《機(jī)械控制工程基礎(chǔ) 第2版》 課件 第1章 緒論

§1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)§1.2系統(tǒng)及其模型§1.3

反饋§1.4控制系統(tǒng)基本組成§1.5系統(tǒng)分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求§1.6機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用§1.7控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧

§1.8本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法1自動(dòng)控制

在無人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為控制裝置或控制器），使機(jī)械、設(shè)備、或生產(chǎn)過程（被控對(duì)象）的工作狀態(tài)或稱為某一個(gè)物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行。課程回顧

控制:對(duì)被控對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生期望的行為。2人工控制自動(dòng)控制人工與自動(dòng)3反饋的概念定義: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)，其實(shí)質(zhì)就是信息的傳遞與交互。反饋4開環(huán)向閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換樣例液位控制閉環(huán)系統(tǒng)示意圖如右圖所示，在開環(huán)液位控制系統(tǒng)中，增加一個(gè)液位的自動(dòng)測(cè)量與比較裝置。5

控制系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用有影響，或控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向聯(lián)系，故這種控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。需要說明的是：

輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用的影響稱為“反饋”。6開環(huán)控制示意圖計(jì)算執(zhí)行受控對(duì)象給定值干擾被控量比較控制驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象檢測(cè)給定值干擾被控量閉環(huán)控制示意圖7

把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程。若反饋信號(hào)是與輸入信號(hào)相減而使偏差值越來越小，則稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。

負(fù)反饋控制是一個(gè)利用偏差進(jìn)行控制并最后消除偏差的過程，又稱偏差控制。同時(shí)，由于有反饋的存在，整個(gè)控制過程是閉合的，故也稱為閉環(huán)控制。8例：m-c-k系統(tǒng)9顯然這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆]有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例：m-c-k系統(tǒng)10內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目的而

人為加入的反饋，稱為外反饋。

內(nèi)反饋：在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋，

稱為內(nèi)反饋。它是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間相

互耦合的結(jié)果。內(nèi)反饋是造成機(jī)械系統(tǒng)存在一定的動(dòng)態(tài)特性的根本原因紛繁復(fù)雜的內(nèi)反饋的存在使得機(jī)械系統(tǒng)變得異常復(fù)雜。11§1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)§1.2系統(tǒng)及其模型§1.3

反饋§1.4控制系統(tǒng)基本組成§1.5系統(tǒng)分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求§1.6機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用§1.7控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧

§1.8本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法12基本控制方式開環(huán)/閉環(huán)/復(fù)合控制

一個(gè)典型的液位控制系統(tǒng)，H為液面高度(又稱液位)，控制的目的在于保持液面高度不變13課程回顧

爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖14控制系統(tǒng)被控對(duì)象控制裝置測(cè)量元件比較元件放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)校正裝置給定元件15控制系統(tǒng)的組成

16控制系統(tǒng)的組成水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖17水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖18水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。

____構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心

閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路

(2)偏差起調(diào)節(jié)作用

19負(fù)反饋原理1.穩(wěn)：（基本要求）

要求系統(tǒng)要穩(wěn)定2.準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）

系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出跟蹤精度要高3.快：（動(dòng)態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過渡過程要平穩(wěn)，快速演示控制系統(tǒng)的基本要求1.按給定信號(hào)的形式恒值系統(tǒng)/隨動(dòng)(伺服)系統(tǒng)/程控系統(tǒng)2.按是否滿足疊加原理線性系統(tǒng)/非線性系統(tǒng)3.按參數(shù)是否隨時(shí)間變化定常系統(tǒng)/時(shí)變系統(tǒng)4.按信號(hào)傳遞的形式連續(xù)系統(tǒng)/離散系統(tǒng)5.按輸入輸出變量的多少單變量系統(tǒng)/多變量系統(tǒng)

21控制系統(tǒng)的分類經(jīng)典控制理論

(19世紀(jì)初—20世紀(jì)50年代)

時(shí)域法復(fù)域法(根軌跡法)

頻域法現(xiàn)代控制理論(20世紀(jì)60年代—)

線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制預(yù)測(cè)控制最優(yōu)控制魯棒控制滑?？刂谱罴压烙?jì)容錯(cuò)控制大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)系統(tǒng)辨識(shí)集散控制非線性系統(tǒng)理論

智能控制理論(20世紀(jì)70年代—)

專家系統(tǒng)遺傳算法模糊控制多智能體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史22控制工程基礎(chǔ)課程的任務(wù)與體系結(jié)構(gòu)23基礎(chǔ)知識(shí)分析方法基本概念控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型工程控制技術(shù)時(shí)域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)工程應(yīng)用系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正主要教