第一章_控制工程基礎課件

1、機械工程控制基礎機械工程控制基礎2022-3-19主講主講: : 李華強李華強2022-3-19 專業(yè)技術基礎課專業(yè)技術基礎課課程性質(zhì)課程性質(zhì): :課程特點：課程特點：內(nèi)容豐富，技術更新快，內(nèi)容豐富，技術更新快，緊密聯(lián)系實際，應用非常廣泛。緊密聯(lián)系實際，應用非常廣泛。課堂課堂：緊跟老師講課思路，搞清基本概念，注意緊跟老師講課思路，搞清基本概念，注意 解題方法和技解題方法和技巧巧習題：習題：獨立完成作業(yè)，按時交作業(yè)。獨立完成作業(yè)，按時交作業(yè)。實驗：實驗：注意理論聯(lián)系實際，掌握軟件編制的方法注意理論聯(lián)系實際，掌握軟件編制的方法 ，仿真調(diào)試與物，仿真調(diào)試與物 理理實驗驗證相結合。實驗驗證相結合。20

2、22-3-19希望和要求希望和要求:教學形式教學形式: 課堂上，多媒體授課為主，板書為輔；課堂上，多媒體授課為主，板書為輔； 意見要求及時反饋意見要求及時反饋新生事物大家支持新生事物大家支持教師嚴謹治學教師嚴謹治學學生積極配合學生積極配合師生共同創(chuàng)造佳績師生共同創(chuàng)造佳績建議希望踴躍發(fā)表建議希望踴躍發(fā)表2022-3-19課程簡介課程簡介作用：作用： 解決工程中實際問題解決工程中實際問題 課程、畢業(yè)設計、工作基礎課程、畢業(yè)設計、工作基礎 考研、考博考研、考博u是研究各類控制系統(tǒng)是研究各類控制系統(tǒng)共性共性的一門技術基礎科學。的一門技術基礎科學。u以以動態(tài)的觀點動態(tài)的觀點去看待一個機械工程系統(tǒng)去看待一

3、個機械工程系統(tǒng) u采用采用控制的觀點和思想方法解決控制的觀點和思想方法解決生產(chǎn)過程中存在的問題生產(chǎn)過程中存在的問題以及使系統(tǒng)按預定的規(guī)律運動以及使系統(tǒng)按預定的規(guī)律運動 u機械、電氣為基礎機械、電氣為基礎2022-3-19主要教學內(nèi)容主要教學內(nèi)容基礎知識基礎知識分析方法分析方法基本概念基本概念控制系統(tǒng)結構體系控制系統(tǒng)結構體系控制系統(tǒng)數(shù)學模型控制系統(tǒng)數(shù)學模型控控制制工工程程基基礎礎時域分析時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)工程應用工程應用系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正2022-3-19本課程要解決的問題本課程要解決的問題u 控制系統(tǒng)性能分析 包括以下幾個方面：（1）判斷

4、系統(tǒng)能否正常工作系統(tǒng)穩(wěn)定性（2）判斷系統(tǒng)是否有穩(wěn)定裕量,即能否可靠地工作 系統(tǒng)可靠性（3）判斷系統(tǒng)精度的高低、誤差的大小系統(tǒng) 的準確性（4）判斷系統(tǒng)響應的快慢系統(tǒng)的快速性2022-3-192. 控制系統(tǒng)設計設計任務合理選擇控制規(guī)律設計控制器設計依據(jù)任務書技術要求性能指標穩(wěn)態(tài)性能快速性能動態(tài)性能準確性能穩(wěn)定性可靠性本課程要解決的問題本課程要解決的問題課程教學目標課程教學目標掌握有關自動控制的基本概念、基本理掌握有關自動控制的基本概念、基本理論和基本方法，能夠自覺運用反饋原理論和基本方法，能夠自覺運用反饋原理解決工程實際中的相關問題。解決工程實際中的相關問題。學會用系統(tǒng)的方法分析問題和解決問題，學

5、會用系統(tǒng)的方法分析問題和解決問題，逐步提高創(chuàng)新意識和能力。逐步提高創(chuàng)新意識和能力。掌握自動控制基本組成、線性系統(tǒng)數(shù)學掌握自動控制基本組成、線性系統(tǒng)數(shù)學建模以及系統(tǒng)分析與設計的基本方法，建模以及系統(tǒng)分析與設計的基本方法，能進行典型控制系統(tǒng)的分析和設計。能進行典型控制系統(tǒng)的分析和設計。2022-3-19控制理論：控制理論：2022-3-192022-3-19現(xiàn)代頻域方法：現(xiàn)代頻域方法：以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學模型，研究線性以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學模型，研究線性定常多變量系統(tǒng)定常多變量系統(tǒng)自適應控制理論和方法自適應控制理論和方法 以系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計為基礎，以系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計為基礎，在實時辨識基礎上在線確

6、定最優(yōu)控制規(guī)律在實時辨識基礎上在線確定最優(yōu)控制規(guī)律魯棒控制方法魯棒控制方法 在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎上，設在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎上，設計不變的魯棒控制器，以處理數(shù)學模型的不確定性。計不變的魯棒控制器，以處理數(shù)學模型的不確定性。具有規(guī)模龐大、結構復雜、功能綜合、目標多樣、因素眾多等特點。具有規(guī)模龐大、結構復雜、功能綜合、目標多樣、因素眾多等特點。它是一個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論目它是一個多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段2022-3-19模型的不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，模型的

7、不確定性，高度非線性，分布式的傳感器和執(zhí)行器，動態(tài)突變，多時間標度，復雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，動態(tài)突變，多時間標度，復雜的信息模式，龐大的數(shù)據(jù)量，以及嚴格的特性指標等以及嚴格的特性指標等 智能控制是從智能控制是從“仿人仿人”的概念出發(fā)的。一般認為，的概念出發(fā)的。一般認為，其方法包括其方法包括學習控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡控制、學習控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡控制、和專家控制和專家控制等方法。等方法。 本課程主要內(nèi)容和章節(jié)本課程主要內(nèi)容和章節(jié)l概述概述l控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型l控制系統(tǒng)的時域響應分析控制系統(tǒng)的時域響應分析l控制系統(tǒng)的頻率特性控制系統(tǒng)的頻率特性l控制系統(tǒng)的穩(wěn)

8、定性分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析l控制系統(tǒng)的誤差分析與計算控制系統(tǒng)的誤差分析與計算高等數(shù)學力學電工學機械設計u掌握自動控制基本概念，反饋控制系統(tǒng)原理和掌握自動控制基本概念，反饋控制系統(tǒng)原理和各組成，開環(huán)控制和閉環(huán)控制。各組成，開環(huán)控制和閉環(huán)控制。u掌握建立機電系統(tǒng)動力學模型的方法掌握建立機電系統(tǒng)動力學模型的方法u掌握機電系統(tǒng)時域分析方法掌握機電系統(tǒng)時域分析方法u掌握機電系統(tǒng)頻域分析方法掌握機電系統(tǒng)頻域分析方法u掌握模擬機電控制系統(tǒng)的分析及設計綜合方法掌握模擬機電控制系統(tǒng)的分析及設計綜合方法課程要求課程要求主要內(nèi)容主要內(nèi)容u自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史u控制問題的提出控制問題的提出u自動

9、控制系統(tǒng)的基本概念自動控制系統(tǒng)的基本概念u控制理論在機械工程中的應用控制理論在機械工程中的應用1 1 概述概述本章基本要求本章基本要求u掌握反饋控制系統(tǒng)基本概念，系統(tǒng)組成和各組成環(huán)節(jié)掌握反饋控制系統(tǒng)基本概念，系統(tǒng)組成和各組成環(huán)節(jié)的作用，系統(tǒng)原理方塊圖。的作用，系統(tǒng)原理方塊圖。u了解自動控制系統(tǒng)分類及特點了解自動控制系統(tǒng)分類及特點u掌握負反饋在自動控制系統(tǒng)中的作用掌握負反饋在自動控制系統(tǒng)中的作用 明確開環(huán)與閉環(huán)區(qū)別明確開環(huán)與閉環(huán)區(qū)別u明確對控制系統(tǒng)的基本要求明確對控制系統(tǒng)的基本要求1 1 概述概述2022-3-19公元公元2 2世紀，張衡發(fā)世紀，張衡發(fā)明候風地動儀明候風地動儀1-1自動控制理論發(fā)

10、展簡史自動控制理論發(fā)展簡史1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史飛球調(diào)節(jié)器1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史1868年：J. C. Maxwell發(fā)表調(diào)速器，提出反饋控制的概念及穩(wěn)定性條件18841884年：年：E. J. RouthE. J. Routh提出勞斯穩(wěn)定性判據(jù)提出勞斯穩(wěn)定性判據(jù)1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普諾夫穩(wěn)定性理論18951895年：年：A. HurwifzA. Hurwifz提出赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)提出赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)1-1自動控制理論發(fā)展簡

11、史自動控制理論發(fā)展簡史1932年：H. Nyquist提出奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)1945年：H. W. Bode提出反饋放大器的一般設計方法19481948年：年：N. WienerN. Wiener發(fā)表控制論，標志經(jīng)典控發(fā)表控制論，標志經(jīng)典控制理論基本形成制理論基本形成1950年：W. R. Evans提出根軌跡法，并應用于反饋控制系統(tǒng)的設計 19541954年：錢學森發(fā)表工程控制論年：錢學森發(fā)表工程控制論1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史1980迄今：魯棒控制、H控制、非線性控制、智能控制等新出現(xiàn)生物控制論、經(jīng)濟控制論和社會控制論1-1自動控制理論發(fā)展簡史自動控制理論發(fā)展簡史202

12、2-3-192022-3-19控制對象：實實在在的事物例：水鐘（如圖所示）1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出例：發(fā)電機發(fā)電例：發(fā)電機發(fā)電（輸出電壓盡量不受負荷變化和原動機轉(zhuǎn)速波動的影響）發(fā)電機 1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出例：數(shù)控機床 工作臺與刀架準確地跟隨指令進給1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出控制工程基礎：闡述有關控制工程基礎：闡述有關自動控制技術自動控制技術的基礎理論，它的基礎理論，它不僅是一門重要的科學，也是一門科學方法論。不僅是一門重要的科學，也是一門科學方法論。 自動控制：自動控制： 是在是在沒有人直接參與的情況下，使生產(chǎn)過程或被控制對象沒有人

13、直接參與的情況下，使生產(chǎn)過程或被控制對象的某些物理量準確地按照預期規(guī)律變化。的某些物理量準確地按照預期規(guī)律變化。 1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出給定量：系統(tǒng)的輸入量，可以是物理量、也可以是數(shù)字量；給定量：系統(tǒng)的輸入量，可以是物理量、也可以是數(shù)字量；被控量：系統(tǒng)的輸出量。被控量：系統(tǒng)的輸出量。 特點：一個或多個被控制的物理量按照給定量的變特點：一個或多個被控制的物理量按照給定量的變化而變化。化而變化。1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)：是由相互聯(lián)系、相互依賴、相互作用的若干部是由相互聯(lián)系、相互依賴、相互作用的若干部分組成，具有自動控制功能的有機整體

14、。分組成，具有自動控制功能的有機整體。例如：數(shù)控機床、焊接機器人、溫度控制儀例如：數(shù)控機床、焊接機器人、溫度控制儀恒溫控恒溫控制系統(tǒng)制系統(tǒng)雷達雷達跟蹤跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)1-2 控制工程問題的提出控制工程問題的提出u 若被控量是恒定的，為恒值若被控量是恒定的，為恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如穩(wěn)壓電源，恒溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如穩(wěn)壓電源，恒溫控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；u 若被控量隨給定量的變化而若被控量隨給定量的變化而變化，則為調(diào)節(jié)系統(tǒng)或隨動系變化，則為調(diào)節(jié)系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，位置隨統(tǒng)，如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，位置隨動系統(tǒng)等。動系統(tǒng)等。2022-3-19根據(jù)實際需要，進行控制系統(tǒng)的設計，并用機、光、根據(jù)實際需要，進行控制系統(tǒng)的設

15、計，并用機、光、電、液壓等元部件或設備來實現(xiàn)。電、液壓等元部件或設備來實現(xiàn)。2022-3-19一一.自動控制系統(tǒng)工作原理自動控制系統(tǒng)工作原理 （1）人工控制系統(tǒng)：如圖，人工控制恒溫箱。）人工控制系統(tǒng)：如圖，人工控制恒溫箱。 2022-3-19圖圖 人工控制恒溫箱人工控制恒溫箱 1 觀測由測量元件（溫度計）測出的觀測由測量元件（溫度計）測出的被控制量（溫度）被控制量（溫度）2 與要求的溫度值（給定值）進行與要求的溫度值（給定值）進行比較，得出偏差的大小和方向比較，得出偏差的大小和方向3 根據(jù)偏差的大小和方向再進行根據(jù)偏差的大小和方向再進行 調(diào)整和控制調(diào)整和控制給定值給定值-輸入量輸入量被控制量被

16、控制量-輸出量輸出量2022-3-19u控制器控制器:通過所產(chǎn)生的控制信號來操縱執(zhí)行機構使被控通過所產(chǎn)生的控制信號來操縱執(zhí)行機構使被控對象按技術要求完成某種任務的器件。主要包括計算機、對象按技術要求完成某種任務的器件。主要包括計算機、控制元件、放大元件、轉(zhuǎn)換元件?？刂圃⒎糯笤?、轉(zhuǎn)換元件。u控制對象控制對象:指工作狀態(tài)需要給以控制的裝置、設備和指工作狀態(tài)需要給以控制的裝置、設備和過程。過程。u給定量：給定量：指作為被控量的控制指令而加給控制系統(tǒng)的指作為被控量的控制指令而加給控制系統(tǒng)的輸入量輸入量,也稱控制量也稱控制量u控制量控制量:指描述被控對象按預定運行規(guī)律工作的量，也指描述被控對象按預

17、定運行規(guī)律工作的量，也是系統(tǒng)的輸出量。是系統(tǒng)的輸出量。 12022-3-19（2）自動控制系統(tǒng)：）自動控制系統(tǒng)：恒溫箱自動控制系統(tǒng)工作原理恒溫箱自動控制系統(tǒng)工作原理 恒溫箱實際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對應的電壓恒溫箱實際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對應的電壓u2u2 恒溫箱期望溫度由電壓恒溫箱期望溫度由電壓u1u1給定，并與實際溫度給定，并與實際溫度u2u2比較得到比較得到溫度偏差信號溫度偏差信號D DU=u1-u2U=u1-u2 溫度偏差信號經(jīng)過電壓、功率放大后，用以驅(qū)動執(zhí)行電動溫度偏差信號經(jīng)過電壓、功率放大后，用以驅(qū)動執(zhí)行電動機，并通過傳動機構拖動調(diào)壓器動觸頭，當溫度偏高時，機，并通過傳動機構拖動調(diào)壓器動

18、觸頭，當溫度偏高時，動觸頭向電流減小的方向運動，反之加大電流，直到溫度動觸頭向電流減小的方向運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值時為止。此時，偏差達到給定值時為止。此時，偏差D DU=0U=0，電機停止轉(zhuǎn)動。，電機停止轉(zhuǎn)動。2022-3-192022-3-19自動控制系統(tǒng)的工作原理自動控制系統(tǒng)的工作原理 檢測輸出量（被控制量）的實際值檢測輸出量（被控制量）的實際值輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比較求出偏差輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比較求出偏差 用偏差值產(chǎn)生的控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量用偏差值產(chǎn)生的控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出維持期望的輸出 由于存在

19、輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預計擾動的情況下，自動減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變換的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)這種基于反饋原理，能對輸出量與參考輸入量進這種基于反饋原理，能對輸出量與參考輸入量進行比較，并力圖保持兩者之間既定關系的系統(tǒng)，行比較，并力圖保持兩者之間既定關系的系統(tǒng)，稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)具備測量、比稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)具備測量、比較和執(zhí)行三個基本功能較和執(zhí)行三個基本功能 負反饋負反饋“檢測偏差并用以糾正偏差檢測偏差并用以糾正偏差”，通過反饋實現(xiàn)。，通過反饋實現(xiàn)。2022-3-19二二. 控制系統(tǒng)的基本方式控制系

20、統(tǒng)的基本方式調(diào)試維修方便，穩(wěn)定性好，目前應用比較廣泛調(diào)試維修方便，穩(wěn)定性好，目前應用比較廣泛 l開環(huán)控制方式l閉環(huán)控制方式按偏差控制l半閉環(huán)控制2022-3-191.開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。二二. 控制系統(tǒng)的基本方式控制系統(tǒng)的基本方式2. 閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用有直接影響?zhàn)伝芈?，輸出量對系統(tǒng)的控制作用有直接影響. 2022-3-19圖圖 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)

21、調(diào)速系統(tǒng) 閉環(huán)的作用是應用反饋來減少偏差閉環(huán)的作用是應用反饋來減少偏差注意！注意！2022-3-192022-3-19閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：有反饋，信號傳遞形式閉合回路有反饋，信號傳遞形式閉合回路抗擾性好，控制精度高抗擾性好，控制精度高結構較復雜結構較復雜有穩(wěn)定性問題有穩(wěn)定性問題 設計不當，可能會引起過調(diào)誤差，從而導致系統(tǒng)進行等幅振蕩或變設計不當，可能會引起過調(diào)誤差，從而導致系統(tǒng)進行等幅振蕩或變幅振蕩。幅振蕩。2022-3-192022-3-19檢測裝置檢測裝置2022-3-192022-3-19閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點：精度高閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點：精度高 缺點：存在震蕩、超調(diào)，結構復雜缺點：存

22、在震蕩、超調(diào)，結構復雜開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點：結構簡單，容易構建開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點：結構簡單，容易構建 缺點：精度低缺點：精度低 閉環(huán)系統(tǒng)的精度高、穩(wěn)定性差是其主要矛盾，當控閉環(huán)系統(tǒng)的精度高、穩(wěn)定性差是其主要矛盾，當控制系統(tǒng)的性能要求較高時，可采用閉環(huán)與開環(huán)相結合的制系統(tǒng)的性能要求較高時，可采用閉環(huán)與開環(huán)相結合的復合控制。復合控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)2022-3-19輸入輸入指令指令+-閉環(huán)閉環(huán)三三. 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成2022-3-19比較比較元件元件給定給定元件元件串聯(lián)校串聯(lián)校正元件正元件放大變放大變換元件換元件執(zhí)行執(zhí)行元件元件控制控制對象對象輸出輸出xo反饋元件反

23、饋元件并聯(lián)校并聯(lián)校正元件正元件局部反饋局部反饋主反饋主反饋擾動擾動主反饋信號主反饋信號xb輸入信輸入信號號xi偏差信偏差信號號e 圖圖 典型的反饋控制系統(tǒng)方塊圖典型的反饋控制系統(tǒng)方塊圖1. 給定元件：用于產(chǎn)生給定信號或輸入信號，也就是給定元件：用于產(chǎn)生給定信號或輸入信號，也就是產(chǎn)生系統(tǒng)的輸入。產(chǎn)生系統(tǒng)的輸入。2. 反饋元件：測量系統(tǒng)的輸出，產(chǎn)生主反饋信號，該反饋元件：測量系統(tǒng)的輸出，產(chǎn)生主反饋信號，該信號與系統(tǒng)的輸出之間存在確定的函數(shù)關系（通常為比例信號與系統(tǒng)的輸出之間存在確定的函數(shù)關系（通常為比例關系）。關系）。2022-3-193. 比較元件：比較輸入信號與主反饋信號之間的偏差。比較元件：

24、比較輸入信號與主反饋信號之間的偏差?？梢允俏锢淼谋容^元件，也可以是一個差接電路，此可以是物理的比較元件，也可以是一個差接電路，此時可稱做比較環(huán)節(jié)。時可稱做比較環(huán)節(jié)。4. 放大元件：對偏差信號進行信號放大和功率放大的元放大元件：對偏差信號進行信號放大和功率放大的元件件5. 執(zhí)行元件：直接對控制對象進行操作。執(zhí)行元件：直接對控制對象進行操作。6. 校正元件：也稱校正裝置，用以穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提高校正元件：也稱校正裝置，用以穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提高性能。性能。7. 控制對象：控制系統(tǒng)所操縱的對象，其輸出就是系統(tǒng)控制對象：控制系統(tǒng)所操縱的對象，其輸出就是系統(tǒng)的輸出，或稱為被調(diào)量，被控量。的輸出，或稱為被調(diào)量，

25、被控量。2022-3-191按給定量的運動規(guī)律來分：按給定量的運動規(guī)律來分： （1）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：輸入量不變，重點克服擾動對被調(diào)量的影響。如）恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：輸入量不變，重點克服擾動對被調(diào)量的影響。如穩(wěn)壓電源，恒溫箱。穩(wěn)壓電源，恒溫箱。（2）程序控制系統(tǒng)：輸入量為已知給定的時間函數(shù)，如數(shù)控機床。）程序控制系統(tǒng)：輸入量為已知給定的時間函數(shù)，如數(shù)控機床。（3）隨動系統(tǒng)：系統(tǒng)的給定量（或輸入量）是時間的未知函數(shù)，要求）隨動系統(tǒng)：系統(tǒng)的給定量（或輸入量）是時間的未知函數(shù)，要求輸出量能夠準確、快速地復現(xiàn)給定量。如火炮自動瞄準敵機的輸出量能夠準確、快速地復現(xiàn)給定量。如火炮自動瞄準敵機的控制系統(tǒng)，仿形加工中的

26、液壓仿形刀架隨動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，仿形加工中的液壓仿形刀架隨動系統(tǒng)。2022-3-19防雷達跟蹤系統(tǒng)防雷達跟蹤系統(tǒng)四自動控制系統(tǒng)的基本類型四自動控制系統(tǒng)的基本類型繡花機繡花機2022-3-19 系統(tǒng)通過間隙傳感器實時測量出密封間隙值并送入計算機，與設定系統(tǒng)通過間隙傳感器實時測量出密封間隙值并送入計算機，與設定值比較后，發(fā)出控制指令至電動機提升機構，調(diào)整密封板的位置，達到值比較后，發(fā)出控制指令至電動機提升機構，調(diào)整密封板的位置，達到維持密封間隙值恒定的目的。維持密封間隙值恒定的目的。2022-3-19控制任務：控制任務：要求工作機械能夠跟隨指令機構同要求工作機械能夠跟隨指令機構同步轉(zhuǎn)動步轉(zhuǎn)動, ,

27、即要使工作機械的角位置跟隨給定指令即要使工作機械的角位置跟隨給定指令轉(zhuǎn)角，亦即使：轉(zhuǎn)角，亦即使：oi2022-3-19 首先確定以下基本問題首先確定以下基本問題：（1 1）受控對象）受控對象: : 工作機械；工作機械；（2 2）被）被 控控 量量: : 角位置；角位置；（3 3）指令轉(zhuǎn)角）指令轉(zhuǎn)角: : 給定值；給定值；（4 4）測量元件）測量元件: : 通過兩個相同的通過兩個相同的電位計電位計測量轉(zhuǎn)角，并轉(zhuǎn)換為測量轉(zhuǎn)角，并轉(zhuǎn)換為 相應的電壓；相應的電壓；（5 5）計算比較）計算比較: : 兩個測量電位計的橋式連接，即完成了減法運算，兩個測量電位計的橋式連接，即完成了減法運算， 兩電刷之間的電

28、壓代表了被控量對給定量的誤差；兩電刷之間的電壓代表了被控量對給定量的誤差；（6 6）執(zhí)行機械）執(zhí)行機械: : 電機減速裝置。電機減速裝置。系統(tǒng)的工作原理：系統(tǒng)的工作原理： 如果工作機械轉(zhuǎn)角等于指令轉(zhuǎn)角，則經(jīng)事先整定，如果工作機械轉(zhuǎn)角等于指令轉(zhuǎn)角，則經(jīng)事先整定，即電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。當指令轉(zhuǎn)角改變，隨之改變，而工即電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。當指令轉(zhuǎn)角改變，隨之改變，而工作機械仍處于原位，則從而使電動機拖動工作機械朝所要求的方向快作機械仍處于原位，則從而使電動機拖動工作機械朝所要求的方向快速偏轉(zhuǎn)，直至電機停轉(zhuǎn)，此時系統(tǒng)在新的位置上處于與指令同步的平速偏轉(zhuǎn)，直至電機停轉(zhuǎn)，此時系統(tǒng)在新的位置

29、上處于與指令同步的平衡工作狀態(tài)，即完成了跟隨的任務。衡工作狀態(tài)，即完成了跟隨的任務。（1）連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中各個參量的變化都是連續(xù)進行）連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中各個參量的變化都是連續(xù)進行的，可用線性或微分方程描述。（模擬信號）的，可用線性或微分方程描述。（模擬信號）（2）數(shù)字控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的給定量、反饋量、偏差量都是）數(shù)字控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的給定量、反饋量、偏差量都是數(shù)字量，數(shù)值上不連續(xù)，時間上也是離散的。（計算數(shù)字量，數(shù)值上不連續(xù)，時間上也是離散的。（計算機控制系統(tǒng)）機控制系統(tǒng)）2022-3-192按系統(tǒng)信號特性來分：按系統(tǒng)信號特性來分：（1）線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)）線性控制系統(tǒng)和非線性控制

30、系統(tǒng)（2）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)）定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)（3）機械、電氣、機電、液壓、氣動、熱力等控制系統(tǒng)）機械、電氣、機電、液壓、氣動、熱力等控制系統(tǒng)（4）溫度、壓力、位置等控制系統(tǒng)）溫度、壓力、位置等控制系統(tǒng)2022-3-193其他分類：其他分類：2022-3-192022-3-19五對控制系統(tǒng)的基本要求五對控制系統(tǒng)的基本要求指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)能夠恢復平衡狀態(tài)的能力強弱能夠恢復平衡狀態(tài)的能力強弱?；脽羝脽羝?67調(diào)整過程結束后，輸出量與給定量調(diào)整過程結束后，輸出量與給定量之間的偏差大小，也稱靜態(tài)精度。之間的偏差大小，也稱靜態(tài)精度。在穩(wěn)定的前提下，系統(tǒng)消除輸在穩(wěn)定

31、的前提下，系統(tǒng)消除輸出量與給定量之間偏差的快速出量與給定量之間偏差的快速程度。程度。2022-3-19系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性l正擺正擺神七火神七火箭發(fā)射箭發(fā)射倒立擺倒立擺正擺正擺(t)l橋式橋式起重機起重機五對控制系統(tǒng)的基本要求五對控制系統(tǒng)的基本要求2022-3-19tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)隨動系統(tǒng)對快速性要求高隨動系統(tǒng)對快速性要求高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性是相互制約的。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性是相互制約的。如要求其快速性好，則系統(tǒng)可能會產(chǎn)生強烈的振蕩；如要求其快速性好，則系統(tǒng)可能會產(chǎn)生強烈的振蕩；如要求其穩(wěn)定性好，

32、則控制過程可能過于遲緩，快速性變差，精如要求其穩(wěn)定性好，則控制過程可能過于遲緩，快速性變差，精度也可能變壞。度也可能變壞。2022-3-19解決穩(wěn)、快和準之間的矛盾，獲得最佳的、滿足需要的解決穩(wěn)、快和準之間的矛盾，獲得最佳的、滿足需要的綜合性能。綜合性能。2022-3-192022-3-192022-3-19控制技術融合了信息技術、工程技術，是多控制技術融合了信息技術、工程技術，是多種技術的融合。種技術的融合。世界隨處可見控制與反控制世界隨處可見控制與反控制信號線控制信號線被控對象2022-3-19控制無處不在控制無處不在工工 業(yè)業(yè) 控控 制制國國 防防 應應 用用家家 用用 電電 器器消費類

33、產(chǎn)品消費類產(chǎn)品控控制制技技術術應應用用2022-3-19控制技術應用控制技術應用2022-3-19交通系統(tǒng)交通系統(tǒng)控制技術應用控制技術應用2022-3-19控制技術控制技術 應用舉例應用舉例 電機控制電機控制 機床控制機床控制 生產(chǎn)過程自動化控制生產(chǎn)過程自動化控制 機器人控制機器人控制 . . . . . . . . . . .2022-3-192022-3-19機器人2022-3-19瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機器人 2022-3-19一個典型的運動控制系統(tǒng)2022-3-19Contexte de ltude Machine-outil Usinage de Haute Prcis

34、ion (UHP)Paliers magntiques de brocheMoteurs linaires Z et X +CodeursPlots pneumatiquesMoteur de la brocheGlissire axe ZGlissire axe XBti2022-3-19Dveloppement du tour UHP Optimisation de la nouvelle architecturePid B. CourantIVVPid B. VitessePPid + B. PositionPJog( #1,#2,#4 )Profil - Jog & Prog

35、- Vitesse max Acclrtion maxSpline#nPath Systeme CoordX Y ZInterpolation. . .#1#2#3Prog( X, Z, et A )- Mvt. outil -#4Dplacement de loutil(Interpolation 2 axes)Dplacement Axe(Sans interpolation)Asservissement2022-3-19基于基于CAN總線的汽車內(nèi)部控制示意圖總線的汽車內(nèi)部控制示意圖2022-3-19口語汽車導航系統(tǒng)使用情景示意圖口語汽車導航系統(tǒng)使用情景示意圖汽車汽車GPS定位，定位，GI

36、S導航，導航，GSM通信通信單片機單片機控制器控制器應用應用2022-3-19一一. 研究機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題研究機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題 例：質(zhì)量例：質(zhì)量彈簧彈簧阻尼系統(tǒng)阻尼系統(tǒng) 5. 系統(tǒng)辨識系統(tǒng)辨識輸入、輸出均已知，求系統(tǒng)的結構和參數(shù)，也即輸入、輸出均已知，求系統(tǒng)的結構和參數(shù)，也即建立系統(tǒng)的數(shù)學模型建立系統(tǒng)的數(shù)學模型. 4. 濾波與預測濾波與預測輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸出中的有輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸出中的有關信息；關信息； 3. 最優(yōu)設計最優(yōu)設計輸入已知，確定系統(tǒng)，以使輸出盡可能符合給輸入已知，確定系統(tǒng)，以使輸出盡可能符合給定的最佳要求；定的最佳要求； 2.最優(yōu)控制最優(yōu)控制系統(tǒng)已確定，確定系統(tǒng)的輸入，使輸出盡可能系統(tǒng)已確定，確定系統(tǒng)的輸入，使輸出盡可能符合給定的最佳要求；符合給定的最佳要求； 1. 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)已確定，已知輸入，求系統(tǒng)的輸出，系統(tǒng)已確定，已知輸入，求系統(tǒng)的輸出，并通過輸出研究系統(tǒng)本身的有關問題；并通過輸出研究系統(tǒng)本身的有關問題；2022-3-19工件主軸Z導軌刀具X導軌測微儀平晶工作臺主軸止推板電