机械工程控制基础杨叔子 第五版.pptxVIP

2、控制的定义:;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。;3、控制论:;控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。;二、机械工程控制论的研究对象与任务 ;系统框图如下:;2、动力学问题:;对上例，需要研究的问题可归纳为以下三类：;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。;三、系统及其模型 ;3、系统模型:; 动态模型反映系统在迅变载荷或在系统不平衡状态??的特性，现时输出还由受其以前输入的历史的影响，一般以微分方程或差分方程描述。;例5：;2、内反馈与外反馈;3、系统方框图及其组成; 比较点（相加点）：表示两个或两个以上的信号进行相加或相减运算。“+”表示信号相加；“-”表示信号相减。 ;例：见书P23页1.4题;例：见书P24页1.7-1题;; 根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电 阻丝的电流以调节温度回复到要求值。;;恒温箱自动控制系统工作原理：;给定 信号; 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。 输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部 分输出信号称为反馈信号。;由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。;六、系统的分类及对控制系统的基本要求; 开环控制系统;缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力;缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性 能分析和设计麻烦。 ;2、闭环控制系统的组成; 反馈元件 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。 为便于传输，反馈信号通常为电信号。 ; 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； ;3、输出变化规律分类;各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。;5、线性系统和非线性系统;6、其它分类系统;七、对控制系统的基本要求;2、精确性 ; 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约，应 根据实际需求合理选择。;八、控制工程发展概况; 1895年：A. Hurwifz提出赫尔维茨稳定性判据。; 1954年：钱学森发表《工程控制论》； ; 1956年：蓬特里亚金（Pontryagin）提出极大 值原理;九、本课程的任务及主要内容;控制系统分析和设计一般包括：; 本课程主要内容;十、习题;例1.1设电热水器如下图所示。为了保持希望的温度，由温控开关接通或断开电加热器的电源。在使用热水时，水箱中流出热水并补充冷水。试说明该系统工作原理并画出系统的方框图。;当To=Ti时，水箱的实际水温经测温元件检测，并将实 际水温转化成相应的电信号，与温控开关预先设定的 信号进行比较而得到的偏差为零，此时电加热器不工作， 水箱中的水温保持在希望的温度上。;;解： 1、电位器滑动触点位于中间位置，电动机停转，阀门保持原有开度，水箱中流入水量与流出水量相等，液面保持在希望的高度。; 3、若系统收到扰动使液面下降，则系统会自动加大阀门开度，使输入流量增加，液面恢复到给定高度。;例1.3 分析大门自动控制系统工作原理并绘 制系统功能框图;解： 当合上开门开关时， u1u2，电位器桥式测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动电机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器滑动触头上移，直至桥路达到平衡（ u1＝u2），电机停止转动，大门开启。反之，合上关门开关时，电机反向转动，带动绞盘使大门关闭；;例1.4 分析图示钢板厚度控制系统工作原理并绘 制系统功能框图;解： 1、稳态给定电压u1比例于被轧钢板要求的厚度；厚度检测器输出u2比例于轧制后钢板的厚度，u2放大后得到u3并与u1比较得到偏差信号；;例1.5 所示为函数记录仪的示意图，它通过记录笔记录缓变电压信号的波形。试说明其工作原理，并绘制其控制方框图。;解：为了记录电压信号，记录笔的位移需要进行控制，因此，记录笔为控制对象。; 反之，当uiub时，偏差ue为负，记录笔及滑块负向移动，直至ue为0。这样，再配合匀速走纸机构，就能在纸上记录出电压信号的波形。