǒng)反饋41內(nèi)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—單自由度系統(tǒng)緒論—系統(tǒng)反饋42狀態(tài)方程表示：取有：狀態(tài)方程用方框圖表示為：y1和y2之間具有信息交互作用，本質(zhì)上是彈簧的位能與質(zhì)量的動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換。y2本身的交互作用就是阻尼消耗能量的過程。緒論—系統(tǒng)反饋43

負(fù)反饋：輸出(被控量)偏離設(shè)定值(目標(biāo)值)時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。如：離心調(diào)速系統(tǒng)

液面控制動(dòng)物捕食火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋。。。。檢測偏差實(shí)施控制糾正偏差

正反饋：

輸出偏離初始值（或穩(wěn)定值）時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度加劇如：三極管倒立擺疾病、火藥爆炸、熱核反應(yīng)學(xué)習(xí)和工作中的正反饋。。。。反饋的作用：加劇偏離反饋的作用：消除偏離44以發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例被控對象：發(fā)動(dòng)機(jī)被控量：轉(zhuǎn)速w被控量的目標(biāo)值設(shè)定：彈簧長度+螺旋位移四、反饋控制系統(tǒng)的組成控制信息傳遞與反饋：控制方框圖：給定比較放大執(zhí)行測量控制對象控制部分被控部分45

1—給定環(huán)節(jié)；2—比較環(huán)節(jié)；3—校正環(huán)節(jié)；4—放大環(huán)節(jié)；5—執(zhí)行機(jī)構(gòu)；6—被控對象；7—檢測裝置反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本環(huán)節(jié)設(shè)定被控制量的給定值的裝置將所檢測的被控制量與給定量進(jìn)行比較，確定兩者之間的偏差量，多用差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋一般由傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對象，使被控制量達(dá)到所要求的數(shù)值要進(jìn)行控制的設(shè)備或過程控制系統(tǒng)所控制的物理量（被控量）

檢測被控制量，并將其轉(zhuǎn)換為與給定量相同的物理量用來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，如放大、整流，也稱為調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)46對控制系統(tǒng)，可從不同的角度分類1.按反饋情況開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)沒有反饋回路，輸出對系統(tǒng)無控制作用。如：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床、普通洗衣機(jī)家用電烤箱、微波爐、普通電風(fēng)扇五、控制系統(tǒng)的分類47閉環(huán)控制系統(tǒng)：有反饋回路，輸出對系統(tǒng)有控制作用。如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床恒溫箱(冰箱、空調(diào))

人騎自行車1.按反饋情況閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：利用輸入信息與反饋至輸入處的信息之間的偏差對系統(tǒng)的輸出進(jìn)行控制，使被控對象按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。48開環(huán)控制：只有輸入量對輸出量產(chǎn)生控制作用，輸出量不參與對系統(tǒng)的控制。結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題輸入控制輸出輸出不參與控制系統(tǒng)沒有抗干擾能力適用范圍：輸入量已知、控制精度要求不高、擾動(dòng)作用不大。閉環(huán)控制：把輸出量的一部分檢測出來,反饋到輸入端,與給定信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差,此偏差經(jīng)過控制器產(chǎn)生控制作用,使輸出量按照要求的規(guī)律變化；輸入控制輸出，輸出參與控制檢測偏差、糾正偏差具有抗干擾能力結(jié)構(gòu)復(fù)雜49自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(恒值系統(tǒng))：系統(tǒng)的輸出保持常量。如：離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、液面控制等為閉環(huán)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按任意規(guī)律變化。如：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)、仿形加工、動(dòng)物捕食等多為閉環(huán)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化。如：數(shù)控機(jī)床、全自動(dòng)洗衣機(jī)等開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)2.按輸出量的變化規(guī)律分50連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)定常系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)位移控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)3.按信號(hào)類型分4.按線性性質(zhì)分5.按時(shí)變情況分6.按被控量分……51緒論—系統(tǒng)反饋騎自行車過程中信息流動(dòng)與反饋反饋結(jié)構(gòu)圖

人騎自行車時(shí)，總是希望具有一定的理想狀態(tài)（比如速度、方向、安全等），人腦根據(jù)這個(gè)理想狀態(tài)指揮四肢動(dòng)作，使自行車按預(yù)定的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，路面的狀況等因素會(huì)對自行車的實(shí)際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺自行車的狀態(tài)，并將此信息返回到大腦，大腦根據(jù)實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動(dòng)作，如此循環(huán)往復(fù)。其信息流動(dòng)與反饋過程可用下圖表示。工作原理52緒論—控制系統(tǒng)及模型4）機(jī)械系統(tǒng)及系統(tǒng)模型機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)：以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)。概念說明激勵(lì)：外界對系統(tǒng)的作用。響應(yīng)：系統(tǒng)的變形或位移。

機(jī)械系統(tǒng)中的“激勵(lì)”與“響應(yīng)”分別代表著系統(tǒng)的輸入和輸出。系統(tǒng)控制：激勵(lì)由人為有意識(shí)的添加。擾動(dòng)：由系統(tǒng)偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全認(rèn)為控制的激勵(lì)。53系統(tǒng)靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型緒論—控制系統(tǒng)及模型模型：一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象的理論模型，用來表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其他外部環(huán)境之間的關(guān)系，又稱數(shù)學(xué)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)的工具。靜態(tài)模型：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)下得特性，表現(xiàn)為代數(shù)方程。如彈簧模型。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，表現(xiàn)為微分方程或差分方程。靜態(tài)模型—現(xiàn)時(shí)輸出決定于現(xiàn)時(shí)輸入；動(dòng)態(tài)模型—現(xiàn)時(shí)輸出決定于以前輸入的歷史。54緒論—控制系統(tǒng)及模型靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型分析示例——機(jī)器隔振系統(tǒng)55緒論—控制系統(tǒng)及模型

若以機(jī)器m為隔離體，以F(t)

為激勵(lì)(不考慮y(t))，以位移x(t)為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：若仍以機(jī)器m為隔離體，以

y(t)

為激勵(lì)(不考慮F(t))，以位移x(t)為響應(yīng)，應(yīng)用牛頓第二定律列出該系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：

(a)

(b)方程(a),(b)即為該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。56緒論—控制系統(tǒng)及模型若系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)很慢，即有：則上式（a），（b）可化為：此即系統(tǒng)的靜態(tài)模型，實(shí)際上x(t)與y(t)之間是一種代數(shù)關(guān)系，即代數(shù)方程式。57三、對控制系統(tǒng)的基本要求58三、對控制系統(tǒng)的基本要求緒論—控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性：指動(dòng)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。穩(wěn)定性好，則系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力強(qiáng)快速性：系統(tǒng)輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差的快速程度?？焖傩院茫瑒t消除偏差快，或調(diào)整時(shí)間短。其表述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。準(zhǔn)確性：調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差程度，或稱靜態(tài)精度。準(zhǔn)確性好，則調(diào)整過程結(jié)束后，輸出值與期望值偏差小，其表述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣，但基本和最重要是以上三種；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)