《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)課件

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1、控制工程基礎(chǔ)主講人：王曉梅重慶科技學(xué)院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院參考教材11 楊叔子、楊克沖楊叔子、楊克沖. .機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)（第五版）（第五版）. .武漢：華中科技大學(xué)出版社，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20052005年年7 7月月22熊良才、楊克沖熊良才、楊克沖. .機(jī)械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題機(jī)械工程控制基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題解解. .武漢：華中科技大學(xué)出版社，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20022002年年4 4月月33朱驥北朱驥北. .機(jī)械控制工程基礎(chǔ)機(jī)械控制工程基礎(chǔ) ( (第第1515版）版）. .北京：機(jī)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，械工業(yè)出版社，20052005年年44董景新、趙長(zhǎng)

2、德董景新、趙長(zhǎng)德. .控制工程基礎(chǔ)控制工程基礎(chǔ)( (第第3 3版）版）. .北京：北京：清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，20092009年年6 6月月55劉叔軍、樊京劉叔軍、樊京. . MATLABMATLAB控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例. .北北京：清華大學(xué)出版社，京：清華大學(xué)出版社，20082008年年5 5月月 授課方式與考核方式授課方式授課方式 以華中科技大學(xué)出版社出版、楊叔子編寫(xiě)的以華中科技大學(xué)出版社出版、楊叔子編寫(xiě)的機(jī)械機(jī)械工程控制基礎(chǔ)工程控制基礎(chǔ)（第五版）為指導(dǎo)，利用多媒體課件（第五版）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)；為主、板書(shū)為輔進(jìn)行理論教學(xué)；考核方式

3、考核方式 平時(shí)作業(yè)平時(shí)作業(yè)5 5次，占總評(píng)成績(jī)的次，占總評(píng)成績(jī)的20%20%； 期末閉卷考試，占總評(píng)成績(jī)的期末閉卷考試，占總評(píng)成績(jī)的80%80%。課程性質(zhì)控制論控制論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(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)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是控制論是控制論(Cybernetics)(Cybernetics)與機(jī)械工與機(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)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)機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的一

4、個(gè)明顯而重要的趨勢(shì)越來(lái)越來(lái)越廣泛而深入地引入了控制理論。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)是是科學(xué)方法論科學(xué)方法論之一，強(qiáng)調(diào)用之一，強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的、反饋的、控制的系統(tǒng)的、反饋的、控制的方法來(lái)分析研究工程實(shí)際問(wèn)題。方法來(lái)分析研究工程實(shí)際問(wèn)題。課程任務(wù)與學(xué)習(xí)要求課程任務(wù)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，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(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，為將來(lái)在機(jī)械電子工程中結(jié)合后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，為將來(lái)在機(jī)械電子

5、工程中解決一些實(shí)際問(wèn)題打下一定的基礎(chǔ)。解決一些實(shí)際問(wèn)題打下一定的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)要求學(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)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(zhuān)業(yè)知識(shí)。需要知識(shí)，還要有一定的機(jī)械工程方面的專(zhuān)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)。大家認(rèn)真對(duì)待每次的課后練習(xí)環(huán)節(jié)。主要教學(xué)內(nèi)容機(jī)械控制工程基礎(chǔ)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)工程應(yīng)用工程應(yīng)用分析方法分析方法基本概念基本概念控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型時(shí)域分析時(shí)域分析頻域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)校正系統(tǒng)

6、校正緒論緒論 （4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （9學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 （10學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的頻率特性分析系統(tǒng)的頻率特性分析 （9學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正（系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正（1學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) （1學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)）課程章節(jié)第一章 緒 論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù) 1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型 1.3 1.3 反饋反饋 1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱1. 1. 了解機(jī)械工程控制

7、論的基本概念、研究對(duì)象與任務(wù)；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. 2. 掌握系統(tǒng)、模型、反饋、偏差等基本概念；掌握系統(tǒng)、模型、反饋、偏差等基本概念；3. 3. 掌握反饋控制系統(tǒng)工作原理的分析；掌握反饋控制系統(tǒng)工作原理的分析；4. 4. 掌握控制系統(tǒng)的組成、分類(lèi)及基本性能要求。掌握控制系統(tǒng)的組成、分類(lèi)及基本性能要求。u教學(xué)重點(diǎn)：反饋的基本概念、控制系統(tǒng)工作原理分析、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(lèi)控制系統(tǒng)的分類(lèi)第一章第一章 緒論緒論本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任

8、務(wù)一、控制論概述一、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。事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律?！翱刂普摽刂普摗钡膬蓚€(gè)核心是信息論和反饋控制。的兩個(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、信息理論家家( (Norbert WienerNorbert Wiener) )諾伯特諾伯特維納，他于維納，他于19481948年發(fā)表了年發(fā)表了“控制論控制論”。1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論控制論控制

9、論經(jīng)濟(jì)學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)社會(huì)學(xué)生物學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)控制論經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論社會(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與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科?？刂普撆c其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科。 控制論的中心思想控制論的中心思想通過(guò)信息的傳遞、加工處理通過(guò)信息的傳遞、加工處理并利用反饋來(lái)進(jìn)行控制。并利用反饋來(lái)進(jìn)行控制。1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 19541954年我國(guó)科學(xué)家年我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森錢(qián)學(xué)森出版專(zhuān)著出版專(zhuān)著工程控制論工程控制論( (英文版英文版) )

10、，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。，首先把控制論推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域。 機(jī)械工程控制論機(jī)械工程控制論 研究研究機(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)題研究的研究的對(duì)象對(duì)象：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）研究的研究的任務(wù)任務(wù)：動(dòng)力學(xué)問(wèn)題：動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究的研究的領(lǐng)域領(lǐng)域：機(jī)械工程領(lǐng)域：機(jī)械工程領(lǐng)域P:2二、機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象二、機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 系統(tǒng)系統(tǒng)按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合系統(tǒng)的要素系統(tǒng)的要素元素元素元素之間的聯(lián)系

11、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)的作用外界對(duì)系統(tǒng)的作用系統(tǒng)對(duì)外界的作用系統(tǒng)對(duì)外界的作用輸入輸入(激勵(lì)激勵(lì))干擾干擾(擾動(dòng)擾動(dòng))輸出輸出( (響應(yīng)響應(yīng)) )系統(tǒng)的框圖系統(tǒng)的框圖1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 機(jī)械工程中的廣義機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)系統(tǒng): : 元件、部件、儀器、設(shè)備元件、部件、儀器、設(shè)備; ; 加工過(guò)程、操作設(shè)備、測(cè)量加工過(guò)程、操作設(shè)備、測(cè)量; ; 車(chē)間、部門(mén)、工廠(chǎng)、企業(yè)、車(chē)間、部門(mén)、工廠(chǎng)、企業(yè)、 企業(yè)集團(tuán)、全球制造行業(yè)等企業(yè)集團(tuán)、全球制造行業(yè)等 如如:機(jī)器系統(tǒng)機(jī)器系統(tǒng)生命系統(tǒng)生命系統(tǒng)

12、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)思維、學(xué)習(xí)、工作思維、學(xué)習(xí)、工作 廣義廣義系統(tǒng)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)ο?.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論系統(tǒng)系統(tǒng)非控制系統(tǒng)非控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 非控制系統(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)僅具有由人工開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的系統(tǒng)如：攪拌機(jī)如：攪拌機(jī) （視頻鏈接視頻鏈接） 教室里的照明系統(tǒng)教室里的照明系統(tǒng) 控制系統(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

13、調(diào)節(jié)的系統(tǒng)入或控制輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論如如: : 空調(diào)空調(diào)加熱電阻絲加熱電阻絲220V調(diào)壓器調(diào)壓器人工控制的恒溫箱人工控制的恒溫箱 溫度計(jì)溫度計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)教室中的風(fēng)扇教室中的風(fēng)扇人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論加熱電阻絲加熱電阻絲220V調(diào)壓器調(diào)壓器熱電偶熱電偶給定信號(hào)給定信號(hào)比較比較電壓電壓放大器放大器功率功率放大器放大器執(zhí)行執(zhí)行電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)減速器減速器u2u1 u u恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)恒溫箱自

14、動(dòng)控制系統(tǒng)1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論根據(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：?jiǎn)栴}：1）普通全自動(dòng)洗衣機(jī)）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)）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）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）抽水馬桶水箱的液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器液面控制液面控制1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理等其它生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理等其它機(jī)器

15、人、導(dǎo)彈制導(dǎo)、核動(dòng)力等高新領(lǐng)域機(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)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)械農(nóng)業(yè)：恒溫大棚、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化機(jī)械應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍工業(yè)：數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)、恒溫箱等工業(yè)：數(shù)控機(jī)床、軋鋼機(jī)、恒溫箱等1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論蒸汽機(jī)離心調(diào)速器蒸汽機(jī)離心調(diào)速器工業(yè)：工業(yè)：1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)觀(guān)看視頻觀(guān)看視頻第

16、一章第一章 緒論緒論數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)模擬圖數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)模擬圖1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)在日常生活中的應(yīng)用在日常生活中的應(yīng)用第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)道路交通的應(yīng)用道路交通的應(yīng)用車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論人形機(jī)器人人形機(jī)

17、器人1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)勇氣號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，勇氣號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，20042004）第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論自動(dòng)火炮、導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用自動(dòng)火炮、導(dǎo)彈制導(dǎo)等高新領(lǐng)域的應(yīng)用1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)海洋探測(cè)機(jī)器人海洋探測(cè)機(jī)器人19901990年日本海洋科技中

18、心年日本海洋科技中心 研制的研制的“海溝號(hào)海溝號(hào)”纜控式纜控式無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）無(wú)人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右） 第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論瑞典博福斯公司研制的瑞典博福斯公司研制的“雙鷹雙鷹”水下掃雷機(jī)器人水下掃雷機(jī)器人 1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 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、

19、食品、車(chē)輛、金屬、化、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)學(xué)、建材等實(shí)驗(yàn)1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)三、機(jī)械工程控制論的研究任務(wù)三、機(jī)械工程控制論的研究任務(wù)第一章第一章 緒論緒論 動(dòng)力學(xué)問(wèn)題動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 機(jī)械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的機(jī)械工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外外界條件作用界條件作用下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)下，從一定的初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)部的部的固有特性固有特性所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程；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)研究這一過(guò)程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)

20、態(tài)關(guān)系。態(tài)關(guān)系。即輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外界干擾即輸入或激勵(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)所決定的特性即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性P:2P:2 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)機(jī)械工程控制論的研究任務(wù)”這一問(wèn)題。這一問(wèn)題。1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論同一同一系統(tǒng)系統(tǒng)，不同的不同的輸入輸入例例1-1 1-1 彈簧彈簧- -質(zhì)量質(zhì)量- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng) 系統(tǒng)（系統(tǒng)（a a） 系統(tǒng)（系統(tǒng)（b b） m-

21、c-km-c-k單自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論（a）（b）整理得：整理得：)()()()(tftkytyctym (a)(a)解：解：)()()()(tymtyctkytf (b)(b)解：解：)()()()()(tkxtxctkytyctym 動(dòng)力學(xué)方程：動(dòng)力學(xué)方程： y(t)即微分方程的解，它是由即微分方程的解，它是由系統(tǒng)的初始條件、系統(tǒng)的初始條件、系統(tǒng)的系統(tǒng)的固有特性、固有特性、系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)的輸入及及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系所決定。所決定。系統(tǒng)的系統(tǒng)的固有特性固有特性: : mp

22、 + cp + k2系統(tǒng)系統(tǒng)與外界之間的關(guān)系與外界之間的關(guān)系: : 1， cp+k系統(tǒng)對(duì)輸入的系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)響應(yīng)（系統(tǒng)的輸出）：（系統(tǒng)的輸出）：y(t)系統(tǒng)的系統(tǒng)的輸入或激勵(lì)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)歷程代表了系統(tǒng)在一定外界條件下的動(dòng)態(tài)歷程1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)設(shè)系統(tǒng)的設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)初始狀態(tài)： y(0)=y0， 0)0( yy令令 p=d/dt （微分算子）（微分算子）系統(tǒng)系統(tǒng)(a) (a) (mp + cp + k) )y(t)=f(t)系統(tǒng)系統(tǒng)(b) (b) (mp + cp + k)y(

23、t)=(cp + k)x(t)22第一章第一章 緒論緒論問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1. 1. 系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響系統(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？三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系？2. 2. 系統(tǒng)確定并已知時(shí)，對(duì)系統(tǒng)施加何種輸入，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)（即能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)（即y(t)）？）？3. 3. 對(duì)于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，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)？才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)？求輸出求輸出求輸入求輸入求系統(tǒng)求系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù))基本的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題基本的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題1.1

24、1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論研究任務(wù)研究任務(wù): :(1)(1)系統(tǒng)分析問(wèn)題系統(tǒng)分析問(wèn)題(2)(2)最優(yōu)控制問(wèn)題最優(yōu)控制問(wèn)題(3)(3)最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題(4)(4)濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題濾波與預(yù)測(cè)問(wèn)題(5)(5)系統(tǒng)辨識(shí)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)已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的響應(yīng)(或輸出或輸出)，并通過(guò)響應(yīng)來(lái)研究系統(tǒng)本身的問(wèn)題并通過(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)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)別輸出已知，確定系

25、統(tǒng)，以識(shí)別輸入或輸入中的的有關(guān)信息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)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)模型與參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型1.1 1.1 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章第一章 緒論緒論1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型一、系統(tǒng)一、系統(tǒng) 系統(tǒng)具有如下特性：系統(tǒng)具有如下特性：(1)(1)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)；結(jié)構(gòu)有關(guān)；(2)(2) 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)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)的各元素的內(nèi)容要豐富很多

26、; ;(3)(3) 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)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。域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型第一章第一章 緒論緒論二、機(jī)械系統(tǒng)二、機(jī)械系統(tǒng) 定義定義以實(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)。荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)。 如：如：切削加工過(guò)程切削加工過(guò)程工件工件操作者操作者當(dāng)研究某臺(tái)機(jī)床當(dāng)研究某臺(tái)機(jī)床切削加工過(guò)程切削加工過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)；中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床加工的當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床加工的工

27、件工件的某些質(zhì)量指標(biāo)時(shí)；的某些質(zhì)量指標(biāo)時(shí)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床的當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床的操作者操作者在加工過(guò)程中的作用時(shí)；在加工過(guò)程中的作用時(shí)；輸入輸入激勵(lì)（外界對(duì)系統(tǒng)的作用，如載荷等）激勵(lì)（外界對(duì)系統(tǒng)的作用，如載荷等）輸出輸出響應(yīng)（系統(tǒng)對(duì)外界的作用，如變形、位移）響應(yīng)（系統(tǒng)對(duì)外界的作用，如變形、位移）1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型第一章第一章 緒論緒論激勵(lì)激勵(lì)控制輸入控制輸入人為地、有意識(shí)地加上去；人為地、有意識(shí)地加上去；擾動(dòng)擾動(dòng)偶然因素產(chǎn)生而一般無(wú)法完全人為偶然因素產(chǎn)生而一般無(wú)法完全人為 控制的（干擾）；控制的（干擾）；三、數(shù)學(xué)模型三、數(shù)學(xué)模型 模型的定義模型的定義研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、描述系統(tǒng)

28、與分研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、描述系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的一種工具。析系統(tǒng)的一種工具。 模型的種類(lèi)模型的種類(lèi)實(shí)物模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等。實(shí)物模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型等。1.2 1.2 系統(tǒng)及其模型系統(tǒng)及其模型第一章第一章 緒論緒論 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型定量地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，揭示系定量地描述系統(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。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)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型 反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載反映系統(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；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)在迅變載荷作用用于研究

29、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；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。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)公式描述代數(shù)公式描述微分方程或差分方程來(lái)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，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。程或差分方程來(lái)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。1.2 1.2 系統(tǒng)及其

30、模型系統(tǒng)及其模型第一章第一章 緒論緒論1.3 1.3 反饋反饋一、反饋的定義一、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。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。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(lèi)二、反饋的種類(lèi)1. 1. 內(nèi)

31、反饋與外反饋內(nèi)反饋與外反饋例例1-2 1-2 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) 例例1-3 1-3 質(zhì)量質(zhì)量- -彈簧彈簧- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng)1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論例例1-2 1-2 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) 控制原理：控制原理：如果負(fù)載變化使如果負(fù)載變化使增大，增大， 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，動(dòng)力液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，油門(mén)關(guān)小，活塞下移，油門(mén)關(guān)小， 減減小小 直到滑閥回復(fù)到中位，直到滑閥回復(fù)到中位，回到設(shè)定值回到設(shè)定值 通過(guò)離心機(jī)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)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)行比際輸出值，并

32、與設(shè)定值進(jìn)行比較，反過(guò)來(lái)作用于系統(tǒng)，形成較，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。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 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論例例1-3 1-3 質(zhì)量質(zhì)量- -彈簧彈簧- -阻尼單自由度系統(tǒng)阻尼單自由度系統(tǒng) m-c-k 單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖動(dòng)力學(xué)方程：動(dòng)力學(xué)方程：)()()()(22tkydttdyctfdttydm)()()()(22tftkydttdycdttydm或或dttkydttdyctfmty)()()(1)(即即m-c-k 單自由度系統(tǒng)方框圖單自由度系統(tǒng)方框圖

33、信息交互（反饋）信息交互（反饋）1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論 在這兩個(gè)例子，反饋在本質(zhì)上都是在這兩個(gè)例子，反饋在本質(zhì)上都是信息的傳遞與信息的傳遞與交互交互。但從具體形式上看，則有所不同。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)速器是人為人為附加附加的反饋控制裝置，其目的在于抵抗由于負(fù)載變的反饋控制裝置，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(chēng)化這一干擾引起的輸出軸轉(zhuǎn)速的變化。這種反饋稱(chēng)為為外反饋外反饋。而質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)中存在的反饋則為而質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)中存在的反饋則為內(nèi)反饋內(nèi)反饋。這

34、種反饋是這種反饋是系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(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)接關(guān)系，反映了系統(tǒng)的動(dòng)各元素之間互為因果的聯(lián)接關(guān)系，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。態(tài)特性。1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論(1)(1)內(nèi)反饋內(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)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。統(tǒng)存在一定動(dòng)態(tài)特性的根本原因。(2)(2)外反饋外反饋 在控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目的而人為加入的在控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制

35、目的而人為加入的反饋。反饋。 生活小實(shí)例：生病生活小實(shí)例：生病 生病生病看病看病吃藥、打針、手術(shù)吃藥、打針、手術(shù)恢復(fù)健康恢復(fù)健康 生病生病自身調(diào)節(jié)恢復(fù)健康自身調(diào)節(jié)恢復(fù)健康外反饋外反饋內(nèi)反饋內(nèi)反饋1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論2. 2. 負(fù)反饋與正反饋負(fù)反饋與正反饋(1)(1)負(fù)反饋負(fù)反饋 輸出輸出偏離偏離設(shè)定值設(shè)定值時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度減小，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。并力圖達(dá)到設(shè)定值。 被控量被控量目標(biāo)值目標(biāo)值如：發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)如：發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng) 液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng) 動(dòng)物捕食動(dòng)物捕食 火炮

36、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1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論(2)(2)正反饋正反饋 輸出偏離設(shè)定值時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度加劇。輸出偏離設(shè)定值時(shí)，反饋?zhàn)饔檬馆敵銎x程度加劇。如：如： 疾病疾病 自激振蕩器自激振蕩器 機(jī)器疲勞破壞機(jī)器疲勞破壞 火藥爆炸、熱核反應(yīng)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1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論三、反饋控制系統(tǒng)及其組成三、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，往往有著統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，

37、往往有著“反饋控制反饋控制”。 1. 1. 定義定義 一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，偏差是基于反饋建立起一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，偏差是基于反饋建立起來(lái)的來(lái)的 。自動(dòng)控制的過(guò)程就是。自動(dòng)控制的過(guò)程就是“測(cè)偏與糾偏測(cè)偏與糾偏”的過(guò)程，的過(guò)程，這一原理又稱(chēng)為這一原理又稱(chēng)為反饋控制原理反饋控制原理。利用此原理組成的系。利用此原理組成的系統(tǒng)稱(chēng)為統(tǒng)稱(chēng)為反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)。它具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)。它具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。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。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

38、制系統(tǒng)糾正偏差系統(tǒng)糾正偏差1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論例：發(fā)動(dòng)機(jī)離心調(diào)速系統(tǒng)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：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)緊彈簧設(shè)定預(yù)緊彈簧設(shè)定控制信息傳遞與反饋：控制信息傳遞與反饋：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速離心機(jī)構(gòu)離心機(jī)構(gòu)( (檢測(cè)或感知）檢測(cè)或感知）偏差偏差杠桿杠桿液壓比例控制器液壓比例控制器油門(mén)油門(mén)1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的物理框圖：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)控制方框圖離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖

39、比較比較控制器控制器檢測(cè)檢測(cè)被控對(duì)象被控對(duì)象執(zhí)行執(zhí)行運(yùn)算放大運(yùn)算放大控制部分控制部分被控部分被控部分1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論2. 2. 反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(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。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)教材每個(gè)組成部分的含義見(jiàn)教材P:14-15P:14-15。 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)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，但都可以看成是由節(jié)組成，但都可以看成是由控制部

40、分控制部分和和被控部分被控部分組成。組成。反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成1.3 1.3 反饋反饋第一章第一章 緒論緒論1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一、控制系統(tǒng)的幾種分類(lèi)一、控制系統(tǒng)的幾種分類(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) 閉環(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)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)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)有反饋回路 系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)有控制作用1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第

41、一章第一章 緒論緒論如：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)如：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床床開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、普通洗衣機(jī)、普通洗衣機(jī)、家用電烤箱、微波爐、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 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)如：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)如：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床床、離心調(diào)速系統(tǒng)、離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、恒溫箱( (冰箱、空調(diào)冰箱、空調(diào)) )伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床原理圖伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床

42、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 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求按按有有無(wú)無(wú)反反饋饋無(wú)無(wú)有有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：無(wú)抗干擾能力，不能自缺點(diǎn)：無(wú)抗干擾能力，不能自 動(dòng)糾偏，控制精度較低。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)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)與制造缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計(jì)與制造 較困難，成本較高。較困難，成本較高。第一章第一章 緒論緒論1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系

43、統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論 2. 2. 按輸出量的變化規(guī)律按輸出量的變化規(guī)律 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（恒值系統(tǒng)）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：系統(tǒng)的輸出保持常量 隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）：系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按：系統(tǒng)的輸出相應(yīng)于輸入按 任意規(guī)律變化任意規(guī)律變化 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)定程序變化此類(lèi)系統(tǒng)同時(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類(lèi)系統(tǒng)同時(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類(lèi)系統(tǒng)同時(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類(lèi)系統(tǒng)同時(shí)也是閉環(huán)系統(tǒng)此類(lèi)系統(tǒng)可以是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，也可以是閉環(huán)系統(tǒng)此類(lèi)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 1.4 系統(tǒng)的分

44、類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)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)； 恒溫箱；恒溫箱； 液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器。液面自動(dòng)調(diào)節(jié)器。工業(yè)生產(chǎn)中工業(yè)生產(chǎn)中溫度溫度、壓力壓力、流量流量、液面液面、速度速度等參數(shù)等參數(shù)的控制，均屬此類(lèi)。的控制，均屬此類(lèi)。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)如：炮瞄雷達(dá)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)；導(dǎo)彈目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)； 仿形機(jī)床；仿形機(jī)床； 全自動(dòng)照相機(jī)的全自動(dòng)照相機(jī)的 調(diào)焦系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)。

45、調(diào)焦系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)如：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)；如：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)； 全自動(dòng)洗衣機(jī)；全自動(dòng)洗衣機(jī)； 微波爐。微波爐。1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論3. 3.按信號(hào)類(lèi)型按信號(hào)類(lèi)型4. 4.按系統(tǒng)的性質(zhì)按系統(tǒng)的性質(zhì)5. 5.按參數(shù)的變化情況按參數(shù)的變化情況6. 6.按控制量按控制量連續(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)

46、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)1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準(zhǔn)穩(wěn)、快、準(zhǔn)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的性性能能評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)指指標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的穩(wěn)定性：系統(tǒng)的快速性：系統(tǒng)的快速性：系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：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。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在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提

47、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。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。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 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)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)明以坐車(chē)的感受為例簡(jiǎn)單說(shuō)明 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。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?；ブ萍s，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合

48、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。如數(shù)控機(jī)床對(duì)定位精度要求高。注意：注意：1.4 1.4 系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的分類(lèi)及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論n 本章小結(jié)：本章小結(jié)： 1. 1.重點(diǎn)掌握機(jī)械工程控制論研究的對(duì)象與任務(wù)；重點(diǎn)掌握機(jī)械工程控制論研究的對(duì)象與任務(wù)； 2. 2.掌握利用反饋控制原理分析系統(tǒng)工作過(guò)程；掌握利用反饋控制原理分析系統(tǒng)工作過(guò)程； 3. 3.掌握對(duì)控制系統(tǒng)的分類(lèi)以及閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成；掌握對(duì)控制系

49、統(tǒng)的分類(lèi)以及閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成； 4. 4.了解對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。了解對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。n 作業(yè)：作業(yè)：課后習(xí)題課后習(xí)題1.61.6、1.141.14、1.151.15本章小結(jié)本章小結(jié)例例1.11.1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)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。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，解：在電熱水器系統(tǒng)中，水箱內(nèi)的水溫需要控制，水箱內(nèi)的水

50、溫需要控制，即水箱為被控對(duì)象。即水箱為被控對(duì)象。水的實(shí)際溫度是被控制量，水的實(shí)際溫度是被控制量，或稱(chēng)為系統(tǒng)的輸出量，輸或稱(chēng)為系統(tǒng)的輸出量，輸入量為用戶(hù)希望的入量為用戶(hù)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。因而使水箱內(nèi)水溫下降成為該系統(tǒng)的主要干擾。第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題當(dāng)當(dāng)To=Ti時(shí)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，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)行比較轉(zhuǎn)化成

51、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。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)當(dāng)使用熱水并注入冷水時(shí)，水溫下降，此時(shí)Tou2，電位器橋式測(cè)量電，電位器橋式測(cè)量電路產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絞路產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，與大門(mén)連在一盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，與大門(mén)連在一起的電位器滑動(dòng)觸頭上移，直至橋路達(dá)到平衡（起的電位器滑動(dòng)觸頭上移，直至橋路達(dá)到平衡（ u1u2），電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)

52、，大門(mén)開(kāi)啟。反之，合上關(guān)門(mén)），電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)開(kāi)啟。反之，合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉。開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉。開(kāi)、關(guān)開(kāi)、關(guān)門(mén)位置門(mén)位置電位器電位器放大器放大器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)絞盤(pán)絞盤(pán)大門(mén)大門(mén)實(shí)際實(shí)際位置位置第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題例例1.41.4 分析圖示鋼板厚度控制系統(tǒng)工作原理并繪制系分析圖示鋼板厚度控制系統(tǒng)工作原理并繪制系統(tǒng)功能框圖。統(tǒng)功能框圖。放大器放大器1 1放大器放大器2 2厚度厚度檢測(cè)器檢測(cè)器減速器直減速器直線(xiàn)執(zhí)行器線(xiàn)執(zhí)行器u ua a u uu u1 1u u3 3u u2 2v vb bd da鋼板鋼板第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)

53、充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題解：解： 1 1）穩(wěn)態(tài)給定）穩(wěn)態(tài)給定電壓電壓u1比例于被軋鋼板要求的厚度；厚比例于被軋鋼板要求的厚度；厚度檢測(cè)器輸出度檢測(cè)器輸出u2比例于軋制后鋼板的厚度，比例于軋制后鋼板的厚度，u2放大后得到放大后得到u3并與并與u1比較得到偏差信號(hào)；比較得到偏差信號(hào)； 2 2）若系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)后由于擾動(dòng)致厚度加大，則偏差小于）若系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)后由于擾動(dòng)致厚度加大，則偏差小于零，偏差放大后控制電機(jī)通過(guò)減速器直線(xiàn)執(zhí)行器減小軋棍間距零，偏差放大后控制電機(jī)通過(guò)減速器直線(xiàn)執(zhí)行器減小軋棍間距離；反之，加大軋棍間離；反之，加大軋棍間距離，實(shí)現(xiàn)厚度的閉環(huán)調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)距離，實(shí)現(xiàn)厚度的閉環(huán)調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)不是直接測(cè)

54、量軋輥處厚度，而是相距不是直接測(cè)量軋輥處厚度，而是相距 d 處的厚度，因此系統(tǒng)存處的厚度，因此系統(tǒng)存在測(cè)量延遲，延遲時(shí)間在測(cè)量延遲，延遲時(shí)間 =d/v。給定給定厚度厚度厚度厚度檢測(cè)器檢測(cè)器放大器放大器1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)減速器減速器直線(xiàn)執(zhí)行器直線(xiàn)執(zhí)行器軋輥軋輥鋼板鋼板實(shí)際實(shí)際厚度厚度延時(shí)器延時(shí)器放大器放大器2第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題例例1.51.5 所示為函數(shù)記錄儀的示意圖，它通過(guò)記錄筆所示為函數(shù)記錄儀的示意圖，它通過(guò)記錄筆記錄緩變電壓信號(hào)的波形。試說(shuō)明其工作原理，并記錄緩變電壓信號(hào)的波形。試說(shuō)明其工作原理，并繪制其控制方框圖。繪制其控制方框圖。第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題解

55、：為了記錄電壓信號(hào)，記錄筆的位移需要進(jìn)行控解：為了記錄電壓信號(hào)，記錄筆的位移需要進(jìn)行控制，因此，記錄筆為控制對(duì)象。制，因此，記錄筆為控制對(duì)象。 記錄筆的實(shí)際位移記錄筆的實(shí)際位移Lo為輸出，與電壓信號(hào)為輸出，與電壓信號(hào)Ui對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的理想位移理想位移Li=Kui為輸入。通過(guò)設(shè)定比例系數(shù)為輸入。通過(guò)設(shè)定比例系數(shù)K，將輸入，將輸入信號(hào)信號(hào)Li與需要記錄的電壓與需要記錄的電壓ui對(duì)應(yīng)起來(lái)。對(duì)應(yīng)起來(lái)。 記錄筆的實(shí)際位移記錄筆的實(shí)際位移Lo通過(guò)帶動(dòng)電位器通過(guò)帶動(dòng)電位器R2的滑塊，的滑塊，使橋式電路輸出電壓使橋式電路輸出電壓Ub進(jìn)行測(cè)量，于是在放大器兩端進(jìn)行測(cè)量，于是在放大器兩端形成偏差電壓信號(hào)形成偏差電壓

56、信號(hào)ue=ui-ub，利用的大小和正負(fù)對(duì)記，利用的大小和正負(fù)對(duì)記錄筆的位置進(jìn)行控制。錄筆的位置進(jìn)行控制。第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題 反之，當(dāng)反之，當(dāng)uiub時(shí)，偏差時(shí)，偏差ue為正，該信號(hào)經(jīng)放大，驅(qū)動(dòng)電為正，該信號(hào)經(jīng)放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)而使記錄筆及滑塊正向移動(dòng)，機(jī)，帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)而使記錄筆及滑塊正向移動(dòng)，此時(shí)偏差此時(shí)偏差ue逐漸減小，直至為逐漸減小，直至為0；電位器放大器電位器電 機(jī)傳動(dòng)裝置筆L0ui-Liub+ue第一章第一章 緒論緒論補(bǔ)充習(xí)題補(bǔ)充習(xí)題1.6 試列舉日常生活中的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、人工控試列舉日常生活中的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、人工控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，說(shuō)明其工作

57、原理。制系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，說(shuō)明其工作原理。1.7 開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)。開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1.8 什么是反饋，反饋控制的本質(zhì)是什么？什么是反饋，反饋控制的本質(zhì)是什么？1.9 自動(dòng)控制系統(tǒng)按輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化情況自動(dòng)控制系統(tǒng)按輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化情況分為哪幾種？各舉一例分為哪幾種？各舉一例,并說(shuō)明其工作原理。并說(shuō)明其工作原理。第一章第一章 緒論緒論維納簡(jiǎn)介維納簡(jiǎn)介諾伯特諾伯特維納維納(Norbert Wiener(Norbert Wiener，1894-1964)1894-1964)維納是美國(guó)數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。維納維納是美國(guó)數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。維納18941

58、894年年1111月月2626日生于密蘇里州的哥倫比亞，日生于密蘇里州的哥倫比亞，19641964年年3 3月月1818日日卒于斯德哥爾摩。卒于斯德哥爾摩。 維納在其維納在其5050年的科學(xué)生涯中，先后涉足哲學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)年的科學(xué)生涯中，先后涉足哲學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)和工程學(xué)，最后轉(zhuǎn)向生物學(xué)，在各個(gè)領(lǐng)域中都取得了豐碩成果和工程學(xué)，最后轉(zhuǎn)向生物學(xué)，在各個(gè)領(lǐng)域中都取得了豐碩成果，稱(chēng)得上是恩格斯頌揚(yáng)過(guò)的、本世紀(jì)多才多藝和學(xué)識(shí)淵博的科，稱(chēng)得上是恩格斯頌揚(yáng)過(guò)的、本世紀(jì)多才多藝和學(xué)識(shí)淵博的科學(xué)巨人。他一生發(fā)表論文學(xué)巨人。他一生發(fā)表論文240240多篇，著作多篇，著作1414本。他的主要著作有本。他的主要著作

59、有控制論控制論(1948)(1948)、維納選集維納選集(1964)(1964)和和維納數(shù)學(xué)論文集維納數(shù)學(xué)論文集(1980)(1980)。維納還有兩本自傳。維納還有兩本自傳昔日神童昔日神童和和我是一個(gè)數(shù)學(xué)家我是一個(gè)數(shù)學(xué)家。他的主要成果有如下八個(gè)方面：。他的主要成果有如下八個(gè)方面： 第一章第一章 緒論緒論維納簡(jiǎn)介維納簡(jiǎn)介 建立維納測(cè)度建立維納測(cè)度 引進(jìn)巴拿赫引進(jìn)巴拿赫維納空間維納空間 闡述位勢(shì)理論闡述位勢(shì)理論 發(fā)展調(diào)和分析發(fā)展調(diào)和分析 發(fā)現(xiàn)維納發(fā)現(xiàn)維納霍普夫方法霍普夫方法 提出維納濾波理論提出維納濾波理論 開(kāi)創(chuàng)維納信息論開(kāi)創(chuàng)維納信息論 創(chuàng)立控制論創(chuàng)立控制論 返回第一章第一章 緒論緒論錢(qián)學(xué)森簡(jiǎn)介錢(qián)

60、學(xué)森簡(jiǎn)介錢(qián)學(xué)森（錢(qián)學(xué)森（1911191120092009）中國(guó)著名物理學(xué)家，世界著名）中國(guó)著名物理學(xué)家，世界著名火箭專(zhuān)家。浙江杭州人，生于上海。火箭專(zhuān)家。浙江杭州人，生于上海。錢(qián)學(xué)森長(zhǎng)期擔(dān)任中國(guó)火箭和航天計(jì)劃的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人，錢(qián)學(xué)森長(zhǎng)期擔(dān)任中國(guó)火箭和航天計(jì)劃的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人，對(duì)航天技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程做出了巨大的和開(kāi)拓性的貢對(duì)航天技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程做出了巨大的和開(kāi)拓性的貢獻(xiàn)。錢(qián)學(xué)森共發(fā)表專(zhuān)著獻(xiàn)。錢(qián)學(xué)森共發(fā)表專(zhuān)著7 7部，論文部，論文300300多篇。主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在以多篇。主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在以下幾方面：下幾方面： 應(yīng)用力學(xué)應(yīng)用力學(xué) 噴氣推進(jìn)與噴氣推進(jìn)與航天航天技術(shù)技術(shù) 工程控制論工程控制論 物理力

61、學(xué)物理力學(xué) 系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程與科學(xué)與科學(xué) 思維科學(xué)思維科學(xué) 人體科學(xué)人體科學(xué) 科學(xué)技術(shù)體系科學(xué)技術(shù)體系 馬克思主義哲學(xué)馬克思主義哲學(xué) 系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程 與科學(xué)與科學(xué)第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 系統(tǒng)的微分方程系統(tǒng)的微分方程 2.3 2.3 拉普拉斯變換與拉普拉斯反變換拉普拉斯變換與拉普拉斯反變換 2.4 2.4 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2.5 2.5 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡(jiǎn)化系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖及其簡(jiǎn)化 2.6 2.6 考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)考慮擾動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱u教學(xué)重點(diǎn)：微分方程建立、傳遞函數(shù)概念與求

62、法、典教學(xué)重點(diǎn)：微分方程建立、傳遞函數(shù)概念與求法、典 型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、方框圖等效變換型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、方框圖等效變換1. 1. 掌握機(jī)械、電氣系統(tǒng)微分方程的建立方法；掌握機(jī)械、電氣系統(tǒng)微分方程的建立方法；2. 2. 了解非線(xiàn)性方程的線(xiàn)性化；了解非線(xiàn)性方程的線(xiàn)性化；3. 3. 熟悉拉氏變換及反變換、線(xiàn)性定常微分方程的解法；熟悉拉氏變換及反變換、線(xiàn)性定常微分方程的解法；4. 4. 掌握傳遞函數(shù)基本概念及典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)；掌握傳遞函數(shù)基本概念及典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)；5. 5. 掌握系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖的化簡(jiǎn)。掌握系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖的化簡(jiǎn)。第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型本章教學(xué)大綱本章教學(xué)大綱第二

63、章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1 2.1 概概 述述一、數(shù)學(xué)模型一、數(shù)學(xué)模型 1. 1. 定義定義 2. 2. 種類(lèi)種類(lèi) 3. 3. 研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域 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)與動(dòng)態(tài)性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 微分方程、差分方程、統(tǒng)計(jì)學(xué)方程、傳遞函數(shù)、頻微分方程、差分方程、統(tǒng)計(jì)學(xué)方程、傳遞函數(shù)、頻率特性、各種響應(yīng)式等。率特性、各種響應(yīng)式等。 時(shí)間域時(shí)間域微分方程、差分方程、狀態(tài)方程；微分方程、差分方程、狀態(tài)方程； 復(fù)數(shù)域復(fù)數(shù)域傳遞函數(shù)、脈沖傳遞函數(shù)；傳遞函數(shù)、脈沖傳遞函數(shù)； 頻率域頻

64、率域頻率特性。頻率特性。離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)2.1 2.1 概概 述述連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)二、建立數(shù)學(xué)模型（建模）的方法二、建立數(shù)學(xué)模型（建模）的方法 一個(gè)一個(gè)“合理合理”的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該以最簡(jiǎn)化的形式、準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該以最簡(jiǎn)化的形式、準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。確地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2. 2. 實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法建建模模方方法法1. 1. 分析法（解析法）分析法（解析法） 根據(jù)系統(tǒng)或元件所遵循的有關(guān)定律來(lái)建立數(shù)學(xué)根據(jù)系統(tǒng)或元件所遵循的有關(guān)定律來(lái)建立數(shù)學(xué)模型的方法（列寫(xiě)數(shù)學(xué)表達(dá)式）。模型的方法（列寫(xiě)數(shù)學(xué)表達(dá)式）。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，

65、并擬合出比較接近實(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并擬合出比較接近實(shí)際的數(shù)學(xué)模型。際的數(shù)學(xué)模型。2.1 2.1 概概 述述第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型三、線(xiàn)性系統(tǒng)與非線(xiàn)性系統(tǒng)三、線(xiàn)性系統(tǒng)與非線(xiàn)性系統(tǒng) 1. 1. 定義定義 能用線(xiàn)性微分方程描述的系統(tǒng)為線(xiàn)性系統(tǒng)，否則為能用線(xiàn)性微分方程描述的系統(tǒng)為線(xiàn)性系統(tǒng)，否則為非線(xiàn)性系統(tǒng)。非線(xiàn)性系統(tǒng)。2. 2. 分類(lèi)分類(lèi)2.1 2.1 概概 述述線(xiàn)性定常系統(tǒng)：線(xiàn)性定常系統(tǒng)：)(5)(4)(7)(3)(000txtxtxtxtxii線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)：線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)：)(5)(4)(7)(3)(2000txtxttxtxtxii非線(xiàn)性系統(tǒng)：非線(xiàn)性系統(tǒng)：)(5)(4)(

66、7)(3)(20000txtxttxtxxtxii第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3. 3. 特性特性 線(xiàn)性系統(tǒng)滿(mǎn)足疊加原理，即具有疊加性；非線(xiàn)性系統(tǒng)線(xiàn)性系統(tǒng)滿(mǎn)足疊加原理，即具有疊加性；非線(xiàn)性系統(tǒng)不滿(mǎn)足疊加原理。不滿(mǎn)足疊加原理。 疊加原理：疊加原理：線(xiàn)性系統(tǒng)在多個(gè)輸入的作用下，其總輸出線(xiàn)性系統(tǒng)在多個(gè)輸入的作用下，其總輸出等于各個(gè)輸入單獨(dú)作用而產(chǎn)生的輸出之和。等于各個(gè)輸入單獨(dú)作用而產(chǎn)生的輸出之和。 和的響應(yīng)等于響應(yīng)之和。和的響應(yīng)等于響應(yīng)之和。2.1 2.1 概概 述述第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.2 2.2 系統(tǒng)的微分方程系統(tǒng)的微分方程微分方程微分方程 在時(shí)域中描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的在時(shí)域中描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型，或稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)方程。利用微分方程數(shù)學(xué)模型，或稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)方程。利用微分方程可得到描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的其他可得到描述系統(tǒng)（或元件）動(dòng)態(tài)特性的其他形式的數(shù)學(xué)模型。形式的數(shù)學(xué)模型。如：如：)()()()(txtkytyctym )()()(00tututuRCi2.2 2.2 系統(tǒng)的微分方程系統(tǒng)的微分方程第二章第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)