1.机械工程控制基础〔绪论).ppt

机械工程控制基础 主讲：孙苗钟 执行元件 直接对受控对象进行操纵的元件；如电动机、液压马达等； 校正元件 用以改善系统控制质量的装置。 校正元件分为串联和并联两种。 控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作用，统称为控制器。 实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动，但在控制系统中，扰动集中表现在控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动等效为对控制对象的干扰。 3、输出变化规律分类 恒值控制系统 系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 程序控制系统 输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。如数控加工系统。 随动系统（伺服系统） 输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除 2、控制的定义: 控制:对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。 例.[钢铁轧制]:轧出厚度一致的高精度铁板 存在温度控制,生铁成分控制,厚度控制,张力控制,等等。 自动控制:在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 例.典型控制系统：数控机床、机车、船舶及飞机自动驾驶、导弹制导等。 例.控制实例-液面控制 人工控制 自动控制 3、控制论: 定义：关于控制原理和控制方法的学科，研究事物变化和发展的一般规律。 控制三要素：被控对象、控制目标、控制装置 控制论强调： 1)所研究的对象是一个系统； 2)系统在不断地运动（经历动态历程、包括内部状态和外部行为）； 3)产生运动的条件是外因（外界的作用：输入、干扰） 4)产生运动的根据是内因（系统的固有特性） 控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。 控制论 经济学 社会学 生物学 工程技术 经济控制论 社会控制论 生物控制论 工程控制论 机械工程 机械工程控制论 共同的本质特点：通过信息的传递、处理与反馈进行控制。 二、机械工程控制论的研究对象与任务 机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。 1、系统(广义系统): 按一定的规律联系在一起的元素的集合。 系统框图如下: 系统的层次性和相对性：系统的组成元素也可以是一个系统（子系统），整个系统又可以是更上一层系统的组成元素。 广义系统：具备系统要素的一切事物或对象，如机器 系统、生命系统、社会系统、生产系统、思维、学习等。 机械工程中的广义系统：元件、部件、仪器、设备、加工过程、测量、车间、部门、工厂、企业、企业集团等。 2、动力学问题: 　系统在外界作用（输入或激励、包括外加控制与外界干扰）下，从一定初始状态出发，经历由其内部的固有特性（由系统的结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）。 　　这一过程中，系统及其输入、输出三者之间的动态关系即为系统的动力学问题。 例.弹簧－质量－阻尼单自由度系统。 分析：这是同一个系统，不同的外界作用 上式中y(t)为微分方程的解，显然它是由系统的初始条件，系统的固有特性，系统的输入及系统与输入之间的关系决定。 对上例，需要研究的问题可归纳为以下三类： 1)系统的输入与系统的固有特性如何影响y(t)，三者之间表现为何种关系 。 2)系统确定并已知时，对系统施加何种输入，能使系统实现预期的响应。 3)对于确定的输入，系统应具有什么特性，才能使系统实现预期的响应。 基本的动力学问题。 注意：系统的初始状态也可视为一种特殊的输入，即初始输入或初始激励。当初态不为0时，即使无输入，系统的状态也不断改变，这就是自由运动。 工程控制论的内容可归纳为如下5个方面： （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，确定系统，以识别输入或输入中的有关 信息，此即滤波与预测问题； （5）已知系统的输入和输出，求系统的结构与参数， 即系统辨识问题。 三、系统及其模型 1、系统的特性: （1）系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统 的结构有关； （2）系统的内容比组成系统各元素的内容要丰富得多； （3）系统往往具有表现出在时域、频域或复域等域内 的动态特性。 2、机械系统: 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”