机械控制工程基础课件1.ppt

机械控制工程基础 第一章 绪 论 1.1 概 述 随着生产的发展和科学技术的进步，自动控制技术已广泛地应用于工农业生产、交通运输和国防、宇航等领域，并成为当今被受重视的高技术之一。 现代生活之中同样享受自动化技术。 现代自动化技术的科学基础是工程控制论的理论和方法，各种自动化元部件和计算机则是它的物质基础。 掌握和了解工程控制论的基本理论和方法，对各专业的科学技术人员都是十分必要的。 1.1 概 述 当前机械制造一个新的发展方向，是运用控制理论、微电子、计算机技术和机械工程等学科方面的理论和技术来提高生产效能、质量并推出新产品。 “机械控制工程”是一门控制理论和机械工程结合的新兴的技术科学，是一门边缘学科，它是研究用控制理论的基本原理解决机械工程中的实际技术问题。 1.1 概 述 1.1 概 述 1.1 概 述 1.1 概 述 控制理论在工程技术领域中体现为工程控制论。 -----《工程控制论》，钱学森，1954. 学科背景：老“三论”（SCI论） 系统论 控制论 信息论 1.1 概 述 系统论的创始人 美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。 系统论定义 系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究，并用数字模型去描述和确定系统的结构和行为。 所谓系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体；而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。 1.1 概 述 贝塔朗菲的系统论观点 认为复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和.一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统,保持动态稳定是系统向环境充分开放，获得物质、信息、能量交换的结果。 系统论三大基本特征 系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系，具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。 系统论核心思想 是寻找建立一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。 1.1 概 述 控制论的诞生 1948年，美国数学家诺伯特.维纳（Norbert Wiener） 发表了专著《控制论（或关于在动物和机器中控制和通讯的科学）》，标志着控制论这一学科的诞生。 控制论的基点就是把控制系统当作一种信息系统。 1.1 概 述 维纳定义 “控制论”是关于动物和机器中控制和通信的科学。 普通定义 控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势，控制系统的稳定，揭示包括机器、生物、社会在内的各种不同系统的共同的控制规律，使系统按预定目标运行的技术科学。 1.1 概 述 来源于社会实践活动，有它产生的实践和理论基础 人类很早就有“风磨漏斗”、“蒸汽机的调节器”。 19世纪以来，出现了以电信号传递信息为主的控制过程，如：数控机床、控制炼钢等等。 第二次世界大战以前，在美国，一些不同学科的科学家自发地建立组织讨论会，研究各学科之间的交叉资料问题。维纳参加了这样的讨论，得到了启迪，形成了控制论的思想基础。 控制技术与人类进步 1.1 概 述 以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。 三个时期： 第一个时期 ：经典控制理论时期 40年代末到50年代  单机自动化 局部自动化 单变量控制 自动调节器 伺服系统 　 第二个时期 ：现代控制理论时期 60年代 多变量控制 最优控制 多种变化因素 航天系统 导弹系统 人造卫星 第三个时期 ：大系统理论时期 70年代 规模庞大 结构复杂 变量参数多 目标不单一 生物系统 社会系统 机器人 1.1 概 述 发展前景： 向大系统理论发展: 规模庞大、结构复杂、功能综合、因数众多…… 向智能控制系统发展：自组织、自学习、自修复、自繁殖…… 以理论控制论为中心的四大分支（也有不同分法）： 工程控制论 （技术系统、工程系统） 生物控制论 （生物系统） 社会控制论 （社会