機(jī)械控制工程基礎(chǔ)演示文稿

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二優(yōu)選機(jī)械控制工程基礎(chǔ)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二參考教材[1]

楊叔子、楊克沖.《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》（第五版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005年7月[2]熊良才、楊克沖.《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題解》.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002年4月[3]朱驥北.《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》(第15版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年[4]董景新、趙長(zhǎng)德.《控制工程基礎(chǔ)》(第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，2009年6月[5]劉叔軍、樊京.《MATLAB控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例》.北京：清華大學(xué)出版社，2008年5月現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二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(xiě)的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》為指導(dǎo)，利用多媒體課件為主、板書(shū)為輔進(jìn)行理論教學(xué)；利用MATLAB/Simulink軟件開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)?？己朔绞狡綍r(shí)作業(yè)5次，占總評(píng)成績(jī)的20%；實(shí)驗(yàn)2次，占總評(píng)成績(jī)的10%；期末閉卷考試，占總評(píng)成績(jī)的70%。

出勤率低于1/3取消期末考試資格。現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二課程性質(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(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是控制論(Cybernetics)與機(jī)械工程技術(shù)理論之間的邊緣學(xué)科，側(cè)重介紹機(jī)械工程的控制原理，同時(shí)密切結(jié)合工程實(shí)際，是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程。

機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯而重要的趨勢(shì)——越來(lái)越廣泛而深入地引入了控制理論。

數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床動(dòng)態(tài)分析與測(cè)試、電氣液壓伺服系統(tǒng)是科學(xué)方法論之一，強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的、反饋的、控制的方法來(lái)分析研究工程實(shí)際問(wèn)題?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二課程任務(wù)與學(xué)習(xí)要求課程任務(wù)通過(guò)課程教學(xué)，使學(xué)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(jìn)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(xué)習(xí)，為將來(lái)在機(jī)械電子工程中解決一些實(shí)際問(wèn)題打下一定的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)要求需要大家具備一定的數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，還要有一定的機(jī)械工程方面的專業(yè)知識(shí)。需要大家認(rèn)真對(duì)待每次的課后練習(xí)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二主要教學(xué)內(nèi)容機(jī)械控制工程基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)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(xué)模型時(shí)域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二緒論

（2學(xué)時(shí)）拉普拉斯變換（2學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（8+2學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析（8+2學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的頻率特性分析（8+2學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的穩(wěn)定性（4學(xué)時(shí)）復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）課程章節(jié)現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求

現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二本章教學(xué)大綱1.了解機(jī)械工程控制論的基本概念、研究對(duì)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(xué)重點(diǎn)：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(xué)大綱現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)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(xué)科，它研究事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律?！翱刂普摗钡膬蓚€(gè)核心是信息論和反饋控制。首先創(chuàng)立控制論學(xué)科的是美國(guó)的數(shù)學(xué)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(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論控制論經(jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論生物控制論工程控制論機(jī)械工程機(jī)械工程控制論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科。

控制論的中心思想——通過(guò)信息的傳遞、加工處理并利用反饋來(lái)進(jìn)行控制。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

1954年我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)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(jī)械工程控制論研究機(jī)械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究的對(duì)象：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）研究的任務(wù)：動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究的領(lǐng)域：機(jī)械工程領(lǐng)域二、機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

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(duì)系統(tǒng)的作用系統(tǒng)對(duì)外界的作用輸入(激勵(lì))干擾(擾動(dòng))輸出(響應(yīng))系統(tǒng)的框圖1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

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)間、部門(mén)、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)、全球制造行業(yè)等

如:機(jī)器系統(tǒng)生命系統(tǒng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)思維、學(xué)習(xí)、工作

廣義系統(tǒng)——具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο?.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論系統(tǒng)非控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

非控制系統(tǒng)——僅具有由人工開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的系統(tǒng)如：攪拌機(jī)（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(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論如:空調(diào)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱

溫度計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)教室中的風(fēng)扇人工控制系統(tǒng)1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動(dòng)機(jī)減速器u2u1u恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論根據(jù)自己的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，列舉控制系統(tǒng)的例子問(wèn)題：1）普通全自動(dòng)洗衣機(jī)

2）全自動(dòng)照相機(jī)的閃光系統(tǒng)、調(diào)焦系統(tǒng)

3）飲水機(jī)，微波爐

4）抽水馬桶水箱的液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器液面控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理等其它機(jī)器人、導(dǎo)彈制導(dǎo)、核動(dòng)力等高新領(lǐng)域宇航：火箭、飛船、衛(wèi)星道路交通：信號(hào)燈控制、車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別日常：冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)農(nóng)業(yè)：恒溫大棚、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化機(jī)械應(yīng)用范圍工業(yè)：數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)、恒溫箱等1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論蒸汽機(jī)離心調(diào)速器工業(yè)：1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)模擬圖1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二在日常生活中的應(yīng)用第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二道路交通的應(yīng)用——車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論人形機(jī)器人1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二勇氣號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，2004）第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論自動(dòng)火炮、導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

恒溫恒濕試驗(yàn)箱又名環(huán)境試驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)各種材料的耐熱、耐寒、耐干、耐濕性能。適合電子、電器、食品、車(chē)輛、金屬、化學(xué)、建材等實(shí)驗(yàn)1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二三、機(jī)械工程控制論的研究任務(wù)第一章緒論

動(dòng)力學(xué)問(wèn)題

——機(jī)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(gè)動(dòng)態(tài)歷程；研究這一過(guò)程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。即輸入或激勵(lì)，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(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，讓大家更深刻的理解“機(jī)械工程控制論的研究任務(wù)”這一問(wèn)題。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二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(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論（a）（b）整理得：（a）解：（b）解：動(dòng)力學(xué)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+k2系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系:

1，cp+k系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)（系統(tǒng)的輸出）：y(t)系統(tǒng)的輸入或激勵(lì):

f(t)，x(t)代表了系統(tǒng)在一定外界條件下的動(dòng)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)221.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論問(wèn)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(shí)，對(duì)系統(tǒng)施加何種輸入，能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)（即y(t)）？3.

對(duì)于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，才能使系統(tǒng)實(shí)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論研究任務(wù):系統(tǒng)分析問(wèn)題最優(yōu)控制問(wèn)題最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的響應(yīng)(或輸出)，并通過(guò)響應(yīng)來(lái)研究系統(tǒng)本身的問(wèn)題已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計(jì)輸入已知輸入和理想輸出時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸出已知，確定系統(tǒng)，以識(shí)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(xué)模型1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論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(shí)間域、頻率域或空間域等領(lǐng)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。1.2系統(tǒng)及其模型1.2系統(tǒng)及其模型現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論二、機(jī)械系統(tǒng)

定義——以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)。如：切削加工過(guò)程工件操作者當(dāng)研究某臺(tái)機(jī)床切削加工過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床加工的工件的某些質(zhì)量指標(biāo)時(shí)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床的操作者在加工過(guò)程中的作用時(shí)；輸入——激勵(lì)（外界對(duì)系統(tǒng)的作用，如載荷等）輸出——響應(yīng)（系統(tǒng)對(duì)外界的作用，如變形、位移）1.2系統(tǒng)及其模型現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論激勵(lì)控制輸入——人為地、有意識(shí)地加上去；擾動(dòng)——偶然因素產(chǎn)生而一般無(wú)法完全人為控制的（干擾）；三、數(shù)學(xué)模型模型的定義——研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)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(shí)物模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等。1.2系統(tǒng)及其模型現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

數(shù)學(xué)模型——定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動(dòng)態(tài)性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)模型靜態(tài)模型動(dòng)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(dòng)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(lái)描述

動(dòng)態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)歷程的，機(jī)械工程控制論研究的是機(jī)械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，所以往往需要采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，即需要建立微分方程或差分方程來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。1.2系統(tǒng)及其模型現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論1.3反饋一、反饋的定義反饋是機(jī)械工程控制論中一個(gè)最基本、最重要的概念

系統(tǒng)的輸出不斷直接或經(jīng)過(guò)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(guò)程。

系統(tǒng)之所以有動(dòng)態(tài)歷程，系統(tǒng)及其輸入、輸出之間之所以有動(dòng)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(dòng)機(jī)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(fù)反饋現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論例1-2發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)控制原理：如果負(fù)載變化使ω增大，離心機(jī)構(gòu)滑套上移液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，油門(mén)關(guān)小，ω減小直到滑閥回復(fù)到中位，ω回到設(shè)定值

通過(guò)離心機(jī)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，反過(guò)來(lái)作用于系統(tǒng)，形成反饋，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖1.3反饋現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論例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(dòng)力學(xué)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反饋現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

在這兩個(gè)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(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(fù)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(dòng)態(tài)特性。1.3反饋現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論(1)內(nèi)反饋在系統(tǒng)或過(guò)程中存在的各種自然形成的反饋。是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間相互耦合的結(jié)果，是造成機(jī)械系統(tǒng)存在一定動(dòng)態(tài)特性的根本原因。(2)外反饋在控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目的而人為加入的反饋。生活小實(shí)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反饋現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論2.負(fù)反饋與正反饋(1)負(fù)反饋

輸出偏離設(shè)定值時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度減小，并力圖達(dá)到設(shè)定值。被控量目標(biāo)值如：發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)動(dòng)物捕食火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)學(xué)習(xí)和工作中的負(fù)反饋測(cè)偏與糾偏1.3反饋現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論(2)正反饋輸出偏離設(shè)定值時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度加劇。如：疾病自激振蕩器

機(jī)器疲勞破壞火藥爆炸、熱核反應(yīng)學(xué)習(xí)和工作中的正反饋1.3反饋現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論三、反饋控制系統(tǒng)及其組成

在工程技術(shù)領(lǐng)域中，越來(lái)越多地采用了自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)中，偏差是基于反饋建立起來(lái)的。自動(dòng)控制的過(guò)程就是“測(cè)偏與糾偏”的過(guò)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(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。反饋控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的最基本的方法。沒(méi)有反饋就無(wú)法測(cè)量偏差，就無(wú)法根據(jù)偏差自動(dòng)控制系統(tǒng)糾正偏差1.3反饋現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論例：發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖被控對(duì)象：發(fā)動(dòng)機(jī)被控量：轉(zhuǎn)速ω被控量的目標(biāo)值設(shè)定：預(yù)緊彈簧設(shè)定控制信息傳遞與反饋：轉(zhuǎn)速ω離心機(jī)構(gòu)(檢測(cè)或感知）偏差杠桿液壓比例控制器油門(mén)1.3反饋現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二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(cè)被控對(duì)象執(zhí)行運(yùn)算放大控制部分被控部分1.3反饋現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論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(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大運(yùn)算環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)、被控對(duì)象等。

每個(gè)組成部分的含義見(jiàn)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反饋現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng):系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有控制作用:系統(tǒng)有反饋回路系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論如：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、普通洗衣機(jī)、家用電烤箱、微波爐步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床原理圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方框圖1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論閉環(huán)控制系統(tǒng)如：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床、離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱(冰箱、空調(diào))伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床原理圖伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二按有無(wú)反饋無(wú)有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：無(wú)抗干擾能力，不能自動(dòng)糾偏，控制精度較低。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)精度好。缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計(jì)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論2.按輸出量的變化規(guī)律

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（恒值系統(tǒng)）：系統(tǒng)的輸出保持常量

隨動(dòng)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(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)同時(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類系統(tǒng)可以是開(kāi)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

自動(dòng)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(dòng)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

隨動(dòng)系統(tǒng)如：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)；導(dǎo)彈目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)；仿形機(jī)床；全自動(dòng)照相機(jī)的調(diào)焦系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)。1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論

程序控制系統(tǒng)如：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)；全自動(dòng)洗衣機(jī)；微波爐。1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論3.按信號(hào)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(shí)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準(zhǔn)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的快速性：系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：指動(dòng)態(tài)過(guò)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(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差的快速程度。調(diào)整過(guò)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求以坐車(chē)的感受為例簡(jiǎn)單說(shuō)明現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二

不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的要求各有側(cè)重。

在同一個(gè)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性相互制約，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理選擇。如自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性要求較高。如隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)快速性要求較高。如數(shù)控機(jī)床對(duì)定位精度要求高。注意：1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章緒論現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論本章小結(jié)：機(jī)械工程控制論研究的對(duì)象與任務(wù)；系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)）、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、模型（靜態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型）；反饋（正、負(fù)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(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。本章小結(jié)現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二例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(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)電加熱器的電源。在使用熱水時(shí)，水箱中流出熱水并補(bǔ)充冷水。試說(shuō)明該系統(tǒng)工作原理并畫(huà)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(duì)象。水的實(shí)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(bǔ)充習(xí)題現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論補(bǔ)充習(xí)題當(dāng)To=Ti時(shí)，水箱的實(shí)際水溫經(jīng)測(cè)溫元件檢測(cè)，并將實(shí)際水溫轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，與溫控開(kāi)關(guān)預(yù)先設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較而得到的偏差為零，此時(shí)電加熱器不工作，水箱中的水溫保持在希望的溫度上。當(dāng)使用熱水并注入冷水時(shí)，水溫下降，此時(shí)To<Ti，則偏差不為零而使溫控開(kāi)關(guān)工作。于是電源接通，電加熱器開(kāi)始對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱，使水溫上升，直到To=Ti時(shí)為止。系統(tǒng)控制方框圖如下圖所示：現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有74頁(yè)\編輯于星期二第一章緒論補(bǔ)充習(xí)題例1.2

分析圖示液位自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理并繪制系統(tǒng)功能框圖。節(jié)流閥節(jié)流閥H