第一章绪论-机械工程控制基础-教案.doc

你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=Chp.1Chp.1 绪绪 论论 基本要求基本要求（1）了解机械工程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务；掌握广义系统动力学方程的含义。（2）了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。（3）掌握反馈的含义，学会分析动态系统内信息流动的过程，掌握系统或过程中存在的反馈。（4）了解广义系统的几种分类方法；掌握闭环控制系统的工作原理、组成；学会绘制控制系统的方框图。（5）了解控制系统中基本名词和基本变量。（6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。（7）了解对控制系统的基本要求。重点与难点重点与难点 本章重点本章重点（1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流，理解信息反馈的含义及其作用。（2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理；绘制控制系统方框图。本章难点本章难点 广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。一、课程简介一、课程简介 性质：机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。学时：32h 先修课程：复变函数、机械动力学、交流电路理论 后续课程：为专业基础和专业课打下一定基础。如：机械工程测试技术、机电传动控制、数控机床等。主要内容：本课程是数理基础课与专业课程之间的桥梁。主要内容包括：控制理论的研究对象与任务、物理系统数学模型建立、时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能分析与校正、系统辩识、控制系统的计算机辅助分析.教材：杨叔子主编，机械工程控制基础，华中科技大学出版社，2004 参考书目：（1）Katsuhiko Ogata.卢伯英等译，现代控制工程（第四版）.北京：电子工业出版社，2003（2）李友善主编：自动控制原理，国防工业出版社，2003 教材结构：1）对研究对象（机械工程）问题建立数学模型 chp.2 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=2)在一定输入下分析系统的输出：时间响应（时域分析）chp.3 频率响应（频率分析）chp.4 3）系统性能分析：稳定性判据 chp.5 4）系统校正：使系统全面满足性能指标要求 chp.6 二、对象与任务二、对象与任务 控制论+工程技术工程控制论 控制论+机械工程机械工程控制 研究对象：研究广义系统在一定外界条件下，从系统初始条件出发的整个动态过程，以及在这个历程中和历程结束后所表现出来的动态特性和静态特性。分析:（1）广义系统:(a)可大可小，可繁可简，可虚可实。（b）一般可建立数学模型：微分方程、传递函数、频率响应函数等 （c）系统具有固有特性，由结构和参数决定 （2）外界条件：指对系统的输入（激励）包括认为激励、控制输入、干扰输入等 分析系统，就是分析 x(t)、h(t)、y(t)三者关系（动态历程）三、反馈三、反馈 控制论的中心思想就是“反馈控制”1、定义：将系统输出全部或部分返回到输入端。2、从微分方程中体现反馈 3、实例：蒸汽机离心调速器 4、说明：（1）人为增加，（2）外反馈与内反馈 （3）正反馈与负反馈 （4）都引起信息传输与交换 四、系统分类四、系统分类 1、按反馈分：开环系统：无反馈回路。无反向信息交换，不能进行输出校正（精度低）例：Fig 1.31 数控机床进给系统 闭环系统：通过反馈环节调节输入，获得高精度输出。例：Fig 1.32 附加检测（反馈）装置 2、按输出变化：你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=自动调节系统（恒值系统）：在外界干扰下，系统输出基本保持为常量（给定量为恒值）。随动系统：输出相应于输入按任意规律变化（给定量为变量）。程序控制系统：系统输出按预定程序变化。五、控制系统五、控制系统基本组成环节基本组成环节 系统中的环节：1、控制环节（给定环节）：产生控制信号，可各种形式。2、测量环节：测量被控参量，起反馈作用，一般为非电量电测。3、比较环节：比较输入和反馈量，产生偏差信号。=xixb （同一种量）4、放大环节：用以推动执行元件工作。5、校正元件：改善系统性能的调节元件。6、执行元件：对被控对象直接操作。系统中的量：1、输出量（被控量、被控参量）x0：最终控制的目标值。2、控制量（给定量）xi：根据设计要求与输出量相适应的预先给定信号。3、干扰量（扰动量）：引起输出变化的各种外部和内部条件，属于一种偶然的无法人为控制的随机输入信号。4、输入量：控制量与干扰量的总称，一般多指控制量。5、反馈量：由输出端引回到输入端的量。6、偏差量：控制量与反馈量之差。7、误差量：实际输出量与希望输出量之差值。e(t)=x0(t)x0*(t)六、基本要求六、基本要求 “稳、快、准”1、稳定性：系统 xo(t)对给定目标值 xo*(t)的偏离，应随 t 增长逐渐趋近于零。绝对为零不可能给出一定的稳定裕度 若系统不稳定，xo波动较大或发散，则不能正常工作。不同受控对象对系统稳定性要求不同。2、快速性：指 xo达到给定目标值的快速性 两种指标衡量：瞬态响应时间 ts (过渡过程时间，调整时间)即：xo(t)xo（）xo()的时间 tts 为可靠度指标。一般取 0.02 或 0.05 超调量 Mp：欠阻尼下一般有振荡衰减，产生 Mp Mp较小，则过渡过程平稳，Mp过大，则系统过渡过程较长。无振荡则无 Mp，但较大 ts。你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=3、准确性（稳态精度）：过渡过程结束后，x0 与给定输入量的偏差。