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机械工程控制基础课件绪论.pdf

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机械工程控制基础课件绪论 第一章绪论第一节机械工程控制论的研究对象与任务第二节系统 及其模型第三节反馈第四节系统的分类及对控制系统的基本要求第五 节机 械制造的发展与控制理论的应用第六节控制理论发展的简单回顾 第七节本课程的特点与学习方法在科学和工程技术的发展过程中，自 动控制技术起着重要的作用。除了在宇宙飞船、导弹发射和飞机 驾驶等系统中，自动控制技术具有特别重要的作用之外，它在现代机 器制造和工业生 产过程中也是不可缺少的重要组成部分。随着自动控制理论和技 术的不断发展，给人们提供了获得动态系统最佳性能的方法，提高了 产品质量，降 低了生产成本，提高了劳动生产率，使人们从繁重的体力劳动和 重复的手工操作中解放出来。本章将对本课程的主要内容作一个简介， 使同学们 对自动控制理论的内容有一个基本了解，以便更好地学习以后各 章节。引言控制：对对象施加某种操作，使其产生所预期的行为。?自 动控制 ：该操作由控制装置自动完成，无须人直接参与。即，在人不直 接参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、生产过程） 的某些物理量（ 或工作状态）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。引言一、 自动控制技术应用于军事、航天领域火炮、雷达、跟踪系统；人造卫 星；宇宙飞船。二、自动控制技术应用于工业生产过程轧钢过程； 工业窑炉；石油化工；水泥建材；玻璃、造纸等三、自动控 制技术应用于现代农业生产自动灌溉；农产品质量检测等。四、 自动控制技术应用于其他领域生物：人口控制，药物动力学金融：货 币控 制家庭：电饭煲，洗衣机，空调，冰箱?自动控制技术已成为促进 当代生产发展和科学技术进步的重要因素，是最有发展前途的技术科 学之一。 自动控制往往是参考人工控制而建立起来的，以下通过一些简单 的、典型例子，来说明控制系统的工作原理。实例一水箱水位1、手动 控制 ：观测实际水位，将实际水位与要求的水位值相比较，得出两者 偏差。根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度，即当实际水位高 于要求值 时，关小进水阀门开度，否则加大阀门开度以改变进水量，从而 改变水箱水位，使之与要求值保持一致。图1-1水箱水位的人工控制 系统原理图 实例一水箱水位2、自动控制：当实际水位低于要求水位时，电位 器输出电压值为正，且其大小反映了实际水位与水位要求值的差值， 放大器输 出信号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到 实际水位重新与水位要求值相等时为止。图1-2水箱水位的自动控制 系统原理 图引言第一节机械工程控制论的研究对象与任务——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作用下，从系统 一定 的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动 态历程；——换句话说，就是研究系统及其输入、输出三者之间的动 态关系。第 一节机械工程控制论的研究对象与任务第一节机械工程控制论的 研究对象与任务第一类，系统、输入输出第二类， 系统、输出输入第三类，输入、输出系统第一节机械工程控制论 的研究对象与任务对上例，需研究的 问题可归纳为以下三类：第一节机械工程控制论的研究对象与任 务第二节系统及其模型一、系统系统：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运动规律的一个整体。特 点：1）整体性：系统由许多要素组成，各个组成部分是不可分割的。 2）相关性： 系统内部各要素之间相互以一定规律联系着。3）层次性：系统可 以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构。4）目的性：系统 具有某种目 的，要达到既定的目的，系统必须具有一定的功能（如控制、调 节和管理的功能）。二、机械系统机械系统：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。 对于机械系统，其输入和输出分别称为“激励”和“响应”。实物模 型物理模 型静态模型数学模型动态模型第二节系统及其模型三、系统模型 模型:就是对系统的一种客观描述，它通常是真实系统的一种简化。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。（一般用代数方程描述）动态模型：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。（一般用微分方程或差分方程描述） 第二节系统及其模型动态模型在一定的条件下可以转换成静态模型 。在控制理论或控制工程中，一般关心的是系统的动态特性，因 此，往往需要采用动态数学模型。即，一般所指的系统的数学模型是 描述系统动态特 性的数学表达式。第三节反馈外反馈：在自动控制系统中，为达 到某种控制目的而人为加入的反馈，称为外反馈。内反馈：在系统或 过程中 存在的各种自然形成的反馈，称为内反馈。内反馈是系统内部各 个元素之间相互耦合的结果。它是造成机械系统存在一定的动态特性 的根本原因， 纷繁复杂的