第1章(控制工程基础课件第一章).ppt

第一章 绪论 1.1 控制理论的应用 1. 汽车定速巡航控制系统 2. 工作机构位置自动控制系统 3. 双关节机械手控制系统 4. 拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统 5. 自动防空火力控制系统 6.磁盘驱动读取控制系统 7.蒸汽机调速系统、水位控制系统 8.汽车控制系统 9.转台控制系统 10.三轴控制系统 自动控制理论研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励，包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统的一定初始的状态出发，所经历的由其内部的固有特性（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。系统、输入、输出三者之间的关系。 例 小车运动系统 特别指出 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”。 输入的结果就是改变系统的状态，并使系统的状态不断改变，这是力学中所讲的强迫运动； 当系统的初始状态不为零时，即使无输入，系统的状态也会不断改变，这是力学中所讲的自由运动。 所谓系统的状态为零，就是指系统处于平衡位置。 1.3 反馈 将系统的输出，部分或全部地返回到输入，称为系统反馈。 系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间之所以有动态关系，就是由于系统本身有着信息的反馈。 二、 机械系统的内在反馈 系统就是元素按一定规律的集合。即要有元素，而且元素之间按一定规律的联系。 联系的实质就是信息的传输和交换。 系统之所以表现出处于运动状态之中，就是因为元素之间有着联系，有着信息传输与交换；就是因为反映系统情况的状态变量之间有着联系，有着信息传输与交换。 系统本身信息的反馈就是系统处于运动状态的内因。 1.4 控制系统的分类和组成 电机开环控制系统 闭环系统：一个系统以所需要的方框图表示而存在反馈回路。 电机闭环控制系统 闭环控制系统组成 2对自动控制系统还可按输出变化规律分 1.5 对控制系统的基本要求 1、系统的稳定性：是控制系统正常工作的首要条件，且是重要条件。稳定性是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 2、响应的快速性：当系统的输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快慢程度。 3、响应的准确性：在过渡过程结束后输出量与给定的输入量的偏差，称为静态偏差或稳定精度 。 1.6 机械制造的发展与控制理论的应用 1.7 “自控原理”课程的特点和要求 本课程是一门比较抽象的技术基础课。它既不能陷于专业技术中，仅研究专业技术问题，但又必须紧密结合专业实际，概括工程实践。 本课程以数学、物理及有关科学为其理论基础，以机械工程中有关系统动力学为其抽象、概括与研究的对象，运用信息的传输、处理与反馈进行控制这一正确的思维方法与观点，在数理基础与专业课程之间架起一道桥梁，将两者紧密结合起来。 输入环节：它是给出输入信号 的环节，用于确定被控对象的“目标值”。 反馈环节：将被控量转换为反馈信号的装置，一般为检测元件。 比较环节：输入信号与反馈信号进行比较，得到偏差信号ε， 控制环节：将偏差信号作必要的处理，按照一定的规律放大后，给出控制信号。 执行环节：接受控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行。 自动调节系统：在外界干扰作用下，系统的输出仍能基本保持为常量的系统。 随动（伺服）系统：在外界条件作用下，系统的输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统。 程序控制系统：在外界条件作用下，系统的输出按预定的程序变化的系统。（数控机床） 1.2课程研究对象与任务 以f(t)作为输入 以x(t)作为输入 mp2+cp+k 为方程左边的算子，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和cp+k 分别为两个方程的右边的算子，反映了系统与外界的关系。 令p=d/dt 则 一般线性系统，其动力学方程可用高阶微分方程表示： 左边算子反映了系统本身的固有特性； 右边算子反映了系统与外界之间的关系； y(t)为系统的输出；x(t)为系统的输入。 系统及其输入、输出三者之间的动态关系，归纳有 五个方面： 已知系统,输入,求系统的输出,即系统分析问题。 已知系统,确定输入,即最优控制问题。 已知输入,确定系统,即最优设计问题。 已知输出,确定系统,即滤波与预测问题。 已知输入和输出,求出系统的结构与参数， 即系统识别或系统辨识问题。 一 、机械工程中的反馈控制 数控机床为例（开环和闭环）（外反馈） 静压轴承薄膜反馈控制系统 （外反馈） 若改为状态方程 令 矩阵A：表达了系统的结构与参数，代表了系统的固有特性。 矩阵A的主对角元素：反映了状态变量本身的交互作用情况。 非主对角元素：反映了状态变量之间