机械工程控制基础1-绪论.ppt

* * * 例题与作业 例: 图示的液面控制系统，图中K 为放大器的增益，D为执行电机， N 为减速器。试分析该系统的工作原理，并在系统中找出控制量、扰动量、被控制量、控制器和被控对象。 解：由图可知，水通过阀门进入水箱使液面上升，浮子使电位改变，经放大后控制电机转动，通过减速器使阀门关小，减小水流量，由于Q不为0，故液面下降。当下降到某位置时，通过浮子使电位极性变化，电动机反转，又使阀门开大，水位上升。这是一个闭环控制系统。浮子是比较器，并通过电位器控制电动机转动，从而实现对阀门开度的控制。 系统中M控制量，Q为扰动量，液面高度为被控制量，水箱为被控对象，其余部分为控制器。 * 四、本讲小结 系统反馈：正反馈和负反馈 系统及系统的划分 控制系统的基本要求 反馈系统及其组成 系统模型：静态模型和动态模型 绪论—小结2 * 1. 如果系统不稳定，则系统 [] a.不能工作 b．可以工作，但稳态误差很大 c．可以工作，但过渡过程时间很长 d．可以正常工作 2.自动控制系统的反馈环节中必须具有（ ）： A.给定元件 B．检测元件 C．放大元件 D．执行元件 3. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速 性和精确或准确性 4.闭环系统的稳定性一定比开环系统好。（ ） 5.在通常的闭环控制系统结构中，系统的控制器和被控对象共同构成了（ ）。 （A）开环传递函数 （B）闭环传递函数 （C）前向通道 （D）反馈通道 * * * 系统工作框图如下： 若要考察水箱中的水温To能否保持为希望的温度Ti，并通过实际输出的水温To与希望的温度Ti之间的差别，考察各个组成部分的参数是否合理，即为系统分析问题。 绪论—研究对象与任务 * 例2 图示为数控机床工作台的传动系统。如果考虑传动系统的制造误差，为了使工作台均匀移动，试确定其输入。此即最优控制问题。 若系统的输入已知（例如电动机转速），要求确定系统且其输出符合工作台均匀移动的要求，即为最优设计问题。 绪论—研究对象与任务 * 例 3 电子称的原理如下图。显示即为输出，重物的重量为输入，要求确定系统（即电子称）以识别输入或输入中的有关信息，此即滤波与预测问题。 若输入（重物）和输出（显示）已知，求系统的结构和参数 ，即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辩识问题。 绪论—研究对象与任务 * 三、本讲小结 了解控制并认识控制系统 控制论的研究对象 控制论的研究任务或内容 绪论—小结 1 * 思考题： 绪论—思考题 举例说明生活中控制问题。 * 教学内容 第二讲 反馈及系统模型 * 控制论：技术学科、技术哲学、科学方法论 控制论强调： 对象是一个“系统”； 系统不断“运动” (经历动态历程，包括内部状态 和外部行为) “外因” (输入、干扰)是运动的条件 “内因”(系统的固有特性)是运动的根据 系统普遍存在信息的传递、交互与反馈是控制论的中心思想 * 1.信息 定义1：一切能表达一定意义的信号、符号和密码等。 如：报纸，烽火，电报，记号、手势等等 定义2：能够用来消除不确定性的东西。如： 报纸（过时、适时），情报（过时，适时），足球比赛（势均力敌，势力悬殊），书籍（好，差）等 定义3：事物运动的状态和方式。如： 体温——人体状态； 设备的振动、噪声、温度等——设备的状态 设计图纸——产品状态（产品信息） 工艺卡——制造过程状态（工艺信息） 反馈 * 例1. 控制原理： 负载减小，使w增加 反馈：系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分地返回，并作用于系统。 离心机构滑套上移 液压滑阀上移， 动力活塞下移， 离心滑套下移 滑阀回复中位， w回到设定值 油门关小，w减小 w反过来对系统产生作用 * 外反馈：人为反馈（闭环系统、开环系统） 绪论—系统反馈 * 内反馈：耦合反馈（系统或过程中自然形成的反馈） 内反馈实例分析—单自由度系统 绪论—系统反馈 * 状态方程表示： 取 有： 状态方程用方框图表示为： y1和y2之间具有信息交互作用，本质上是弹簧的位能与质量的动能之间的转换。 y2本身的交互作用就是阻尼消耗能量的过程。 绪论—系统反馈 * 负反馈：输出(被控量)偏离设定值(目标值)时，反馈作用使输出偏离程度减小，并力图达到设定值。 如：离心调速系统 液面控制 动物捕食 火炮自动瞄准 学习和工作中的负反馈 。。。。