機械控制工程論文

機械控制工程論文本科課程論文課程名稱：_機械操縱工程差不多_________專業(yè)年級：________09機制（3）班__學(xué)號：___________0906013014____學(xué)生姓名：______張支亮_________論文標(biāo)題：______操縱工程理論概述成績：_________________指導(dǎo)教師：__徐啟圣______________2011年12月21日目錄摘要………………3關(guān)鍵詞……………3引言………………31操縱理論的成長過程…………31.1經(jīng)典操縱理論時期……………………31.2現(xiàn)代操縱理論時期……………………41.3大年夜體系理論操縱時期與現(xiàn)代操縱理論時期…………52主動操縱理論研究對象及義務(wù)………………53機械操縱理論的體系穩(wěn)固性…………………62.1電力體系穩(wěn)固性………………………62.2穩(wěn)固性定義……………64操縱理論前景…………………6結(jié)論………………8參考文獻…………………………9

操縱工程理論概述合肥學(xué)院機械工程系09級機械設(shè)計制造及其主動化專業(yè)(3)班張支亮0906013014摘要：主動操縱技巧在當(dāng)今社會扮演著越來越重要的角色，幾乎在每個范疇，如電氣、機械、航空、化工、生物醫(yī)學(xué)等，均可見其身影。操縱理論是主動化操縱的差不多，解決操縱體系運行中的穩(wěn)固性、快速性、精確性等問題是操縱工程研究的核心問題。體系要穩(wěn)固必定與反饋有關(guān)。內(nèi)容包含：拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法，體系的數(shù)學(xué)模型，體系的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析，體系的頻率特點，體系的穩(wěn)固性，操縱體系的校訂與設(shè)計，以及離散體系分析差不多等。關(guān)鍵詞：體系；體系反饋；穩(wěn)固性；操縱理論；引言本文重要從“主動操縱理論”的產(chǎn)生與成長過程，研究對象及研究方法，操縱體系的穩(wěn)固性以及操縱工程的前景等方面介紹“主動操縱理論”，從而操縱經(jīng)典操縱理論、現(xiàn)代操縱理論、大年夜體系理論和智能操縱體系理論常識理論框架，進而加深對“主動化操縱理論”熟悉。1操縱理論的成長過程依照操縱理論的理論差不多及所能解決的問題的難易程度，我們把操縱理論大年夜體的分為了三個不合的時期。這種時期性的成長過程是由簡單到復(fù)雜、由量變到質(zhì)變的辯證成長過程。1.1、經(jīng)典操縱論時期（20世紀(jì)50年代末期往常）經(jīng)典操縱理論，是以傳遞函數(shù)為差不多，在頻率域?qū)屋斎?--單輸入操縱體系進行分析與設(shè)計的理論1.1.1單輸入---單輸出體系的，線性定?；蚍蔷€性體系中的相平面法也只含兩個變量的體系。1.1.2基于頻率域內(nèi)傳遞函數(shù)的“反饋”和“前饋”操縱思惟，應(yīng)用頻率特點分析法、根軌跡分析法、描述函數(shù)法、相平面法、波波夫法，解決穩(wěn)固性問題。1.1.31）我國前人制造的指南車就應(yīng)用了反饋的道理2）1788年J.Watt在制造蒸汽機的同時應(yīng)用了反饋思惟設(shè)計了離心式飛擺控速器，這是第一個反饋體系的籌劃。3）1868年J.C.Maxwell為解決離心式飛擺控速器操縱精度和穩(wěn)固性之間的抵觸，揭橥《論調(diào)速器》，提出了用全然體系的微分梗直模型分析反饋體系的數(shù)學(xué)方法。4）1868年，韋士乃格瑞斯克闡述了調(diào)劑器的數(shù)學(xué)理論。5）1875年E.J.Routh和A.Hurwitz提出了依照代數(shù)方程的系數(shù)確信線性體系穩(wěn)固性方法6）1876年俄國粹者N.A.維什涅格拉諾基揭橥著作《論調(diào)速器的一樣理論》，對調(diào)速器體系進行了周全的理論闡述。7）1895年勞斯與古爾維茨分別提出了基于特點特點根和行列式的穩(wěn)固性代數(shù)判別方法。8）1927年H.S.Black發(fā)清晰明了采取負(fù)反饋線路的放大年夜器，引入負(fù)反饋后，放大年夜器體系對擾動和放大年夜器增益變更的敏銳性大年夜為降低。9）1932年H.Nyquest采取頻率特點表示體系，提出了頻域穩(wěn)固性判據(jù)，專門好地解決了Black放大年夜器的穩(wěn)固性問題，同時能夠分析體系的穩(wěn)固裕度，奠定了頻域法分析與綜合的差不多。10）1934年，H.L.Hazen揭橥《關(guān)于伺服機構(gòu)理論》11）1938年，A.B．維哈伊洛夫揭橥《頻域法》，這標(biāo)記住經(jīng)典操縱理論的出生。12）1945年．H.W.Bode揭橥了著作《收集分析和反饋放大年夜器設(shè)計》，完美了體系分析和設(shè)計的頻域方法。并進一步研究，開創(chuàng)了伯德圖。13）1948年，N.Weiner揭橥了《操縱論——關(guān)于在動物和機械中操縱和通信的科學(xué)》一書，標(biāo)記住操縱論的出生。14）1948年，W.R.Evans提出了體系的根軌跡分析法，是一種易于工程應(yīng)用的，求解閉環(huán)特點方程根的簡單圖解法。進一步完美了頻域分析方法。15）1954年，錢學(xué)森出版了《工程操縱論》，周全總結(jié)了經(jīng)典操縱理論，標(biāo)記住經(jīng)典理論的成熟。1.1.4PID操縱規(guī)律的產(chǎn)生，PID操縱道理簡單易于實現(xiàn)，具有必定的自適應(yīng)性與魯棒性，關(guān)于無時刻延遲的單回路操縱體系專門有效，在工業(yè)過程操縱中任然被廣泛應(yīng)用。1.2、現(xiàn)代操縱論時期（50年代末期至70年代初期）現(xiàn)代操縱理論，基于時域內(nèi)的狀況空間分析法，側(cè)重時刻體系最優(yōu)化操縱的研究。1．2.1、操縱體系的特點為多輸入---多輸出體系，體系可因此線性或非線性，定常或時變的，單變量與多變量，連續(xù)與離散體系。1.2.2基于時域內(nèi)的狀況方程與輸出方程對體系內(nèi)的狀況變量進行實施操縱，應(yīng)用頂點設(shè)備、狀況反饋、輸出反饋的方法，解決最優(yōu)化操縱、隨機操縱、自適應(yīng)操縱問題。1.2.3、成長事宜回想1）1959年，蘇聯(lián)學(xué)者龐德亞金(L.S.Pontryagin)等學(xué)者創(chuàng)建了極大年夜值道理，并找出最優(yōu)操縱問題存在的須要前提，該理論解決操縱量有束縛情形下的最短時刻操縱問題，供給方法。2）1953-1957年間，美國粹者貝爾曼（R.Bellman）創(chuàng)建明白得決最優(yōu)操縱問題的動態(tài)規(guī)律，并依照最優(yōu)性道理，成長了變分學(xué)中的Hamilton-Jaccobi理論3）1959年，卡爾曼（R.E.Kalman）提出了濾波器理論，1960年卡爾曼對體系采取狀況方程得描述方法，提出了體系的能控性、能不雅測性。證清晰明了二次型機能指標(biāo)下線性體系最有操縱的充分前提，進而提出了關(guān)于估量與推測有效地卡爾曼濾波，證清晰明了對偶性。4）羅森布洛克（H.H.Rosenbrock）、歐文斯（D.H.Owens）和麥克法輪（G.J.MacFarlane）研究了應(yīng)用于運算機關(guān)心操縱體系設(shè)計的現(xiàn)代頻域法理論，將經(jīng)典操縱理論傳遞函數(shù)的概念推廣到多變量體系，并商量了傳遞矩陣與狀況方程之間的等價轉(zhuǎn)換關(guān)系，為進一步建立同一的線性體系理論奠定了差不多5）20世紀(jì)70年代奧斯特隆姆（瑞典）和朗道（法國，L.D.Landau）在自適應(yīng)操縱理論和應(yīng)用不和做出了供獻。1.2.4現(xiàn)代操縱理論的提出，促進了非線性操縱、推測操縱、自適應(yīng)操縱、魯棒性操縱、智能操縱等分支學(xué)科的成長。進而為解決因工業(yè)過程的復(fù)雜性而帶來的困難。1.3、大年夜體系理論時期與智能操縱理論時期（70年代初期至現(xiàn)在）大年夜體系理論，是指范疇宏大年夜、構(gòu)造復(fù)雜、變量浩渺、接洽關(guān)系嚴(yán)峻、信息不完全的信息與操縱體系智能操縱體系是具有某些仿人智能的工程操縱與信息處理體系，個中最典范的是智能機械人。1.3.1是指浩渺身分復(fù)雜的操縱體系，如宏不雅經(jīng)濟體系、資本分派體系、生態(tài)和情形體系、能源體系等1.3.2基于時域法為主，經(jīng)由過程大年夜體系的多級遞階操縱、分化—調(diào)和道理、分散最優(yōu)操縱和大年夜體系模型降階理論，解決大年夜體系的最優(yōu)化。1.3.31）60年代初期，Smith提出采取機能模式辨認(rèn)器來進修最優(yōu)操縱法以解決復(fù)雜體系的操縱問題。2）1965年Zadeh創(chuàng)建模糊集和論，未解決負(fù)載體系的操縱問題供給了強有力的數(shù)學(xué)對象。3）1966年,Mendel提出了“人工智能操縱”的概念。4）1967年，Leondes和Mendel正式應(yīng)用“智能操縱”，標(biāo)記住智能操縱思路差不多形成。70年代初期，傅京孫、Gloriso和Saridis提出分級遞階智能操縱。并成功應(yīng)用于核反響、都市交通操縱范疇。5）70年代中期，Mamdani創(chuàng)建基于模糊說話描述操縱規(guī)矩的模糊操縱器，并勝應(yīng)用于工業(yè)操縱。6）80年代以來專家體系、神經(jīng)收集理論及應(yīng)用對智能操縱器著促進感化。2主動操縱理論的研究對象及義務(wù)主動操縱理論是研究主動操縱合營規(guī)律的技巧科學(xué)。它的成長初期，是以反饋理論為差不多的主動調(diào)劑道理，重要用于工業(yè)操縱，二戰(zhàn)時代為了設(shè)計和制造飛機及船用主動駕駛儀，火炮定位體系，雷達跟蹤體系以及其他基于反饋道理的軍用設(shè)備，進一步促進并完美了主動操縱理論的成長。到戰(zhàn)后，以形成完全的主動操縱理論體系，這確實是以傳遞函數(shù)為差不多的經(jīng)典操縱理論，它重要研究單輸入-單輸出，線形定常數(shù)體系的分析和設(shè)計問題。20世紀(jì)60年代初期，跟著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子運算機的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技巧的成長，主動操縱理論跨入了一個新時期——現(xiàn)代操縱理論。他重要研究具有高機能，高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)操縱問題，重要采取的方法是以狀況為差不多的狀況空間法。今朝，主動操縱理論還在連續(xù)成長，正向以操縱論，信息論，仿生學(xué)為差不多的智能操縱理論深刻。為了實現(xiàn)各類復(fù)雜的操縱義務(wù)，起重要將被操縱對象和操縱裝配按照必定的方法連接起來，構(gòu)成一個有機的總體，這確實是主動操縱體系。在主動操縱體系中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以操縱的物理量，它能夠要求保持為某一恒定值，例如溫度，壓力或翱翔航跡等；而操縱裝配則是對被控對象施加操縱造用的機構(gòu)的總體，它能夠采取不合的道理和方法對被控對象進行操縱，但最全然的一種是基于反饋操縱道理的反饋操縱體系。在反饋操縱體系中，操縱裝配對被控裝配施加的操縱造用，是取自被控量的反饋信息，用來賡續(xù)修改被控量和操縱量之間的誤差從而實現(xiàn)對被控量進行操縱的義務(wù)，這確實是反饋操縱的道理。3操縱理論的體系穩(wěn)固性3．1電力體系穩(wěn)固性在機械操縱理論中體系穩(wěn)固性是專門重要的概念。我們都明白不管是什么體系假如不克不及相對的穩(wěn)固那么體系最終會出問題，就那電力體系穩(wěn)固性說。體系穩(wěn)固性可分為靜態(tài)穩(wěn)固、暫態(tài)穩(wěn)固和動態(tài)穩(wěn)固(1)電力體系靜態(tài)穩(wěn)固是指電力體系受到小干擾后，不產(chǎn)生非周期性的掉步，主動復(fù)原到肇端運行狀況的才能。(2)電力體系暫態(tài)穩(wěn)固指的是電力體系受到大年夜干擾后，各發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的或恢獲得本來穩(wěn)固運行狀況的才能，平日指第一或第二擺不掉步。(3)電力體系動態(tài)穩(wěn)固是指體系受到干擾后，不產(chǎn)生振幅賡續(xù)增大年夜的振蕩而掉步。遠(yuǎn)距離輸電線路的輸電才能受這3種穩(wěn)固才能的限制，有一個極限。它既不克不及等于或跨過靜態(tài)穩(wěn)固極限，也不克不及跨過暫態(tài)穩(wěn)固極限和動態(tài)穩(wěn)固極限。在我國，因為網(wǎng)架構(gòu)造脆弱，暫態(tài)穩(wěn)固問題較凸起，因而線路輸送才能相對國外來說要小一些。3.2穩(wěn)固性定義體系穩(wěn)固性是指：設(shè)一線性定常體系原處于某一均衡狀況，若它剎時受到某一擾動感化而偏離了本來的均衡狀況，當(dāng)此擾動撤消后，體系仍能回到原有的均衡狀況，則稱該體系是穩(wěn)固的。反之，若體系對干擾的瞬態(tài)響應(yīng)跟著時刻的推移而賡續(xù)擴大年夜或產(chǎn)生連續(xù)振蕩，則體系為不穩(wěn)固。由此可知：線形體系的穩(wěn)固性取決于體系的固有特點（構(gòu)造、參數(shù)），與體系的輸入旌旗燈號無關(guān)。4操縱理論前景從本質(zhì)上來講，我們現(xiàn)在的操縱理論重要照樣關(guān)于數(shù)學(xué)模型的操縱理論，而不是關(guān)于實際體系的操縱理論，盡管我們也一向研究體系模型中的不確信性，同時在魯棒操縱與自適應(yīng)操縱等范疇取得大年夜量深刻的理論成果。什么緣故這么說呢？因為我們今朝所有的理論成果，其嚴(yán)格證實差不多上在某些前提下針對數(shù)學(xué)模型的證實，這因此無可厚非。進一步，你還能夠辯護，因此數(shù)學(xué)模型一樣是經(jīng)由簡化、抽象和假設(shè)得來的（與實際體系往往差別較大年夜），然則依照其設(shè)計的操縱器的實際有用范疇可能會比理論上所加的前提要寬松，這也是可托的。這就引出了進一步的理論問題：我們依照數(shù)學(xué)模型所設(shè)計的濾波算法和操縱規(guī)律如何說在實際中有用的臨界界線是什么？或者問他們所能有用的最大年夜體系類到底有多大年夜？這是一個天然的理論問題，但現(xiàn)有的理論專門少給出謎底。我們以操縱理論中兩個標(biāo)記性的方法為例，一個是PID操縱器，另一個是Kalman濾波器，他們都被廣泛而成功地應(yīng)用在浩渺實際體系中。那么我們從理論上能說些什么？我們所證實的穩(wěn)固性也好、最優(yōu)性也好，全然上照樣對線性模型的。但實際應(yīng)用中，大年夜家都明白，不管是PID操縱器，照樣Kalman濾波器，都能夠關(guān)于相當(dāng)一大年夜類的非線性體系。換一個角度講，我們依照線性模型所設(shè)計和證實的估量和操縱方法，實際上能夠應(yīng)用到一大年夜類復(fù)雜非線性體系。一個天然的問題，你能不克不及從理論嚴(yán)格證實，比如有名的PID操縱器或Kalman濾波器，他們到底能被有效地應(yīng)用到多么大年夜的一類非線性體系？可否從理論上嚴(yán)格描述出這類體系？這明顯是一個全然的理論問題，因此具有挑戰(zhàn)性。我們還能夠連續(xù)追問：面對不確信非線性體系，假如我們不局限于某一個或某一類操縱器，那么，在所有（線性與非線性）反饋操縱規(guī)律中，哪一個才能最大年夜或關(guān)于的不確信性體系范疇最大年夜？對那個最大年夜不確信性體系類的精確“界線”可否從理論上描述出來？這就更有挑戰(zhàn)性了，現(xiàn)有的操縱理論成果更少。近些年來，我們關(guān)于反饋機制最大年夜才能的一系列定量研究就試圖答復(fù)這類問題。因此，現(xiàn)代操縱理論自身的局限遠(yuǎn)不止這些。再例如，采樣操縱問題。今朝對非線性連續(xù)時刻體系的操縱理論因此有專門大年夜進展，然則從本質(zhì)上講，差不多上在理論上設(shè)計并研究連續(xù)時刻的操縱器，因此實際的操縱體系大年夜多差不多上采樣操縱。當(dāng)采樣頻率能夠隨便率性快時（快到知足理論證實的須要），能夠證實響應(yīng)的采樣操縱在較廣的前提下照樣有效。然則，假如推敲到實際的通信、傳感、運算和履行機構(gòu)不許可有隨便率性快的采樣操縱頻率，那么，關(guān)于給定的采樣操縱頻率，由連續(xù)時刻非線性體系自身與采樣操縱器所構(gòu)成的閉環(huán)動態(tài)體系，在本質(zhì)上確實是一個連續(xù)與離散時刻的混淆體系，現(xiàn)有的理論成果全然都不克不及說明問題了，實際上也幾乎沒有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)方法能夠作為理論研究的有效對象。這是一個典范問題，說明我們的理論與實際還有較大年夜差距。最后，也是最重要的一個局限，我認(rèn)為是今朝操縱理論框架的局限，這一點下面還會談到。面對實際世界中大年夜量復(fù)雜體系，比如工程、社會、經(jīng)濟、生物、情形等范疇的復(fù)雜體系中，對專門多重大年夜的調(diào)控問題，我們現(xiàn)有的操縱理論發(fā)揮的感化還專門有限。個中一個重要的緣故，確實是我們今朝的操縱理論框架與實際調(diào)控問題還有較大年夜差別，專門多是本質(zhì)性差別。因此我們說當(dāng)前的操縱理論遠(yuǎn)沒有成熟，還有相昔時夜的成長空間。

結(jié)論：總體來說，“主動操縱理論”確實是一門研究主動操縱體系穩(wěn)固性的科學(xué)，是操縱理論與操縱工程學(xué)科的重要內(nèi)容。操縱理論與操縱工程作為一門學(xué)科，研究同時提出有關(guān)主動操縱體系設(shè)計和分析的理論與方法，用于指導(dǎo)工程實踐。關(guān)于我們現(xiàn)在而言，因為專業(yè)常識以及掃瞄面