第1-控制系統(tǒng)的基本概念1

第1章控制系統(tǒng)的基本概念§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成§1-2控制系統(tǒng)的基本類型§1-3對控制系統(tǒng)的基本要求§1-4控制工程發(fā)展概況控制系統(tǒng)

(ControlSystem)萬物都在控制之中本章教案目的、要求講課思路重點、難點課堂小結習題課后檢查掌握傳遞函數(shù)的概念、特點，典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的特點，及閉環(huán)系統(tǒng)相關概念?；景唇滩膬?nèi)容順序進行，強調(diào)典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳函、開環(huán)傳函及其相互關系。重點是微分方程的列寫，傳函的概念、特點及求法，典型環(huán)節(jié)的傳函，方框圖的繪制及簡化。難點方程列寫及方框圖繪制。同學反映學起來比較吃力，應進一步注重概念，簡化數(shù)學推證。習題2.2(b)、(e)，2.5，2.7，2.8。部分同學對本章基本要求尚未完全掌握?？刂葡到y(tǒng)的概念廣義系統(tǒng)：完成一定任務的一些部件的組合。

控制系統(tǒng)：

系統(tǒng)的可變輸出能按照參考輸入（或控制輸入）進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)?？刂七^程是一個動態(tài)過程系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化控制論：研究控制系統(tǒng)對指令（輸入）的動態(tài)響應

屬于“動力學”范疇，NorbertWiener(維納),1948控制論三要素（中心思想）：

維納經(jīng)過比較研究發(fā)現(xiàn)，機器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)，甚至社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)都具有一個共同特點：即通過信息的傳遞、加工處理并利用反饋來進行控制§1-0引言相對論、量子論、控制論(ControlTheory)

20世紀上半葉三大科學革命信息：一切能表達一定含義的信號、密碼、情報和消息信息：繼能量、質(zhì)量之后的又一重要科學概念信息的傳遞、反饋及利用反饋進行的控制工件尺寸是信息，經(jīng)過工藝過程的轉換，加工前后工件尺寸的分散情況有所變化。毛坯尺寸工件尺寸工藝過程控制過程即對信息的加工處理過程。機械工程中的信息：應力、變形、溫升、幾何尺寸與形狀精度、表面粗糙度以及壓力、流量等機械工程控制論是現(xiàn)代制造技術的支撐學科之一學習目的：

①為后續(xù)課程學習打好基礎；

②為將來工作做好準備

③培養(yǎng)能力

1954,錢學森首創(chuàng)《工程控制論》§1-0引言§1-1控制系統(tǒng)的工作原理

及其組成1.1.1工作原理1.1.2開環(huán)控制和閉環(huán)控制1.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成1.1.1工作原理§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成目標：保持孵化箱溫度恒定人工調(diào)節(jié)過程：觀測由測量元件（溫度計）測出的箱內(nèi)溫度（被控制量）與要求的溫度值（給定值）進行比較，得出偏差（大小和方向）根據(jù)偏差進行控制測量→求偏差→控制糾正偏差檢測偏差再糾正偏差輸入量：給定值；輸出量：被控量§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成測量裝置←→人眼控制器（比較器）←→人腦執(zhí)行機構←→人手檢測偏差再糾正偏差反饋系統(tǒng)輸入輸出干擾偏差偏差(ActuatingSignal)恒溫箱的自動控制自動控制系統(tǒng)的設計§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成基于反饋原理，通過“檢測偏差再糾正偏差”達到控制目的的系統(tǒng)反饋(Feedback)控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）：反饋系統(tǒng)輸入輸出干擾偏差控制系統(tǒng)的職能框圖1.1.2開環(huán)控制和閉環(huán)控制§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成洗衣機：按洗滌、清洗、脫水、烘干的順序進行工作，無需對系統(tǒng)的輸出信號（即衣服的清潔程度）進行測量。開環(huán)(Open-loop)控制系統(tǒng)：輸入輸出間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)無控制作用?！?-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成控制器控制對象輸入輸出開環(huán)控制：輸入指令通過控制裝置和驅(qū)動裝置推動工作臺到指定位置，該位置信號不再反饋。簡易數(shù)控機床的進給控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)的特點無自動糾偏能力，控制精度低系統(tǒng)簡單，可靠性高適合組成系統(tǒng)的各部件穩(wěn)定性高，外界干擾小、對控制精度要求不高的系統(tǒng)§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成輸入輸出間存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)有控制作用。反饋系統(tǒng)輸入輸出偏差干擾

閉環(huán)(Closed-loop)控制系統(tǒng)

反饋(Feedback)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點控制精度高易振蕩，存在穩(wěn)定性問題控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性始終是閉環(huán)控制的一對矛盾靠自動檢測偏差來糾正偏差§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成半閉環(huán)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的反饋信號不是取自輸出端，而是取自中間環(huán)節(jié)。

目前大多數(shù)數(shù)控機床均采用半閉環(huán)進給伺服控制系統(tǒng)：將位置傳感器裝在傳動絲杠的端部，間接測量工作臺的實際位移檢測裝置1.1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成§1-1控制系統(tǒng)的工作原理及其組成§1-2控制系統(tǒng)的基本類型一、按輸入量的特征分類生產(chǎn)中溫度、壓力、流量、液面控制；原動機速度控制、機床位置控制；電力系統(tǒng)電網(wǎng)電壓、頻率控制2.程序控制系統(tǒng)1.恒值控制系統(tǒng)瓦特調(diào)速器液位控制系統(tǒng)§1-2控制系統(tǒng)的基本類型2.程序控制系統(tǒng)（數(shù)字控制、計算機控制）計算機繪圖儀、過程控制系統(tǒng)變化規(guī)律預知§1-2控制系統(tǒng)的基本類型3.隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）

ServoSystem仿形加工5—工件6—刀具7—樣件8—觸銷火炮瞄準、導彈目標跟蹤二、按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類§1-2控制系統(tǒng)的基本類型1.連續(xù)控制：信號均為連續(xù)時間變量2.離散控制：信號為脈沖序列或數(shù)字量離散控制系統(tǒng)中，給定、測量、比較、放大均由計算機完成，①經(jīng)D/A給伺服放大器，或，②計算機直接輸出數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)字放大后驅(qū)動數(shù)字式執(zhí)行機構按物理屬性：機械、電氣、液壓、氣動、機電、熱力運動方程為微分方程(Differentialequations)分類法小結開環(huán)與閉環(huán)(Open-loop/Closed-loop)系統(tǒng)線性與非線性(Linear/Nonlinear)系統(tǒng)集中參數(shù)與分布參數(shù)

(Lumped/DistributedParameter)系統(tǒng)時變與時不變

(Time-variant/Time-invariantor

Stationary/Non-stationary)系統(tǒng)確定性與隨機(Deterministic/Random)系統(tǒng)單變量與多變量

(Singlevariable/Multivariableor

SISO/MIMO)系統(tǒng)連續(xù)與離散(Continuous/Discrete)系統(tǒng)經(jīng)典控制論的適用范圍Closed-loop,Linear,LumpedParameter,Stationary,Deterministic,SingleVariableandContinuousVariable.

閉環(huán)、線性、集中參數(shù)、時不變、確定性、單變量、連續(xù)時間系統(tǒng)?！?-2控制系統(tǒng)的基本類型另外，還有如下提法：優(yōu)化(Optimal/Optimum)控制系統(tǒng)適應(Adaptive)控制系統(tǒng)，時變的自適應(Self-adaptive)控制系統(tǒng)，時變的過程(Process)控制系統(tǒng)不連續(xù)系統(tǒng)

(DiscontinuousVariableSystem)Occurin“on-off”or“bang-bang”controlsystem離散系統(tǒng)(DiscreteVariableSystem)Theequationsaredifferenceequations運動方程為差分方程§1-