控制工程基础课件及课后答案.ppt

二、课程简介 教学内容以反馈控制理论为核心，介绍控制系统的数学模型，介绍线性系统的时域、频域和根轨迹的分析。教学方式以讲授为主，辅以多媒体CAI及课堂讨论。课程的教学目标是，使学生掌握有关自动控制的基本概念、基本理论和基本方法，能够运用反馈原理解决实际工程中的相关问题，进一步提高分析问题和解决问题的能力。 三、本课程中各章节之间的关系： 本课程中各章节之间的关系： 本章重点与难点 1、理解控制系统中的各个物理量的含义 2、理解开环控制和闭环控制的含义 3、理解反馈的含义 4、掌握基本控制系统的组成 迈纳斯基（1922年研制出船舶操纵控制器，并证明了如何从描述系统的微分方程中确定系统的稳定性） 奈奎斯特（1932年根据对稳态正弦输入的开环响应，确定闭环系统的稳定性。） 黑曾（1934年提出用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪输入信号变化的继电式伺服机构） 1.1历史回顾 20世纪40年代，频率响应法为技术人员设计满足性能要求的线性闭环控制系统提供了可行的方法；20世纪40年代末到50年代初，伊凡思提出并完善了根轨迹法。 频率响应法和根轨迹法是经典控制理论的核心。经典控制理论主要是在复数域内利用传递函数或是频率域内利用频率特性来研究与解决单输入、单输出线性系统的稳定性、响应快速性与响应准确性的问题，这也是我们这门课要着重阐明的问题，也就是说这门课我们主要学习古典控制理论 1.1历史回顾 第二个时期：现代控制理论时期（20世纪60年代初） 现代控制理论主要是在时域内利用状态空间来研究与解决多输入多输出系统的最优控制问题。 第三个时期：大系统理论时期（20世纪70年代） 现代频域方法、自适应控制理论和方法、鲁棒控制方法、预测控制方法。 第四个时期：智能控制时期 智能控制的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问题。智能控制的方法包括：模糊控制、神经元网络控制、专家控制。 二、机械工程控制论的研究任务 （1）已知系统和输入，求系统的输出，即系统分析问题； （2）已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制问题； （3）已知输入和理想输出时，设计系统，即最优设计问题； （4）输出已知，系统确定，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测问题； （5）已知系统的输入和输出，求系统的结构和参数，即系统辨识问题。 1.3控制系统的基本工作原理 图1 数控机床的加工过程 图2人造卫星 1.3控制系统的基本工作原理 水池水位自动控制系统 涉及的基本概念： ☆ 控制系统；用以完成一定控制任务的元、部件的组合。 ☆ 控制器：对被控对象起控制作用的设备总体，即控制装置。 ☆ 被控对象：需要控制的机器、设备或生产过程。 ☆ 输入量：作用于控制系统的物理量，可分为使系统具有预定功能的控制输入量(简称控制量)和破坏系统控制输入量和输出量之间预定规律的干扰输入量(简称干扰或扰动量)。 ☆ 输出量：控制系统或被控对象的需要进行控制的物理量。 ☆ 反馈：将系统的输出部分或全部返回到输入，并与输入量相比较。比较的结果称为偏差。 1.4自动控制系统的几种分类 按系统输入信号的变化规律来分 1.恒值控制系统（自动调节系统） 特点是输入信号是一个恒定的数值。 2.过程控制系统（程序控制系统） 特点是输入信号是一个已知的时间函数 3.随动控制系统（伺服系统） 特点是输入信号是一个未知函数， 三.控制系统的基本组成和名词术语 1.基本组成 ☆比较元件：将输入信号和反馈信号进行比较。并得出二者差值的偏差信号。 ☆控制元件：也称校正元件或控制器、调节器。 ☆执行元件：控制元件的输出作用到执行元件，执行元件在直接作用与被控对象，使被控对象根据输入信号的要求变化而变化。 ☆被控对象：指系统中被控制的设备或过程，它能完成特定的动作或生产任务。 ☆反馈元件：对被控量进行测量并转换成能用于与参考输入进行比较的量值。 1.5控制系统的基本要求 1.系统的稳定性 稳定性的要求是控制系统正常工作的首要条件， 2.响应的快速性 所谓快速性是指系统的输出量与给定的输入量相对应的稳态输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的快慢程度。 3.响应的准确性 所谓准确性是指在过渡过程结束后输出量同给定的输入量相对应的稳态输出量之间的偏差， 小结 本章主要介绍控制系统的基本概念（控制系统、控制器、被控对象、输入量、输出量、反馈） 控制系统的分类 基本组成（输入元件、比较元件、控制元件、执行元件、被控对象、反馈元件） 涉及到的名词术语（输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号、误差信号、扰动信号） 控制系统的基本要求 * * 该课程的