哈工大機電控制第一章緒論勝課件

1、機電工程學院機電工程學院機電控制及自動化系機電控制及自動化系機械類專業(yè)技術基礎課機電系統(tǒng)控制基礎機電系統(tǒng)控制基礎主講人：石勝君主講人：石勝君哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院課程QQ群： 機電系統(tǒng)控制基礎 278669418 石勝君： 20012007 哈工大機電學院 學習 2008至今 哈工大機電控制及自動化系 工作 地址：哈爾濱工業(yè)大學306信箱，科學園2F棟423室 電話13503648026 E-mail: 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院課程簡介該課程有何用？該課程有何用？(WHY) 該課程的內(nèi)容？該課程的內(nèi)容？ (WHAT)如何教與學？如何考核？如何教與學？如何

2、考核？(HOW) 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院本課程與其它課程的關系本課程與其它課程的關系機電系統(tǒng)控制基礎機電系統(tǒng)控制基礎大學物理大學物理機械原理機械原理復變函數(shù)復變函數(shù)拉氏變換拉氏變換電工技術電工技術代數(shù)與幾何代數(shù)與幾何工科數(shù)學工科數(shù)學各各 類類專業(yè)課專業(yè)課線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)現(xiàn)代控現(xiàn)代控制理論制理論課程簡介電子技術電子技術一、該課程有何用？（一、該課程有何用？（WHY）哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院課程簡介一、該課程有何用？（一、該課程有何用？（WHY）專業(yè)模塊專業(yè)模塊主干課程主干課程機械制造及自動化測試技術與儀器制造、系統(tǒng)自動化技術、數(shù)控技術、機械制造裝備設計、現(xiàn)代機械設計方法、精密和超精密加

3、工技術、CAD/CAM技術基礎機電控制及自動化傳感與測試技術、機電一體化系統(tǒng)設計、機電控制技術、機電系統(tǒng)建模與仿真、機械系統(tǒng)設計、機械振動、計算機組成與信息處理技術流體控制及自動化液壓元件、液壓元件制造工藝、液壓控制系統(tǒng)、氣壓傳動與控制、機電液系統(tǒng)動態(tài)分析、機械系統(tǒng)設計、機電液系統(tǒng)的計算機控制、機電液系統(tǒng)實驗測試技術、液壓系統(tǒng)計算機輔助設計、液壓控制系統(tǒng)仿真工程機械與物流測試技術與儀器、機械動力學、工程機械設計基礎、工程機械結(jié)構(gòu)分析基礎、工程機械自動化控制技術、物流設備與技術、工程機械系統(tǒng)智能化控制技術、工程機械液壓控制技術、工程機械金屬結(jié)構(gòu)、起重與運輸機械。機械設計測試技術與儀器、機械制造裝

4、備設計、機械系統(tǒng)自動化技術、復雜機械系統(tǒng)設計、機構(gòu)設計、機械系統(tǒng)傳動技術、數(shù)字化設計與仿真、機械系統(tǒng)可靠性技術、機械振動、機械系統(tǒng)動力學設計哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院第第7 7章章 機電控制系統(tǒng)的機電控制系統(tǒng)的設計與校正設計與校正第第1 1章章 緒緒 論論第第3 3章章 系統(tǒng)的時域分析系統(tǒng)的時域分析第第2 2章章 系統(tǒng)的數(shù)學模型系統(tǒng)的數(shù)學模型第第4 4章章 系統(tǒng)的頻率特性分析系統(tǒng)的頻率特性分析第第6 6章章 機電控制系統(tǒng)的誤差分析和計算機電控制系統(tǒng)的誤差分析和計算第第8 8章章 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)（拓展應用）（拓展應用）系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析二、該課程的內(nèi)容？（二、該課程的內(nèi)容？（WHA

5、T）課程簡介第第5 5章章 機電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析機電控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院本課程的主要目的是培養(yǎng)學生： 掌握掌握經(jīng)典控制經(jīng)典控制的基本理論的基本理論（貫穿始終）（貫穿始終） 掌握掌握分析機電控制系統(tǒng)分析機電控制系統(tǒng)的基本方法的基本方法（第（第2、3、4、5、6章）章） 掌握掌握設計、調(diào)試、評價機電控制系統(tǒng)設計、調(diào)試、評價機電控制系統(tǒng)的基本手段的基本手段（第（第7章）章）課程簡介機電系統(tǒng)控制基礎是機械工程專業(yè)的一門技術基礎課。本課程針對機電系統(tǒng)講解自動控制的基本理論、自動控制系統(tǒng)的分析方法、設計方法及其在機電系統(tǒng)自動控制中的應用。二、該課程的內(nèi)容？（二、該課程的內(nèi)容

6、？（WHAT）哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 總學時總學時：58 講課學時講課學時：46 實驗學時實驗學時：12 學分學分：3.5 性質(zhì)性質(zhì)：機械工程專業(yè)技術基礎課：機械工程專業(yè)技術基礎課 主要教材及參考書主要教材及參考書： 教材：教材：機電系統(tǒng)控制基礎機電系統(tǒng)控制基礎哈爾濱工業(yè)大學出版社哈爾濱工業(yè)大學出版社 主要參考書：主要參考書： 1. 楊叔子楊叔子. 機械工程控制基礎機械工程控制基礎 (第六版第六版). 華中科技大學出版社華中科技大學出版社.2011. 2. 董景新董景新. 控制工程基礎控制工程基礎 (第三版第三版). 清華大學出版社清華大學出版社. 2009. 3. R.C. Dorf.

7、 現(xiàn)代控制系統(tǒng)現(xiàn)代控制系統(tǒng) (第十一版第十一版). 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社. 2012.課程簡介三、教學與考核方法？（三、教學與考核方法？（HOW）拓展閱讀：拓展閱讀：推薦但不僅限！推薦但不僅限！哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院課程簡介教學形式主要采用： 理論講課理論講課 小組實驗小組實驗 課后作業(yè)課后作業(yè) 重點放在學生自主學習方面，并通過重點放在學生自主學習方面，并通過隨機抽查課堂測試隨機抽查課堂測試、大作業(yè)大作業(yè)與與實驗實驗來檢驗和評估學生學習效果。來檢驗和評估學生學習效果。 要求學生認真聽講，按時要求學生認真聽講，按時獨立自主獨立自主完成布置作業(yè)完成布置作業(yè)，展示自，展示自己實驗結(jié)果。

8、己實驗結(jié)果。 三、教學與考核方法？（三、教學與考核方法？（HOW）哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院課程簡介 課程考核按百分制計分，考試采用累加式的考試辦法，即課程的總成績由以下幾部分構(gòu)成：(1) 大作業(yè)大作業(yè) 10%(2) 實驗實驗 20%(3) 期末考試期末考試 70%三、教學與考核方法？（三、教學與考核方法？（HOW）哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院教學內(nèi)容哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.1 概述教學內(nèi)容哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院一、基本概念一、基本概念控控 制制：以人為或自動的方式，通過一定的手段操縱操縱受控對象或過 程，使之按照預定規(guī)律預定規(guī)律運行，并具有一定的狀態(tài)與性能。1.1.1 控制的

9、概念 自動控制自動控制：該操作由控制裝置自動完成，無須人直接參與。即，在人 不直接參與的情況下，通過控制器控制器使被控對象（如機器設 備、生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動地按自動地按 照預定規(guī)律照預定規(guī)律變化（或運行）。控制實例控制實例1：液面控制：液面控制哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院控制實例控制實例2：冰箱控制系統(tǒng)：冰箱控制系統(tǒng)1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院公元1788年，英國人J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度，由此產(chǎn)生了第一次工業(yè)革命。二、控制理論的形成及其發(fā)展二、控制理論的形成及其發(fā)展1.1.1 控制的概念 鋼球套筒彈簧調(diào)節(jié)連桿進汽閥蒸汽負載蒸汽

10、機圓錐齒輪n c離心調(diào)速機離心調(diào)速機哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院維納，MIT教授。早期進行模擬計算機研究，二戰(zhàn)期間參與火炮控制研究，提煉出負反饋概念。1948年，維納所著控制論的出版，標志著這門學科的正式誕生?？刂普摰牡旎丝刂普摰牡旎司S納維納 （Wiener,N.，18941964）1.1.1 控制的概念 N.Wiener給出的反饋控制定義為：“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance” 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1954年，我國

11、科學家錢學森在美國運用控制論思想和方法，用英文出版工程控制論工程控制論，首次把控制論推廣到工程技術領域。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 自動控制理論是自動控制技術的基礎理論，是一門理論性較強的工程科學。根據(jù)自動控制理論的內(nèi)容和發(fā)展的不同階段，控制理論可分為和兩大部分。 v 形成時間：二十世紀40年代到50年代形成的一門獨立學科。v 研究對象：以為主要研究對象。v 研究方法：以作為系統(tǒng)的基本數(shù)學描述，以頻率法 和根軌跡法作為分析和設計系統(tǒng)的兩種方法。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 v 形成時間：始于二十世紀50年代末60年代初。v 研究對象：適于研究，

12、這些系統(tǒng)可以是線性的、非線性的、定常的或時變的。v 研究方法：以作為系統(tǒng)的基本數(shù)學描述，以狀態(tài)空間法作為主要研究方法。v最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波、系統(tǒng)辨識、自適應控制等理論都是這一領域重要的研究課題，近年來計算機技術和現(xiàn)代應用數(shù)學的結(jié)合，又使現(xiàn)代控制理論在大系統(tǒng)理論和模仿人類智能活動的人工智能控制等諸多領域有了重大發(fā)展。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院)60()502019(年代以來大系統(tǒng)多層分散控制模糊控制自適應控制預測控制智能控制最優(yōu)控制狀態(tài)反饋控制現(xiàn)代控制理論年代世紀世紀中葉變換法采樣控制波波夫法李雅普諾夫法描述函數(shù)法相平面法非線性根軌跡法頻域法時域法線性經(jīng)典控制理論自動控

13、制理論Z1.1.1 控制的概念 本課程學習重點本課程學習重點哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 在短短的幾十年里，控制理論已經(jīng)滲透到各個領域，并伴隨著其它科學技術的發(fā)展，極大地改變了整個世界?？刂评碚摰闹行乃枷胧峭ㄟ^信息的傳遞、加工處理并加以反饋來進行控制，控制理論是信息學科的重要組成方面。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院三、研究對象與任務三、研究對象與任務研究對象：研究對象：工程技術中的廣義動力學系統(tǒng)。工程技術中的廣義動力學系統(tǒng)。A廣義動力學系統(tǒng)：廣義動力學系統(tǒng)：在一定的外界條件（輸入或激勵輸入或激勵，包括外加控制與外加干擾）作用下，系統(tǒng)從某初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的、由其內(nèi)部固有

14、特性內(nèi)部固有特性（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的動態(tài)過程動態(tài)過程。A研究研究系統(tǒng)系統(tǒng)及其及其輸入輸入、輸出輸出三者之間的動態(tài)關系三者之間的動態(tài)關系1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院研究任務研究任務 A系統(tǒng)分析問題系統(tǒng)分析問題A最優(yōu)控制問題最優(yōu)控制問題A最優(yōu)設計問題最優(yōu)設計問題A濾波與預測問題濾波與預測問題A系統(tǒng)識別或辯識問題系統(tǒng)識別或辯識問題1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院例例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：控制對象：水

15、箱；被控制量（輸出量）：水箱的實際水溫To；輸入量：用戶希望的水溫Ti；干擾：由放出熱水并注入冷水或水箱散 熱等原因?qū)е碌乃鋬?nèi)水溫下降。當To= Ti時，測溫元件將實際溫度轉(zhuǎn)化成電信號，與溫控開關預先設定的信號進行比較得到的偏差信號為0，此時加熱器不工作，水箱中的水保持希望的溫度。當注入冷水使To下降時，偏差不為0，電控開關接通電源使電加熱器工作對水加熱，直到To= Ti為止。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院考察水箱中的水溫To能否保持為希望的溫度Ti，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，在已知輸入及擾動的情況下，研究實際輸出的水溫To變化的規(guī)律，即為系統(tǒng)分析問題系統(tǒng)分析問題。1.1.1

16、 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院例例2 數(shù)控機床工作臺的傳動系統(tǒng)。 若系統(tǒng)的輸入已知（例如電動機轉(zhuǎn)速），要求確定系統(tǒng)且其輸出符合工作臺均勻移動的要求，即為最優(yōu)設計問題。 如果考慮傳動系統(tǒng)的制造誤差，為了使工作臺均勻移動，試確定其輸入，此即最優(yōu)控制問題。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院例例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）以識別輸入或輸出中的有關信息，此即濾波與預測問題。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)學模型，此即系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辯識問題。1.1.1 控制的概念 哈爾濱工業(yè)大學 機電工

17、程學院目前，控制理論在機械制造領域中應用最為活躍的有下面幾個主要方面：（1 1）在產(chǎn)品與設備的）在產(chǎn)品與設備的設計設計方面方面（2 2）在）在加工加工過程的研究方面過程的研究方面（3 3）在機械）在機械制造制造過程的自動化方面過程的自動化方面（4 4）在動態(tài)過程或參數(shù)的）在動態(tài)過程或參數(shù)的測試測試方面方面1.1.2 機械與控制哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院三坐標數(shù)控機床三坐標數(shù)控機床1.1.2 機械與控制哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院機器手機器手1.1.2 機械與控制哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)1.1.2 機械與控制哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.1.2 機械與控制哈爾濱工

18、業(yè)大學 機電工程學院Mechatronics（機電）Mechanics（機械學）Electronics（電子學）1.1.3 機電一體化系統(tǒng)傳統(tǒng)的機械制造技術與控制技術和信息技術的有機結(jié)合 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院靈巧手（哈工大機器人所）靈巧手（哈工大機器人所）1.1.3 機電一體化系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院玉兔號月球車玉兔號月球車1.1.3 機電一體化系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.1.3 機電一體化系統(tǒng)航天地面模擬器航天地面模擬器哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院一、控制系統(tǒng)的幾種分類 按反饋情況：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復合控制按元件類

19、型：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。按被控物理量：溫度、壓力、位置、速度等按系統(tǒng)類型：線性與非線性、定常與時變按輸入信號變化規(guī)律：恒值、隨動、程序控制按系統(tǒng)內(nèi)部傳輸信號的性質(zhì)：連續(xù)與離散按輸入輸出信號的數(shù)目：單輸入-單輸出、多輸入-多輸出1.2 控制系統(tǒng)的分類 哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院開環(huán)控制系統(tǒng)控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，信號信號從給定值到被控量是單向傳遞單向傳遞的。系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用產(chǎn)生影響。1.2 控制系統(tǒng)的分類反饋：反饋：將系統(tǒng)的輸出部分或全部地返回到系統(tǒng)的輸入端并共同作用于系統(tǒng)的過程。二、反饋系統(tǒng) 哈爾濱

20、工業(yè)大學 機電工程學院開環(huán)控制例1：步進電機驅(qū)動的數(shù)控加工機床1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.2 控制系統(tǒng)的分類轉(zhuǎn)臺速度開環(huán)控制系統(tǒng)原理及框圖開環(huán)控制例2：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院ud如電動機負載的如電動機負載的增減、磁場電流增減、磁場電流的變化、功率放的變化、功率放大器電源的波動大器電源的波動開環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)自身系統(tǒng)自身無法糾正無法糾正由于擾動由于擾動作用產(chǎn)生作用產(chǎn)生的偏差的偏差1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院n n放大器放大器urud+ +- -+ +- -i電動機電動機轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速表眼：眼：腦：腦：手：手：人工控制：人工

21、控制：觀測轉(zhuǎn)速檢測裝置檢測裝置將轉(zhuǎn)速實際值與希望值進行比較根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速恢復到希望值比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院閉環(huán)控制系統(tǒng)偏差：偏差：被控量的實際測量值與給定值之差。閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：能夠根據(jù)偏差進行控制，只要被控量偏離給定值，系統(tǒng)就會自動糾偏，不斷修正偏差量的系統(tǒng)。典型閉環(huán)系統(tǒng)方框圖典型閉環(huán)系統(tǒng)方框圖1.2 控制系統(tǒng)的分類偏差哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院放大器放大器uri電動機電動機測速機測速機uf檢測：檢測：用測速發(fā)電機來測量電動機的轉(zhuǎn)速，輸出電壓用測速發(fā)電機來測量電動機的轉(zhuǎn)速，輸出電壓uf與

22、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n成比例關系，即成比例關系，即 uf = k n。1.2 控制系統(tǒng)的分類閉環(huán)控制實例1：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院放大器放大器uriufufu比較：比較：給定電壓給定電壓ur 與反饋電壓與反饋電壓uf = k n 進行比較，進行比較，偏差偏差u = ur uf = ur kn。1.2 控制系統(tǒng)的分類閉環(huán)控制實例1：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院執(zhí)行：執(zhí)行：偏差偏差u經(jīng)放大器放大后得到電壓經(jīng)放大器放大后得到電壓ud，即可控制電，即可控制電動機加速或減速，使電動機轉(zhuǎn)速趨向于希望值。動機加速或減速，使電動機轉(zhuǎn)速趨向于希望值。1.2 機電控制系統(tǒng)的

23、分類ud放大器放大器uriufufu閉環(huán)控制實例1：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院nudufun1.2 控制系統(tǒng)的分類ud放大器放大器uriufufu閉環(huán)控制實例1：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院放大器放大器urudi電動機電動機測速機測速機ufufu放大器放大器給定量給定量ur電動機電動機被控量被控量nud u測速機測速機uf1.2 控制系統(tǒng)的分類閉環(huán)控制實例1：直流電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院人工控制系統(tǒng)：人工控制系統(tǒng)：通過人眼觀測，人腦比較，人手執(zhí)行，改變電位器滑動觸頭位置，ur變變ud變變n變變；手相當于執(zhí)行機構(gòu)改變電動機轉(zhuǎn)速n

24、值。自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：電位器滑動觸頭位置不變，ur不變，不變，uf變變u變變ud變變n變變；執(zhí)行機構(gòu)依據(jù)定義指的是放大器。執(zhí)行環(huán)節(jié)有差異執(zhí)行環(huán)節(jié)有差異1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院閉環(huán)控制例2：伺服電機驅(qū)動的數(shù)控加工機床1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院A開環(huán)系統(tǒng)：系統(tǒng)的方框圖沒有反饋回路。A閉環(huán)系統(tǒng)：系統(tǒng)的方框圖存在反饋回路。1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.2 控制系統(tǒng)的分類閉環(huán)控制例3：模擬火炮隨動系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)比較：1.2 控制系統(tǒng)的分類開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)

25、控制系統(tǒng)概念輸出量對控制作用沒有影響的系統(tǒng)輸出量經(jīng)變換后反饋反饋到輸入端與輸入量進行比較，根據(jù)偏差進行控制，形成閉合回路結(jié)構(gòu)信號只有從輸入到輸出一條前向通道，輸出與輸入之間不存在反饋通道除了有前向通道外，還存在從輸出端到輸入端的反饋通道反饋通道決定精度的因素組成系統(tǒng)的元器件精度在很大程度上由形成反饋的測量元器反饋的測量元器件件的精度決定優(yōu)點構(gòu)造簡單，維護容易，成本低，一般不存在穩(wěn)定性問題能削弱或消除外部擾動或閉環(huán)內(nèi)主通道上各環(huán)節(jié)參數(shù)變化對輸出量的影響缺點不能克服擾動對輸出量的影響結(jié)構(gòu)復雜，成本高，存在穩(wěn)定性問題哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號比較的過程。同時，

26、由于有反饋的存在，整個控制過程是閉合的，故也稱為閉環(huán)控制。1、反饋的概念2、反饋的分類負反饋：負反饋：若反饋信號是與輸入信號相減而使偏差值越來越小，則稱為負反饋。顯然，負反饋控制是一個利用偏差進行控制并最后消除偏差的過程，又稱偏差控制。 正反饋：正反饋：與負反饋定義相反。1.2 控制系統(tǒng)的分類哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院復合控制系統(tǒng)將開環(huán)控制和閉環(huán)控制適當?shù)亟Y(jié)合在一起，構(gòu)成開環(huán)將開環(huán)控制和閉環(huán)控制適當?shù)亟Y(jié)合在一起，構(gòu)成開環(huán)- -閉環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能取得較好的效果?？刂葡到y(tǒng)，能取得較好的效果。1.2 控制系統(tǒng)的分類(a) 按輸入前饋補償?shù)膹秃峡刂?b) 按擾動前饋補償?shù)膹秃峡刂乒枮I工業(yè)大學 機

27、電工程學院線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成由線性元件組成系統(tǒng)中含有一個或多個非線性元件描述方程系統(tǒng)的輸入與輸出間的關系用線性微分方程或差分方程描述輸入與輸出間的關系用非線性微分方程來描述特性線性系統(tǒng)具有齊次性和疊加性，且系統(tǒng)的響應與初始狀態(tài)無關非線性系統(tǒng)不具有齊次性和疊加性，且系統(tǒng)的響應與初始狀態(tài)有很大關系1.2 機電控制系統(tǒng)的分類1、按系統(tǒng)性能來分三、其它幾種常用的分類方法哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)整系統(tǒng)或自鎮(zhèn)定系統(tǒng)）隨動控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)給定量是恒定不變的常量給定量是變化的預先設定的程序系統(tǒng)基本任務保證在任何擾動的作用下能盡快地恢復（或接近）到原有的穩(wěn)

28、態(tài)值保證被控量以一定的精度跟隨給定量變化保證輸出量與給定量的變化規(guī)律相同 舉例自動調(diào)速系統(tǒng)和液面控制系統(tǒng)雷達高射炮的角度控制系統(tǒng)數(shù)控機床的工作臺移動系統(tǒng)、自動生產(chǎn)線 1.2 機電控制系統(tǒng)的分類2、按輸入信號變化規(guī)律來分哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)信號系統(tǒng)中各部分的信號都是連續(xù)時間變量的函數(shù)系統(tǒng)中某一處或多處的信號是離散信號舉例水位控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)1.2 機電控制系統(tǒng)的分類3、按系統(tǒng)內(nèi)部傳輸信號的性質(zhì)來分哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)系統(tǒng)組成也稱為單變量系統(tǒng)，輸入量和輸出量各為一個也稱為多變量系統(tǒng)，輸入量和輸出量多于一

29、個結(jié)構(gòu)特點 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復雜，回路多。一個輸入量對數(shù)個輸出量都有控制作用，同時一個輸出量往往受多個輸入量控制，也就是說相互之間有耦合作用1.2 機電控制系統(tǒng)的分類4、按輸入、輸出信號的數(shù)目來分哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1.3 控制系統(tǒng)的組成與基本要求哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 控制系統(tǒng)的一般組成形式（反饋控制）給定環(huán)節(jié)：即給出輸入信號的環(huán)節(jié)，用于確定被控對象的目標值。測量環(huán)節(jié)：用于測量被控量。比較環(huán)節(jié)：將輸入信號與反饋信號相比較獲得偏差信號。放大及運算環(huán)節(jié)：將偏差信號處理放大，以便推動執(zhí)行環(huán)節(jié)。執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)的信號，驅(qū)動被控對象按照預期的規(guī)律運行。1.3.1 控制系

30、統(tǒng)的基本組成哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院 輸入信號 (xi)：用于控制輸出量變化規(guī)律的信號； 輸出信號 (xo)：作為輸入的結(jié)果，與輸入信號有確定關系； 反饋信號 (xb)：輸出信號經(jīng)反饋元件變換后加到輸入端的信號； 偏差信號 ()：輸入信號與反饋信號之差； 誤差信號：輸出量的實際值與希望值之差(xo)實際-(xo)希望； 擾動信號：偶然的、無法加以人為控制的信號。1.3.1 控制系統(tǒng)的基本組成哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院（1）分析控制系統(tǒng)的工作原理，找出被控對象。（2）分清系統(tǒng)的輸入量、輸出量。（3）按照控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的定義，找出相應的各個環(huán)節(jié)。（4）按信息流動的方向?qū)⒏鱾€環(huán)節(jié)用元件方框和連

31、線連接起來。1.3.1 控制系統(tǒng)的基本組成哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院被控對象被控量被控量的目標值設定控制量擾動量1.3.1 控制系統(tǒng)的基本組成活塞油缸油門哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院運算放大執(zhí)行被控對象檢測比較控制器控制部分被控部分1.3.1 控制系統(tǒng)的基本組成哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院1、 （穩(wěn)定性）（穩(wěn)定性） 是指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復平衡工作狀態(tài)的能力。 穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最基本的要求。穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最基本的要求。 對于穩(wěn)定的恒值系統(tǒng)，被控量因擾動而偏離期望值后，經(jīng)過一個過渡過程，被控量應恢復到原來的期望值狀態(tài)；對于穩(wěn)定的隨動系統(tǒng)，被控量應能始終跟隨輸入量的變化。 1.

32、3.2 自動控制系統(tǒng)的基本要求哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院2、（快速性）（快速性） 指動態(tài)過程（過渡過程）進行的時間長短。指動態(tài)過程（過渡過程）進行的時間長短。過渡時間持續(xù)很長，將使系統(tǒng)長久的出現(xiàn)大偏差，同時也說明系統(tǒng)響應很遲鈍，難以復現(xiàn)快速變化的指令信號。穩(wěn)和快反映了系統(tǒng)在控制過程中的性能。1.3.2 自動控制系統(tǒng)的基本要求哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院3、（準確性）（準確性） 指系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)以后，或系統(tǒng)受擾動重新恢復平衡之后，最終保持的精度，反映了動態(tài)過程后期的性能。 “準”通常用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差來表示。1.3.2 自動控制系統(tǒng)的基本要求哈爾濱工業(yè)大學 機電工程學院幾點說明：w “穩(wěn)”與“快”是說明系統(tǒng)動態(tài)過程（過渡過程）品質(zhì)。w “準”是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)w 穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。w 線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定，與外部 條件無關。w 系統(tǒng)的過渡過程產(chǎn)生的原因 ： 系統(tǒng)中存在著一些不同性質(zhì)的儲能元件，這些儲能元件的能 量不可能突變； 系統(tǒng)具有的能源功率有限，因而運動加速度有限。 由于受控對象的具體情況不同，各種系統(tǒng)對穩(wěn)、快、準的要求是有所側(cè)重的。例如隨動系統(tǒng)對快要求較高，而恒值控制系統(tǒng)則對穩(wěn)限制嚴格。