機械控制工程基礎(chǔ)92855.ppt

控制工程基礎(chǔ) 主講教師 王曉云 參考教材 1 楊叔子 楊克沖 機械工程控制基礎(chǔ) 第五版 武漢 華中科技大學出版社 2005年7月 2 熊良才 楊克沖 機械工程控制基礎(chǔ)學習輔導(dǎo)與題解 武漢 華中科技大學出版社 2002年4月 3 朱驥北 機械控制工程基礎(chǔ) 第15版 北京 機械工業(yè)出版社 2005年 4 董景新 趙長德 控制工程基礎(chǔ) 第3版 北京 清華大學出版社 2009年6月 5 劉叔軍 樊京 MATLAB控制系統(tǒng)應(yīng)用與實例 北京 清華大學出版社 2008年5月 授課方式與考核方式 授課方式以電子工業(yè)出版社 玄兆燕編寫的 機械工程控制基礎(chǔ) 為指導(dǎo) 利用多媒體課件為主 板書為輔進行理論教學 利用MATLAB Simulink軟件開展實驗教學 考核方式平時作業(yè)5次 占總評成績的20 實驗2次 占總評成績的10 期末閉卷考試 占總評成績的70 出勤率低于1 3取消期末考試資格 課程性質(zhì) 控制論 經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論 本課程的主要內(nèi)容 機械控制工程基礎(chǔ) 是控制論 Cybernetics 與機械工程技術(shù)理論之間的邊緣學科 側(cè)重介紹機械工程的控制原理 同時密切結(jié)合工程實際 是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程 機械制造技術(shù)發(fā)展的一個明顯而重要的趨勢 越來越廣泛而深入地引入了控制理論 數(shù)控機床 工業(yè)機器人 機床動態(tài)分析與測試 電氣液壓伺服系統(tǒng) 是科學方法論之一 強調(diào)用系統(tǒng)的 反饋的 控制的方法來分析研究工程實際問題 課程任務(wù)與學習要求 課程任務(wù)通過課程教學 使學生掌握經(jīng)典控制理論的基本原理和思想方法 初步培養(yǎng)進行系統(tǒng)分析與校正的能力 結(jié)合后續(xù)專業(yè)課程的學習 為將來在機械電子工程中解決一些實際問題打下一定的基礎(chǔ) 學習要求需要大家具備一定的數(shù)學 力學 電學方面的基礎(chǔ)知識 還要有一定的機械工程方面的專業(yè)知識 需要大家認真對待每次的課后練習環(huán)節(jié) 主要教學內(nèi)容 機械控制工程基礎(chǔ) 基礎(chǔ)知識 工程應(yīng)用 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)學模型 時域分析 頻域分析 系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù) 系統(tǒng)性能指標 系統(tǒng)校正 緒論 2學時 拉普拉斯變換 2學時 系統(tǒng)的數(shù)學模型 8 2學時 系統(tǒng)的時間響應(yīng)分析 8 2學時 系統(tǒng)的頻率特性分析 8 2學時 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 4學時 復(fù)習 2學時 課程章節(jié) 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù)1 2系統(tǒng)及其模型1 3反饋1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 本章教學大綱 1 了解機械工程控制論的基本概念 研究對象與任務(wù) 2 掌握系統(tǒng) 模型 反饋 偏差等基本概念 3 掌握反饋控制系統(tǒng)工作原理的分析 4 掌握控制系統(tǒng)的組成 分類及基本性能要求 教學重點 反饋的基本概念 控制系統(tǒng)工作原理分析 控制系統(tǒng)的分類 第一章緒論 本章教學大綱 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 一 控制論概述控制論是關(guān)于控制原理與控制方法的學科 它研究事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律 控制論 的兩個核心是信息論和反饋控制 首先創(chuàng)立控制論學科的是美國的數(shù)學家 信息理論家 NorbertWiener 諾伯特 維納 他于1948年發(fā)表了 控制論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 控制論與其它學科結(jié)合 形成眾多的分支學科 控制論的中心思想 通過信息的傳遞 加工處理并利用反饋來進行控制 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 1954年我國科學家錢學森出版專著 工程控制論 英文版 首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域 機械工程控制論研究機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學問題 研究的對象 系統(tǒng) 廣義系統(tǒng) 研究的任務(wù) 動力學問題研究的領(lǐng)域 機械工程領(lǐng)域 二 機械工程控制論的研究對象 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 系統(tǒng) 按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合 系統(tǒng)的要素 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 系統(tǒng)對外界的作用 輸入 激勵 干擾 擾動 輸出 響應(yīng) 系統(tǒng)的框圖 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 機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 全球制造行業(yè)等 如 機器系統(tǒng) 生命系統(tǒng) 社會經(jīng)濟系統(tǒng) 生產(chǎn)系統(tǒng) 思維 學習 工作 廣義系統(tǒng) 具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο?1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 系統(tǒng) 非控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 人工控制系統(tǒng) 自動控制系統(tǒng) 非控制系統(tǒng) 僅具有由人工開 關(guān)兩種狀態(tài)的系統(tǒng) 如 攪拌機 視頻鏈接 教室里的照明系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的可變輸出 能按照要求由參考輸入或控制輸入進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng) 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 如 空調(diào) 自動控制系統(tǒng) 教室中的風扇 人工控制系統(tǒng) 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 根據(jù)自己的生活和學習經(jīng)驗 列舉控制系統(tǒng)的例子問題 1 普通全自動洗衣機2 全自動照相機的閃光系統(tǒng) 調(diào)焦系統(tǒng)3 飲水機 微波爐4 抽水馬桶水箱的液面自動調(diào)節(jié)器 液面控制 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 生物 醫(yī)學 環(huán)境 經(jīng)濟管理等其它 機器人 導(dǎo)彈制導(dǎo) 核動力等高新領(lǐng)域 宇航 火箭 飛船 衛(wèi)星 道路交通 信號燈控制 車牌自動識別 日常 冰箱 洗衣機 空調(diào) 農(nóng)業(yè) 恒溫大棚 農(nóng)業(yè)自動化機械 應(yīng)用范圍 工業(yè) 數(shù)控機床 軋鋼機 恒溫箱等 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 蒸汽機離心調(diào)速器 工業(yè) 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 數(shù)控機床進給系統(tǒng)模擬圖 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域的應(yīng)用 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 在日常生活中的應(yīng)用 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 道路交通的應(yīng)用 車牌自動識別 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 人形機器人 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 勇氣號火星探測器 美國 2004 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 自動火炮 導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 在雷達領(lǐng)域的應(yīng)用 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 海洋探測機器人 1990年日本海洋科技中心研制的 海溝號 纜控式無人潛水器 左 及其在大海中工作時的情況 右 第一章緒論 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 瑞典博福斯公司研制的 雙鷹 水下掃雷機器人 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 恒溫恒濕試驗箱又名環(huán)境試驗箱 實驗各種材料的耐熱 耐寒 耐干 耐濕性能 適合電子 電器 食品 車輛 金屬 化學 建材等實驗 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 三 機械工程控制論的研究任務(wù) 第一章緒論 動力學問題 機械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件作用下 從一定的初始狀態(tài)出發(fā) 經(jīng)歷由其內(nèi)部的固有特性所決定的整個動態(tài)歷程 研究這一過程中 系統(tǒng)及其輸入 輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系 即輸入或激勵 包括外加控制與外界干擾 即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性 下面 我們通過一個簡單的例子 讓大家更深刻的理解 機械工程控制論的研究任務(wù) 這一問題 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 同一系統(tǒng) 不同的輸入 例1 1彈簧 質(zhì)量 阻尼單自由度系統(tǒng) 系統(tǒng) a 系統(tǒng) b m c k單自由度系統(tǒng) 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 a b 整理得 a 解 b 解 動力學方程 y t 即微分方程的解 它是由系統(tǒng)的初始條件 系統(tǒng)的固有特性 系統(tǒng)的輸入及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系所決定 系統(tǒng)的固有特性 mp cp k 2 系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系 1 cp k 系統(tǒng)對輸入的響應(yīng) 系統(tǒng)的輸出 y t 系統(tǒng)的輸入或激勵 f t x t 代表了系統(tǒng)在一定外界條件下的動態(tài)歷程 令p d dt 微分算子 系統(tǒng) a mp cp k y t f t 系統(tǒng) b mp cp k y t cp k x t 2 2 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 問題 系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響y t 三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系 2 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(yù)期的響應(yīng) 即y t 3 對于確定的輸入 系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性 才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng) 求輸出 求輸入 求系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)參數(shù) 基本的動力學問題 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 研究任務(wù) 系統(tǒng)分析問題最優(yōu)控制問題最優(yōu)設(shè)計問題濾波與預(yù)測問題系統(tǒng)辨識問題 已知系統(tǒng)和輸入 求系統(tǒng)的響應(yīng) 或輸出 并通過響應(yīng)來研究系統(tǒng)本身的問題 已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出 設(shè)計輸入 已知輸入和理想輸出時 設(shè)計系統(tǒng) 輸出已知 確定系統(tǒng) 以識別輸入或輸入中的的有關(guān)信息 已知系統(tǒng)的輸入與輸出 求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù) 即建立系統(tǒng)的數(shù)學模型 1 1機械工程控制論的研究對象與任務(wù) 第一章緒論 1 2系統(tǒng)及其模型 一 系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特性 系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān) 而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān) 系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)的各元素的內(nèi)容要豐富很多 系統(tǒng)往往具有表現(xiàn)在時間域 頻率域或空間域等領(lǐng)域內(nèi)的動態(tài)特性 1 2系統(tǒng)及其模型 1 2系統(tǒng)及其模型 第一章緒論 二 機械系統(tǒng) 定義 以實現(xiàn)一定的機械運動 承受一定的機械載荷為目的 由機械元件組成的系統(tǒng) 如 切削加工過程 工件 操作者 當研究某臺機床切削加工過程中的動力學問題時 當研究此臺機床加工的工件的某些質(zhì)量指標時 當研究此臺機床的操作者在加工過程中的作用時 輸入 激勵 外界對系統(tǒng)的作用 如載荷等 輸出 響應(yīng) 系統(tǒng)對外界的作用 如變形 位移 1 2系統(tǒng)及其模型 第一章緒論 激勵 控制輸入 人為地 有意識地加上去 擾動 偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全人為控制的 干擾 三 數(shù)學模型模型的定義 研究系統(tǒng) 認識系統(tǒng) 描述系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的一種工具 模型的種類 實物模型 物理模型和數(shù)學模型等 1 2系統(tǒng)及其模型 第一章緒論 數(shù)學模型 定量地描述系統(tǒng)的動態(tài)性能 揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 參數(shù)與動態(tài)性能之間關(guān)系的數(shù)學表達式 數(shù)學模型 靜態(tài)模型 動態(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)下的特性 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 在一定條件下 動態(tài)模型可以轉(zhuǎn)換為靜態(tài)模型 代數(shù)公式描述 微分方程或差分方程來描述 動態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動態(tài)歷程的 機械工程控制論研究的是機械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學問題 所以往往需要采用動態(tài)數(shù)學模型 即需要建立微分方程或差分方程來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性 1 2系統(tǒng)及其模型 第一章緒論 1 3反饋 一 反饋的定義 反饋是機械工程控制論中一個最基本 最重要的概念 系統(tǒng)的輸出不斷直接或經(jīng)過中間變換后全部或部分地返回到輸入端 并與輸入共同作用于系統(tǒng)的過程 系統(tǒng)之所以有動態(tài)歷程 系統(tǒng)及其輸入 輸出之間之所以有動態(tài)關(guān)系 就是由于系統(tǒng)本身存在著信息的反饋 二 反饋的種類內(nèi)反饋與外反饋例1 2發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)例1 3質(zhì)量 彈簧 阻尼單自由度系統(tǒng) 1 3反饋 2 正反饋與負反饋 第一章緒論 例1 2發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 控制原理 如果負載變化使 增大 離心機構(gòu)滑套上移液壓滑閥上移 動力活塞下移 油門關(guān)小 減小直到滑閥回復(fù)到中位 回到設(shè)定值 通過離心機構(gòu)檢測系統(tǒng)的實際輸出值 并與設(shè)定值進行比較 反過來作用于系統(tǒng) 形成反饋 進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖 1 3反饋 第一章緒論 例1 3質(zhì)量 彈簧 阻尼單自由度系統(tǒng) m c k單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 動力學方程 或 即 m c k單自由度系統(tǒng)方框圖 信息交互 反饋 1 3反饋 第一章緒論 在這兩個例子 反饋在本質(zhì)上都是信息的傳遞與交互 但從具體形式上看 則有所不同 對于發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)來說 離心調(diào)速器是人為附加的反饋控制裝置 其目的在于抵抗由于負載變化這一干擾引起的輸出軸轉(zhuǎn)速的變化 這種反饋稱為外反饋 而質(zhì)量 彈簧 阻尼系統(tǒng)中存在的反饋則為內(nèi)反饋 這種反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互 反映了系統(tǒng)內(nèi)部各元素之間互為因果的聯(lián)系關(guān)系 反映了系統(tǒng)的動態(tài)特性 1 3反饋 第一章緒論 1 內(nèi)反饋在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋 是系統(tǒng)內(nèi)部各個元素之間相互耦合的結(jié)果 是造成機械系統(tǒng)存在一定動態(tài)特性的根本原因 2 外反饋在控制系統(tǒng)中 為達到某種控制目的而人為加入的反饋 生活小實例 生病生病 看病 吃藥 打針 手術(shù) 恢復(fù)健康生病 自身調(diào)節(jié)恢復(fù)健康 外反饋 內(nèi)反饋 1 3反饋 第一章緒論 2 負反饋與正反饋 1 負反饋輸出偏離設(shè)定值時 反饋作用使輸出偏離程度減小 并力圖達到設(shè)定值 被控量 目標值 如 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)液面自動調(diào)節(jié)器數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)動物捕食火炮自動瞄準學習和工作中的負反饋 測偏與糾偏 1 3反饋 第一章緒論 2 正反饋輸出偏離設(shè)定值時 反饋作用使輸出偏離程度加劇 如 疾病自激振蕩器機器疲勞破壞火藥爆炸 熱核反應(yīng)學習和工作中的正反饋 1 3反饋 第一章緒論 三 反饋控制系統(tǒng)及其組成 在工程技術(shù)領(lǐng)域中 越來越多地采用了自動控制系統(tǒng) 在這種系統(tǒng)中 往往有著 反饋控制 1 定義一般在自動控制系統(tǒng)中 偏差是基于反饋建立起來的 自動控制的過程就是 測偏與糾偏 的過程 這一原理又稱為反饋控制原理 利用此原理組成的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng) 它具備測量 比較和執(zhí)行三個基本功能 反饋控制是實現(xiàn)自動控制的最基本的方法 沒有反饋就無法測量偏差 就無法根據(jù)偏差自動控制系統(tǒng)糾正偏差 1 3反饋 第一章緒論 例 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖 被控對象 發(fā)動機 被控量 轉(zhuǎn)速 被控量的目標值設(shè)定 預(yù)緊彈簧設(shè)定 控制信息傳遞與反饋 轉(zhuǎn)速 離心機構(gòu) 檢測或感知 偏差 杠桿 液壓比例控制器 油門 1 3反饋 第一章緒論 表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的物理框圖 離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖 比較 控制器 檢測 被控對象 執(zhí)行 運算放大 控制部分 被控部分 1 3反饋 第一章緒論 2 反饋控制系統(tǒng)的組成典型的反饋控制系統(tǒng)包括給定環(huán)節(jié) 測量環(huán)節(jié) 比較環(huán)節(jié) 放大運算環(huán)節(jié) 執(zhí)行環(huán)節(jié) 被控對象等 每個組成部分的含義見教材P 6盡管不同的反饋控制系統(tǒng)是由許多起著不同作用的環(huán)節(jié)組成 但都可以看成是由控制部分和被控部分組成 反饋控制系統(tǒng)的組成 1 3反饋 第一章緒論 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 一 控制系統(tǒng)的幾種分類1 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 反饋情況 開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)沒有反饋回路系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)沒有控制作用 系統(tǒng)有反饋回路系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)有控制作用 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 如 步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床 開環(huán)控制系統(tǒng) 普通洗衣機 家用電烤箱 微波爐 步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖 步進電機驅(qū)動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 閉環(huán)控制系統(tǒng) 如 伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機床 離心調(diào)速系統(tǒng) 恒溫箱 冰箱 空調(diào) 伺服電機驅(qū)動的數(shù)控機床原理圖 伺服驅(qū)動的數(shù)控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 按有無反饋 開環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng) 優(yōu)點 構(gòu)造簡單 成本低 缺點 無抗干擾能力 不能自動糾偏 控制精度較低 優(yōu)點 抗干擾能力強 穩(wěn)態(tài)精度高 動態(tài)精度好 缺點 構(gòu)造復(fù)雜 設(shè)計與制造較困難 成本較高 第一章緒論 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 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)的輸出保持常量隨動系統(tǒng) 伺服系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按任意規(guī)律變化程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化 此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng) 此類系統(tǒng)同時也是閉環(huán)系統(tǒng) 此類系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng) 也可以是閉環(huán)系統(tǒng) 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 如 前例中的離心調(diào)速系統(tǒng) 恒溫箱 液面自動調(diào)節(jié)器 工業(yè)生產(chǎn)中溫度 壓力 流量 液面 速度等參數(shù)的控制 均屬此類 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 隨動系統(tǒng) 如 炮瞄雷達系統(tǒng) 導(dǎo)彈目標自動跟蹤系統(tǒng) 仿形機床 全自動照相機的調(diào)焦系統(tǒng) 閃光系統(tǒng) 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 程序控制系統(tǒng) 如 數(shù)控機床進給系統(tǒng) 全自動洗衣機 微波爐 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 3 按信號類型4 按系統(tǒng)的性質(zhì)5 按參數(shù)的變化情況6 按控制量 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) 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 二 對控制系統(tǒng)的基本要求 穩(wěn) 快 準 控制系統(tǒng)的性能評價指標 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 系統(tǒng)的快速性 系統(tǒng)的準確性 指動態(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 這是系統(tǒng)正常工作的首要條件 在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下 當系統(tǒng)的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 調(diào)整過程結(jié)束后 輸出量與給定的輸入量之間的偏差 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 以坐車的感受為例簡單說明 不同性質(zhì)的控制系統(tǒng) 對穩(wěn)定性 快速性和準確性的要求各有側(cè)重 在同一個控制系統(tǒng)中 穩(wěn)定性 快速性 準確性相互制約 應(yīng)根據(jù)實際需求合理選擇 如自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求較高 如隨動系統(tǒng)對響應(yīng)快速性要求較高 如數(shù)控機床對定位精度要求高 注意 1 4系統(tǒng)的分類及對控制系統(tǒng)的基本要求 第一章緒論 第一章緒論 本章小結(jié) 機械工程控制論研究的對象與任務(wù) 系統(tǒng) 廣義系統(tǒng) 機械系統(tǒng) 動力學問題 模型 靜態(tài)模型 動態(tài)模型 反饋 正 負反饋 內(nèi) 外反饋 控制系統(tǒng)的分類 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成 對控制系統(tǒng)的基本要求 本章小結(jié) 例1 1設(shè)電熱水器如下圖所示 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 水箱中流出熱水并補充冷水 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 即水箱為被控對象 水的實際溫度是被控制量 或稱為系統(tǒng)的輸出量 輸入量為用戶希望的 溫度 給定值 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)水溫下降成為該系統(tǒng)的主要干擾 第一章緒論 補充習題 第一章緒論 補充習題 當To Ti時 水箱的實際水溫經(jīng)測溫元件檢測 并將實際水溫轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號 與溫控開關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號進行比較而得到的偏差為零 此時電加熱器不工作 水箱中的水溫保持在希望的溫度上 當使用熱水并注入冷水時 水溫下降 此時To Ti 則偏差不為零而使溫控開關(guān)工作 于是電源接通 電加熱器開始對水箱內(nèi)的水進行加熱 使水溫上升 直到To Ti時為止 系統(tǒng)控制方框圖如下圖所示 第一章緒論 補充習題 例1 2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 第一章緒論 補充習題 解 1 電位器滑動觸點位于中間位置 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 2 若系統(tǒng)收到擾動使液面升高 則浮子相應(yīng)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中間位置 液面恢復(fù)給定高度 第一章緒論 補充習題 3 若系統(tǒng)收到擾動使液面下降