机械工程控制基础第1章：概论.ppt

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1、机械工程控制基础自动控制理论简介主要阐述有关自动控制技术的基础理论机械工程广泛引入控制理论：数控机床；工业机器人；微细工程；机床动态分析、动态测试；精密仪器；产品质量检测系统；空间技术等。自动控制理论经典控制理论：50年代形成的理论体系。研究单输入－单输出线性定常系统的设计分析问题。理论基础是描述系统输入－输出关系的传递函数。现代控制理论：60末为适应宇航技术发展的需要而出现的新技术，现正向大系统和人工智能理论等方面发展。研究多输入－多输出变参数、时变系统的设计分析问题。理论基础是描述系统状态空间法。总学时（39）第一章绪论（3学

2、时）第二章系统的数学模型（9学时）第三章时间响应分析（9学时）第四章频率特性分析（7学时）第五章系统的稳定性（8学时）第六章系统的性能指标与校正（3学时）第一章绪论1.1机械工程控制论的研究对象与任务1.2系统及其模型1.3反馈1.4系统的分类及对控制系统的基本要求1.5机械制造的发展与控制理论的应用1.6控制理论发展的简单回顾1.7本课程的特点与学习方法§1机械工程控制论研究的对象和任务一、控制工程研究的对象与任务1、对象工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题具体地说，它研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件

3、作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部固有的特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程初始状态固有特性输入输出系统可大可小，可繁可简，可实可虚例：uiRCLu0系统的动力学方程：f(t)------系统的输入（激励）y(t)-------系统的输出（响应）mf(t)kcy(t)mf(t)F(c)F(k)mp2+cp+k-----为方程左端的算子，它由系统本身的结构与参数所决定，反映了与外界无关的系统本身的固有特性；1-----为方程右端的算子，反映了与外界的关系，当系统发生变化，这一算子一般也会发生

4、改变。显然，y(t)（就是微分方程的解）是由系统的初始状态、系统的固有特性、系统与输入之间的关系以及输入所决定的；也可以说它代表了系统在一定外界条件下的动态历程。工程控制论研究的问题：1系统、输入已知，求输出---------系统分析2系统已知，确定输入，得到最佳输出----------最优控制3输入已知，确定系统，得到最佳输出----------最优化设计4输出已知，确定系统，识别输入信息-----------预测5输入输出已知，确定系统结构参数-----------系统的辩识2本课程任务用经典控制理论来解决系统分析问题，并适当

5、解决系统的辩识问题实际系统数学模型结果建立模型分析(微分方程）§2系统及其模型一、系统我们所研究的“系统”就是由相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。组成系统的各个部分，可以是元件，也可以是下一级的系统，后者称为“子系统”；而整个系统又可以是上一层系统的子系统；必须注意，一个系统的特性并不能看成是组成它的元件或子系统的特性的简单总和。二、机械系统以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载荷为目的的系统称为机械系统机械系统的输入称为“激励”，一般是外界对系统的作用输出称为“响

6、应”，一般是系统的变形或位移一个系统的输入有两种如果是人为地、有意识地加上去的，往往称为“控制”；而如果是偶然要素产生的，无法加以人为控制的，则称为“扰动”三、静态模型与动态模型用数学方法描述的抽象的理论模型，用来表达一个系统内部各部分之间，或系统与外部环境之间的关系的模型称为“数学模型”若以作用在机器上的力F(t)为激励，以机器的振动位移y(t)作为响应的数学模型为：N(t)F(t)m机器隔振垫y(t)mF(t)y(t)kc一台机器放在隔振垫上。若以地基振动位移x(t)为激励，以机器的振动位移y(t)为响应时的数学模型：称为为系

7、统的动态模型隔振垫N(t)m机器y(t)x(t)my(t)x(t)kc一台机器放在隔振垫上。称为为系统的静态模型静态模型反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在系统平衡状态下的特性；动态模型则用于研究系统在迅变载荷作用下或在系统不平衡状态下的特性。静态模型一般以代数公式描述，而动态模型则需要以微分方程或是其离散形式------差分方程描述。1.3反馈一定义一个系统的输出，部分或全部地被反过来用于控制系统的输入，称为系统的反馈。系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间所以有动态关系，就是由于系统本身有信息的反馈比较系统反馈输入输出

8、+=输入±输出电机工作台输入指令输出位移检测系统+-二机械工程中的反馈控制三机械系统的内在反馈mf(t)cy(t)k四反馈的分类正反馈和负反馈使总的输出增加的反馈调节为正反馈。杠杆浮子Hr阀门2Q2Q1阀门1正反馈负反馈：使总输出减小的反馈调节