機(jī)械控制原理第1章緒論

1、自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理許許 小小 偉偉Email： Tel:18120560007 QQ： 392572706汽車(chē)與交通工程學(xué)院汽車(chē)與交通工程學(xué)院1課程背景簡(jiǎn)介v由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是由于微電子技術(shù)由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是由于微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為“三論三論”(控制論、控制論、系統(tǒng)論、信息論系統(tǒng)論、信息論)之一的控制論本身也得到了進(jìn)一步的發(fā)之一的控制論本身也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。控制論的觀(guān)點(diǎn)和思維方法向各個(gè)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)滲透，展?？刂普摰挠^(guān)點(diǎn)和思維方法向各個(gè)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)滲透，也給機(jī)械工程這個(gè)古老的專(zhuān)業(yè)

2、注入了新的活力。也給機(jī)械工程這個(gè)古老的專(zhuān)業(yè)注入了新的活力。v機(jī)械工程控制論不僅能滿(mǎn)足今天自動(dòng)化技術(shù)高度發(fā)展的機(jī)械工程控制論不僅能滿(mǎn)足今天自動(dòng)化技術(shù)高度發(fā)展的需要，同時(shí)它與信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)緊密相關(guān)，更重要需要，同時(shí)它與信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)緊密相關(guān)，更重要的是它提供了辯證的系統(tǒng)分析方法，即不但從局部而且的是它提供了辯證的系統(tǒng)分析方法，即不但從局部而且從整體上認(rèn)識(shí)和分析機(jī)械系統(tǒng)，改進(jìn)和完善系統(tǒng)，以滿(mǎn)從整體上認(rèn)識(shí)和分析機(jī)械系統(tǒng)，改進(jìn)和完善系統(tǒng)，以滿(mǎn)足科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。足科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要。2課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介v本課程是針對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的技術(shù)本課程是針對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的技術(shù)

3、基礎(chǔ)課。該課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)基礎(chǔ)課。該課程側(cè)重原理，其內(nèi)容密切結(jié)合工程實(shí)際，是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課。它以控合工程實(shí)際，是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課。它以控制論為理論基礎(chǔ)，以機(jī)械工程系統(tǒng)為研究制論為理論基礎(chǔ)，以機(jī)械工程系統(tǒng)為研究對(duì)象的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；同時(shí)，它又是一對(duì)象的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；同時(shí)，它又是一種方法論。種方法論。3學(xué)習(xí)本課程的目的v以動(dòng)力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)而不是靜態(tài)觀(guān)點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械以動(dòng)力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)而不是靜態(tài)觀(guān)點(diǎn)去看待一個(gè)機(jī)械工程系統(tǒng)；工程系統(tǒng)；v從整體的而不是分離的角度，從整個(gè)系統(tǒng)中的信從整體的而不是分離的角度，從整個(gè)系統(tǒng)中的信息傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行息傳遞、轉(zhuǎn)換和反饋等角度來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

4、行為；為；v能結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念能結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來(lái)分析、研究和解決其中的問(wèn)題。和基本方法來(lái)分析、研究和解決其中的問(wèn)題。v 對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題能夠以控制論的觀(guān)點(diǎn)和思對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題能夠以控制論的觀(guān)點(diǎn)和思維方法進(jìn)行科學(xué)分析，以找出問(wèn)題的本質(zhì)和有效的解決方維方法進(jìn)行科學(xué)分析，以找出問(wèn)題的本質(zhì)和有效的解決方法；法；v 如何控制一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，如何控制一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。以達(dá)到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。4主要內(nèi)容介紹主要內(nèi)容介紹(一一

5、) 緒論緒論 控制系統(tǒng)基本工作原理，控制系統(tǒng)幾種分類(lèi)，控制系統(tǒng)基本工作原理，控制系統(tǒng)幾種分類(lèi)，控制理論的發(fā)展史，對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求?？刂评碚摰陌l(fā)展史，對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。(二二) 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及傳遞函數(shù) Laplace變換變換;系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;傳遞函數(shù)傳遞函數(shù);典型典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù);系統(tǒng)的方框圖及其聯(lián)接系統(tǒng)的方框圖及其聯(lián)接;系統(tǒng)系統(tǒng)的信號(hào)流程圖。的信號(hào)流程圖。(三三) 線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析 典型輸入信號(hào)典型輸入信號(hào);控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo);一階一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng);二階系統(tǒng)的時(shí)

6、間響應(yīng)二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng);系統(tǒng)的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差。5主要內(nèi)容介紹（續(xù)）主要內(nèi)容介紹（續(xù)）(四四) 頻率特性分析法頻率特性分析法 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念;典型環(huán)節(jié)的頻率特性典型環(huán)節(jié)的頻率特性;系系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性的繪制統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性的繪制;系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性。系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性。(五五) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性的基本概念穩(wěn)定性的基本概念;代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù);頻域穩(wěn)定頻域穩(wěn)定性判據(jù)性判據(jù);系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。(六六) 系統(tǒng)的校正方法系統(tǒng)的校正方法(選選) 系統(tǒng)校正的一般概念；串聯(lián)校正；反饋校正。系統(tǒng)校正的一般概念；串聯(lián)校正；反

7、饋校正。6學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)分配v理論課時(shí)理論課時(shí):32學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)課時(shí)：實(shí)驗(yàn)課時(shí)：8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)v課程成績(jī)課程成績(jī):閉卷考試（閉卷考試（70%）+作業(yè)（作業(yè)（20%）+出勤（出勤（10%）7教材：教材： 楊叔子，楊克沖等楊叔子，楊克沖等, ,機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社,(,(第六版第六版),2011),2011 6:8080/jxgckzjc/kcxx.php參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1.1.胡壽松等胡壽松等, ,自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理, ,國(guó)防工業(yè)出版社國(guó)防工業(yè)出版社,(,(第三版第三版),1994.),1994.2.2.

8、李友善李友善. .自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理, ,國(guó)防工業(yè)出版社國(guó)防工業(yè)出版社,1980,19803.3.陳康寧陳康寧. .機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ). .西安交通大學(xué)出版社西安交通大學(xué)出版社.1997.1997.4.Matlab4.Matlab使用手冊(cè)使用手冊(cè)8先修課程先修課程v本課程先修課程本課程先修課程高等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)、 復(fù)變復(fù)變函數(shù)函數(shù)、線(xiàn)性代數(shù)線(xiàn)性代數(shù)、理論力學(xué)理論力學(xué)、機(jī)械原理機(jī)械原理、電工電子學(xué)電工電子學(xué)等。等。v本課程所分析的系統(tǒng)，涉及機(jī)械、電氣本課程所分析的系統(tǒng)，涉及機(jī)械、電氣，所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，需運(yùn)用到理，所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，需運(yùn)用到理論力學(xué)、電工、機(jī)械原理等多門(mén)

9、課程的論力學(xué)、電工、機(jī)械原理等多門(mén)課程的知識(shí)。知識(shí)。910為什么要學(xué)控制論？為什么要學(xué)控制論？ 1.1.機(jī)電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)與逐漸普及機(jī)電一體化產(chǎn)品的出現(xiàn)與逐漸普及 “ “機(jī)機(jī)”+“+“電電”? ?“信息傳遞與交換信息傳遞與交換” 控制論、系統(tǒng)論、控制論、系統(tǒng)論、 信息論、微信息論、微電子技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)）相結(jié)合電子技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)）相結(jié)合的產(chǎn)品的產(chǎn)品 112.2.機(jī)械系統(tǒng)朝高速、高負(fù)載、超精密、超大型或超微型等方向機(jī)械系統(tǒng)朝高速、高負(fù)載、超精密、超大型或超微型等方向發(fā)展。（設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)）發(fā)展。（設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)）“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”設(shè)計(jì)設(shè)計(jì): : 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 制造制造: : 關(guān)

10、注制造過(guò)程關(guān)注制造過(guò)程 的動(dòng)態(tài)特性的動(dòng)態(tài)特性. .使用使用: :系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性性( (安全、性能安全、性能) )維護(hù)：監(jiān)測(cè)與故障預(yù)維護(hù)：監(jiān)測(cè)與故障預(yù)測(cè)、診斷測(cè)、診斷123.3.動(dòng)態(tài)測(cè)試、信號(hào)處理（信號(hào)與系統(tǒng)）動(dòng)態(tài)測(cè)試、信號(hào)處理（信號(hào)與系統(tǒng)） 傳感器的選擇、信號(hào)預(yù)處理器的設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)的處理、特征提取傳感器的選擇、信號(hào)預(yù)處理器的設(shè)計(jì)、數(shù)字信號(hào)的處理、特征提取4.4.生產(chǎn)組織管理（過(guò)程的優(yōu)化）生產(chǎn)組織管理（過(guò)程的優(yōu)化）加工狀態(tài)監(jiān)控加工狀態(tài)監(jiān)控 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控135.5.其他工程應(yīng)用其他工程應(yīng)用 軍事、航天領(lǐng)域軍事、航天領(lǐng)域 火炮、雷達(dá)、跟蹤系統(tǒng)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船

11、等火炮、雷達(dá)、跟蹤系統(tǒng)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等 流程工業(yè)流程工業(yè) 軋鋼過(guò)程、工業(yè)窯爐、石油化工、水泥建材、玻璃、造紙等軋鋼過(guò)程、工業(yè)窯爐、石油化工、水泥建材、玻璃、造紙等 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 自動(dòng)灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)；疫情檢測(cè)等。自動(dòng)灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)；疫情檢測(cè)等。 其他領(lǐng)域其他領(lǐng)域 通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等6.6.個(gè)人日常生活和工作個(gè)人日常生活和工作電冰箱、電飯煲、空調(diào)器、電冰箱、電飯煲、空調(diào)器、音響、收音機(jī)音響、收音機(jī)等等等等 7. 方法論方法論 “反饋控制的思想反饋控制的思想”14控制：施加某種操作于對(duì)象，使其產(chǎn)生所期望的行為。控

12、制：施加某種操作于對(duì)象，使其產(chǎn)生所期望的行為。EngineValveSteamBoilerMetalsphereGovernorOutput shaftMeasured speed圖圖1.1 1.1 蒸汽機(jī)離心調(diào)速器蒸汽機(jī)離心調(diào)速器一、概述一、概述1516自動(dòng)控制：由控制裝置自動(dòng)完成，無(wú)需人的參與。自動(dòng)控制：由控制裝置自動(dòng)完成，無(wú)需人的參與。圖圖1.2 1.2 液位人工控制液位人工控制圖圖1.3 1.3 液位自動(dòng)控制液位自動(dòng)控制檢測(cè)偏差檢測(cè)偏差實(shí)施控制實(shí)施控制消除偏差消除偏差171819熱力系統(tǒng)：20直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)21控制的三要素控制的三要素控制對(duì)象、控制目標(biāo)、控制手段（裝置、算法等）控

13、制對(duì)象、控制目標(biāo)、控制手段（裝置、算法等）可控性可控性與與能控性能控性控制對(duì)象有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的可能性；控制對(duì)象有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的可能性；能夠通過(guò)控制手段使控制對(duì)象的狀態(tài)達(dá)到控制目標(biāo)能夠通過(guò)控制手段使控制對(duì)象的狀態(tài)達(dá)到控制目標(biāo)控制論的方法論控制論的方法論明確事物發(fā)展的多種可能性明確事物發(fā)展的多種可能性確定其中一種可能性為控制目標(biāo)確定其中一種可能性為控制目標(biāo)實(shí)施控制實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)實(shí)施控制實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)22機(jī)械工程控制論研究機(jī)械工程技術(shù)中的機(jī)械工程控制論研究機(jī)械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)廣義系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。問(wèn)題。二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)1. 1.系統(tǒng)系統(tǒng)：元素按一定

14、規(guī)律組合起來(lái)的能完成一定：元素按一定規(guī)律組合起來(lái)的能完成一定 功能的集合。功能的集合。要素要素元素元素元素之間的聯(lián)系元素之間的聯(lián)系系統(tǒng)與外界的交互作用系統(tǒng)與外界的交互作用外界對(duì)系統(tǒng)的作用：輸入、干擾外界對(duì)系統(tǒng)的作用：輸入、干擾系統(tǒng)對(duì)外界響應(yīng)：輸出系統(tǒng)對(duì)外界響應(yīng)：輸出外界的作用外界的作用信息的傳遞信息的傳遞與交互與交互系統(tǒng)的響應(yīng)系統(tǒng)的響應(yīng)23控制論：技術(shù)學(xué)科、技術(shù)哲學(xué)、科學(xué)方法論控制論：技術(shù)學(xué)科、技術(shù)哲學(xué)、科學(xué)方法論控制論強(qiáng)調(diào)：控制論強(qiáng)調(diào)： 對(duì)象是一個(gè)對(duì)象是一個(gè)“系統(tǒng)系統(tǒng)”； 系統(tǒng)不斷系統(tǒng)不斷“運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)” ” ( (經(jīng)歷動(dòng)態(tài)歷程，包括內(nèi)部狀態(tài)和經(jīng)歷動(dòng)態(tài)歷程，包括內(nèi)部狀態(tài)和 外部行為外部行為) )

15、 “ “外因外因” ” ( (輸入、干擾輸入、干擾) )是運(yùn)動(dòng)的條件是運(yùn)動(dòng)的條件 “ “內(nèi)因內(nèi)因”( (系統(tǒng)的固有特性系統(tǒng)的固有特性) )是運(yùn)動(dòng)的根據(jù)是運(yùn)動(dòng)的根據(jù)系統(tǒng)普遍存在信息的傳遞、交互與反饋是系統(tǒng)普遍存在信息的傳遞、交互與反饋是控制論的中心思想控制論的中心思想二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)24二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科經(jīng)濟(jì)學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)生物學(xué)生物學(xué)社會(huì)學(xué)社會(huì)學(xué)機(jī)械工程機(jī)械工程機(jī)械工程控制論機(jī)械工程控制論控制論控制論經(jīng)濟(jì)控制論經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論

16、社會(huì)控制論生物控制論生物控制論工程控制論工程控制論共同的本質(zhì)特點(diǎn)：通過(guò)信息傳遞，處理與反饋進(jìn)行控制共同的本質(zhì)特點(diǎn)：通過(guò)信息傳遞，處理與反饋進(jìn)行控制工程技術(shù)工程技術(shù)25二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)二、機(jī)械工程控制論研究對(duì)象與任務(wù)系統(tǒng)的組成元素可以是子系統(tǒng)；系統(tǒng)的組成元素可以是子系統(tǒng)；又可是更上一層系統(tǒng)的組成元素。又可是更上一層系統(tǒng)的組成元素。系統(tǒng)的層次性與相對(duì)性：系統(tǒng)的層次性與相對(duì)性：汽車(chē)系統(tǒng)汽車(chē)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)底盤(pán)系統(tǒng)底盤(pán)系統(tǒng)電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)。 。 。機(jī)電系統(tǒng)層次性與相對(duì)性舉例機(jī)電系統(tǒng)層次性與相對(duì)性舉例26廣義系統(tǒng)：廣義系統(tǒng)： 具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο缶邆湎到y(tǒng)要素的一切事物或?qū)?/p>

17、象機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設(shè)備、加工過(guò)程、操作設(shè)備、測(cè)量、車(chē)元件、部件、儀器、設(shè)備、加工過(guò)程、操作設(shè)備、測(cè)量、車(chē)間、部門(mén)、工廠(chǎng)、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)、全球制造業(yè)間、部門(mén)、工廠(chǎng)、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)、全球制造業(yè)如：機(jī)器系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、如：機(jī)器系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、 思維、學(xué)習(xí)、工作，思維、學(xué)習(xí)、工作，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等27v系統(tǒng)具有如下特性系統(tǒng)具有如下特性v （1 1）系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān)，）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)而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān). .v例：對(duì)例：對(duì)R RC CL L電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)元件的位置發(fā)生電網(wǎng)

18、絡(luò)，當(dāng)元件的位置發(fā)生改變時(shí)：改變時(shí)：v CRLUiUoUoiCRLUii28v（2 2）系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)各元素的內(nèi)容要豐富得多；）系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)各元素的內(nèi)容要豐富得多；v孤立的考察這兩個(gè)對(duì)象：孤立的考察這兩個(gè)對(duì)象：v考察考察km系統(tǒng)，分析各元素其動(dòng)力學(xué)方程及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方系統(tǒng)，分析各元素其動(dòng)力學(xué)方程及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程程.v（3 3）系統(tǒng)往往表現(xiàn)出在時(shí)域、頻域等域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。）系統(tǒng)往往表現(xiàn)出在時(shí)域、頻域等域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。第三章第四章mY(t)F(t)k29機(jī)械系統(tǒng):v以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、輸出一定的機(jī)械能，以及承受一定的機(jī)械載荷為目的的系統(tǒng)，稱(chēng)為機(jī)械系統(tǒng)。例如：機(jī)床、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械.

19、v對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，其輸入和輸出分別稱(chēng)為“激勵(lì)”和“響應(yīng)”。30系統(tǒng)模型:模型靜態(tài)模型實(shí)物模型物理模型數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)模型31v例：機(jī)器隔振系統(tǒng)模型例：機(jī)器隔振系統(tǒng)模型實(shí)物模型實(shí)物模型 物理模型物理模型（mp2+cp+k)x(t)=F+(cp+k)y(t)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型32332. 系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究的是機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的研究的是機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的外界條件外界條件（即輸入或激（即輸入或激勵(lì)、干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的勵(lì)、干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷出發(fā)，所經(jīng)歷的由其內(nèi)部的的由其內(nèi)部的固有特性固有特性（即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特（即由系統(tǒng)

20、的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的整個(gè)性）所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程。動(dòng)態(tài)歷程。研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。3435例：彈簧例：彈簧- -質(zhì)量質(zhì)量- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng)2() ( )( )mppyctkf t2mpcpk2( )()()( )y tcpmpcpkxkt(a)(b)0(0),yy0.(0)yy初始狀態(tài)：初始狀態(tài)：系統(tǒng)固有特性：系統(tǒng)固有特性：外界作用：外界作用：( ) ,( )f tx t與外界的關(guān)系：與外界的關(guān)系：1 , cp k系統(tǒng)的輸出：系統(tǒng)的輸出：( )y t初始狀態(tài)、系統(tǒng)初始狀態(tài)、系統(tǒng)固有特性、外界固有特性

21、、外界作用、與外界的作用、與外界的關(guān)系等四大因素關(guān)系等四大因素決定系統(tǒng)響應(yīng)決定系統(tǒng)響應(yīng)36對(duì)一般的線(xiàn)性系統(tǒng)而言，其結(jié)論可推廣到對(duì)一般的線(xiàn)性系統(tǒng)而言，其結(jié)論可推廣到n階階線(xiàn)性微分方程線(xiàn)性微分方程3738系統(tǒng)分析問(wèn)題系統(tǒng)分析問(wèn)題：已知系統(tǒng)和輸入，求輸出（或響應(yīng)），并已知系統(tǒng)和輸入，求輸出（或響應(yīng)），并通過(guò)響應(yīng)來(lái)研究系統(tǒng)本身的問(wèn)題。通過(guò)響應(yīng)來(lái)研究系統(tǒng)本身的問(wèn)題。最優(yōu)控制問(wèn)題最優(yōu)控制問(wèn)題：已知系統(tǒng)和理想輸出，求最優(yōu)輸入，使實(shí)已知系統(tǒng)和理想輸出，求最優(yōu)輸入，使實(shí)際輸出滿(mǎn)足要求。際輸出滿(mǎn)足要求。最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題：已知輸入，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使輸出滿(mǎn)足要求。已知輸入，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使輸出滿(mǎn)足要求。濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題

22、濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題：設(shè)計(jì)或選擇合適的系統(tǒng)，以便由輸出識(shí)設(shè)計(jì)或選擇合適的系統(tǒng)，以便由輸出識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息。別輸入或輸入中的有關(guān)信息。系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題：已知輸入和輸出，要識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參已知輸入和輸出，要識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。研究任務(wù)研究任務(wù)39401. 1.信息信息 定義定義1 1：一切能表達(dá)一定意義的信號(hào)、符號(hào)和密碼等。：一切能表達(dá)一定意義的信號(hào)、符號(hào)和密碼等。 如：報(bào)紙，烽火，電報(bào)，記號(hào)、手勢(shì)等等如：報(bào)紙，烽火，電報(bào)，記號(hào)、手勢(shì)等等 定義定義2 2：能夠用來(lái)消除不確定性的東西。如：能夠用來(lái)消除不確定性的東西。如： 報(bào)紙（過(guò)時(shí)、適時(shí)

23、），情報(bào)（過(guò)時(shí)，適時(shí)），足球比賽報(bào)紙（過(guò)時(shí)、適時(shí)），情報(bào)（過(guò)時(shí)，適時(shí)），足球比賽（勢(shì)均力敵，勢(shì)力懸殊），書(shū)籍（好，差）等（勢(shì)均力敵，勢(shì)力懸殊），書(shū)籍（好，差）等 定義定義3 3：事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式。如：事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式。如： 體溫體溫人體狀態(tài)；人體狀態(tài)； 設(shè)備的振動(dòng)、噪聲、溫度等設(shè)備的振動(dòng)、噪聲、溫度等設(shè)備的狀態(tài)設(shè)備的狀態(tài) 設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)圖紙產(chǎn)品狀態(tài)（產(chǎn)品信息）產(chǎn)品狀態(tài)（產(chǎn)品信息） 工藝卡工藝卡制造過(guò)程狀態(tài)（工藝信息）制造過(guò)程狀態(tài)（工藝信息） 三、反饋三、反饋41例例1. 控制原理控制原理：負(fù)載減小，使負(fù)載減小，使w w增加增加反饋：系統(tǒng)的輸出不斷地、直接或間接地、全部或部分地返回，反饋：

24、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)。并作用于系統(tǒng)。離心機(jī)構(gòu)滑套上移離心機(jī)構(gòu)滑套上移液壓滑閥上移，液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，動(dòng)力活塞下移，離心滑套下移離心滑套下移滑閥回復(fù)中位，滑閥回復(fù)中位，w w回到設(shè)定值回到設(shè)定值油門(mén)關(guān)小，油門(mén)關(guān)小，w w減小減小w w反過(guò)來(lái)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生作用反過(guò)來(lái)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生作用42例例2. 加工過(guò)程加工過(guò)程刀具刀架系統(tǒng)刀具刀架系統(tǒng)r切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)s-a切削切削+力力y+理想零件理想零件加工過(guò)程示意圖加工過(guò)程示意圖零件零件4344)()()()()()()()()()()()(tkytyctftymtkytymtftyctyctymtftky 45

25、 內(nèi)反饋：系統(tǒng)內(nèi)部各參數(shù)之間互為因果的內(nèi)在聯(lián)系內(nèi)反饋：系統(tǒng)內(nèi)部各參數(shù)之間互為因果的內(nèi)在聯(lián)系外反饋外反饋(反饋控制反饋控制)：附加附加反饋控制裝置引起信息交互反饋控制裝置引起信息交互46 負(fù)反饋：負(fù)反饋：輸出輸出( (被控量被控量) )偏離設(shè)定值偏離設(shè)定值( (目標(biāo)值目標(biāo)值) )時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敃r(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。出偏離程度減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。如：離心調(diào)速系統(tǒng)如：離心調(diào)速系統(tǒng) 液面控制液面控制 動(dòng)物捕食動(dòng)物捕食 火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn) 學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋 。檢測(cè)偏差檢測(cè)偏差實(shí)施控制實(shí)施控制糾正偏差糾正偏差 正反饋：正反饋： 輸出偏離初始值

26、（或穩(wěn)定值）時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆斴敵銎x初始值（或穩(wěn)定值）時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度加劇出偏離程度加劇如：三極管如：三極管 倒立擺倒立擺 疾病、火藥爆炸、熱核反應(yīng)疾病、火藥爆炸、熱核反應(yīng) 學(xué)習(xí)和工作中的正反饋學(xué)習(xí)和工作中的正反饋 。反饋的作用：反饋的作用：加劇偏離加劇偏離反饋的作用：消除偏離反饋的作用：消除偏離47以發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例以發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)為例被控對(duì)象被控對(duì)象：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)被控量被控量： 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速w w被控量的目標(biāo)值設(shè)定：被控量的目標(biāo)值設(shè)定：預(yù)緊彈簧預(yù)緊彈簧四、反饋控制系統(tǒng)的組成四、反饋控制系統(tǒng)的組成控制信息傳遞與反饋：控制信息傳遞與反饋：控制方框圖：控制方框圖：給定給定比較比較

27、放大放大執(zhí)行執(zhí)行測(cè)量測(cè)量控制對(duì)象控制對(duì)象控制部分控制部分被控部分被控部分48反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成特點(diǎn)：特點(diǎn)：利用偏差控制系統(tǒng)的輸出利用偏差控制系統(tǒng)的輸出基本物理量：基本物理量：被控量被控量 、給定量、給定量、控制量、控制量、擾動(dòng)量、擾動(dòng)量被控量：被控量： ( (即系統(tǒng)的輸出量即系統(tǒng)的輸出量), ),表征被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)規(guī)律表征被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)規(guī)律 xb給定量給定量系統(tǒng)的輸入量或被控對(duì)象理想狀態(tài)系統(tǒng)的輸入量或被控對(duì)象理想狀態(tài)( (控制目標(biāo)控制目標(biāo)) ) xi控制量：控制量：直接作用于被控對(duì)象的物理量，即被控對(duì)象的輸入量直接作用于被控對(duì)象的物理量，即被控對(duì)象的輸入量擾動(dòng)量：擾動(dòng)量： 所有使

28、被控對(duì)象狀態(tài)偏離給定值的量所有使被控對(duì)象狀態(tài)偏離給定值的量 49對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度分類(lèi)對(duì)控制系統(tǒng)，可從不同的角度分類(lèi)1. 1.按反饋情況按反饋情況開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，輸出對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用。系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，輸出對(duì)系統(tǒng)無(wú)控制作用。如：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床、普通洗衣機(jī)如：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床、普通洗衣機(jī) 家用電烤箱、微波爐、普通電風(fēng)扇家用電烤箱、微波爐、普通電風(fēng)扇五、控制系統(tǒng)的分類(lèi)五、控制系統(tǒng)的分類(lèi)50閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)： 有反饋回路，輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用。有反饋回路，輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用。如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng)如：前例中的離心調(diào)速系統(tǒng) 伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床伺服

29、驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床 恒溫箱恒溫箱( (冰箱、空調(diào)冰箱、空調(diào)) ) 人騎自行車(chē)人騎自行車(chē)1. 1.按反饋情況按反饋情況51自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)( (恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng)) )：系統(tǒng)的輸出保持常量。系統(tǒng)的輸出保持常量。如：離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、液面控制等如：離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、液面控制等 為閉環(huán)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)：隨動(dòng)系統(tǒng)： 系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按任意規(guī)律變化。系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按任意規(guī)律變化。如：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)、仿形加工、動(dòng)物捕食等如：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)、仿形加工、動(dòng)物捕食等多為閉環(huán)系統(tǒng)多為閉環(huán)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化。系統(tǒng)的輸出按預(yù)定程序變化。如：數(shù)控機(jī)床、全自動(dòng)洗衣機(jī)等如：數(shù)控機(jī)床、全自動(dòng)洗衣機(jī)等開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)2. 2. 按輸出量的變化規(guī)律分按輸出量的變化規(guī)律分52連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)線(xiàn)性控制系統(tǒng)線(xiàn)性控制系統(tǒng)非線(xiàn)性控制系統(tǒng)非線(xiàn)性控制系統(tǒng)定常系統(tǒng)定常系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng)位移控制系統(tǒng)位移控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)3. 3. 按信號(hào)類(lèi)型分按信號(hào)類(lèi)型分4. 4. 按線(xiàn)性性質(zhì)分按線(xiàn)性性質(zhì)分5. 5. 按時(shí)變情況分按時(shí)變情況分6. 6. 按被控量分按被控量分53系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)正常工作的