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1.1引言

控制：对对象施加某种操作，使其产生所期望的行为。

自动控制：该操作由控制装置自动完成，无需人的参与。

控制论：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。

可控与能控：

1、被控对象（或其被控量）必须存在着多种发展的可能性。如果事物的未来只

有一种可能性，就无所谓控制了；

2、被控制的对象不仅必须存在多种发展的可能性，而且，可以在这些可能性中

通过一定的手段进行选择，才谈得到控制。

控制论方法：

1、了解事物面临的可能性空间是什么；

2、在可能性空间中选择某一些状态为目标（控制目标）；

3、控制条件，使事物向既定的目标转化。

控制论：既是一门技术学科，又是一种技术哲学和一种科学方法论。

控制论强调：所研究的对象是一个“系统”；

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）；

产生运动的条件是“外因”（外界的作用：输入、干扰）；

产生运动的根据是“内因”（系统的固有特性）。

元素间的相互作用→信息传递与交互

→状态变化

→动态历程

控制理论实质上研究的是广义的系统动力学，其核心是系统的内部以及系统与外界环境的

信息交互、传递和反馈。

控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科

共同的本质特点：通过信息的传递、处理与反馈进行控制。

1.2机械工程控制论的研究任务

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：按一定规律联系在一起的元素的集合。

系统的层次性与相对性：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，譬如：机器系统、生命系统、思维.学习.工作、

社会经济系统、生产系统等。

机械工程中的广义系统：元件、部件、仪器、设备

加工过程、操作设备、测量

车间、部门、工厂、企业、企业集团、全球制造行业等

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。

一般的，就系统、输入、输出三者之间的动态关系而言，需研究的问题包括：

1、系统分析问题：已知系统和输入，求系统的响应（或输出），并通过响应来研究系统本身的问题。

2、最优控制问题：已知系统，确定输入，使系统的输出满足要求。

3、最优设计问题：已知输入，设计系统，使输出满足要求。

4、滤波与预测问题：确定系统，以根据输出识别输入或输入中的有关信息。

5、系统辨识问题：已知输入和输出，识别系统的结构和参数，建立系统的数学模型。

1．3反馈

反馈：系统的输出不断地、直接地、全部或部分地返回，并作用于系统。

外反馈（反馈控制）：相对于被控对象而言，由附加的反馈控制装置引起的信息交互，如：例1-2.

内反馈：系统内部的信息交互；反应系统内部元素之间互为因果的联系关系；反应系统的动态特性。如：

例：1-3。

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。

正反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离程度加剧。

1.4反馈控制系统及其组成

反馈控制：检测偏差，纠正偏差。

特点：利用偏差控制系统的输出。

基本物理量：

被控量（即系统的输出量）：表征被控对象运动规律或状态的物理量。

给定量（期望值，即系统的输入量）：希望的被控对象的运动规律或状态。

控制量：直接作用于被控对象的物理量，即被控对象的输入量。

扰动量：所有使被控对象偏离给定值的作用量。

1.5控制系统的分类

对控制系统，可从不同的角度加以分类。

1、按反馈情况：开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统：系统的输出对系统没有控制作用，系统没有反馈回路。

闭环控制系统：系统的输出对系统有控制作用，系统有反馈回路。

2、按