控制工程-第一章-绪论001课件

1、控制工程主讲：郑雪飞、朱慧玲、谢静、郭剑机械工程学院机械设计制造及其自动化教研室 控制工程主讲：郑雪飞、朱慧玲、谢静、郭剑课程性质 控制工程是本学科的技术基础课，理论知识较复杂，需要扎实多学科的基础知识做铺垫，学习中存在大量的数学计算和推导，是一门理论性很强的综合性科学技术。大学物理理论力学控制工程电机与拖动模拟电子技术线性代数高等数学复变函数、拉普拉斯变换电路理论信号与系统课程性质 控制工程是本学科的技术基础课，理论知识较复杂主要教学环节课堂教学课外补充软件辅助实验加强习题训练课程内容主要教学环节课堂课外软件实验习题课程内容主要知识结构 时域分析系统稳定性判据基础知识 分析方法 基本概念控制

2、系统结构体系控制系统数学模型自动控制技术频域分析工程应用 系统性能指标系统校正控制的基本概念系统性能校正数学模型时域分析频域分析稳定性分析知识结构（经典控制理论）主要知识结构 时域分析系统稳定性判据基础分析基本概念自频域分第一章 绪论 控制工程的研究对象及任务系统的模型系统的分类控制系统的基本要求主要内容1控制系统的工作原理和分类2控制系统的基本组成3控制系统的基本要求第一章 绪论 控制工程的研究对象及任务系统的模型系统的分第一章 绪 论 水位控制杠杆浮子进水阀门出水阀门储水池h0hh0h浮子、杠杆、阀门、水池e 水位自动控制系统控制人工控制自动控制目标：使被控对象按指定规律变化第一章 绪 论

3、 水位控制杠杆浮子进水阀门出水阀门储水池h0第一章 绪 论 控制理论的发展（一）“控制”问题的提出1. 蒸汽机转速的人工控制眼、转速表 蒸汽机手、阀门大脑希望恒定转速M实际n蒸汽机负载Mn进汽量Q阀门眼 脑手测速表希望恒定转速（1）原理图控制某个主体使其他对象按照 一定的目的来动作；反馈将输出反回输入端的过程；偏差输入信号与反馈信号之差。控制的基本过程就是“检测偏差用以纠正偏差”的过程（2）控制系统方框图第一章 绪 论 控制理论的发展（一）“控制”问题的提出第一章 绪 论 2. 蒸汽机转速的自动控制（1）原理图 两者的基本原理相同，都是建立在“检测偏差用以纠正偏差”的基础之上。（2）控制系统方

4、框图离心机构蒸汽机负载MnAB进汽量Q阀门滑套n1被控对象检测、比较机构执行机构离心机构 蒸汽机阀门比较机构给定NgM实际nQ第一章 绪 论 2. 蒸汽机转速的自动控制（1）原理图 第一章 绪 论 （二） 控制理论的发展简史1765年 瓦特发明蒸汽机，用离心式调速器控制蒸汽机1948年 维纳控制论或关于在动物和机器中控制和通信 的科学产生 形成完整的经典控制理论4060年代 经典控制理论（频域法为主）6070年代 现代控制理论（时域法为主)70年代以后 大系统控制理论第一章 绪 论 （二） 控制理论的发展简史1765年 1经典控制理论 出现时间: 4050年代研究对象: 单输入、单输出系统（S

5、ISO系统）研究背景: 二战军工技术研究目标: 反馈控制系统的整定基本方法: 传递函数，频率法、PID第一章 绪 论 研究复域内(频域)单输入/出、线性非时变系统传递函数(频率响应函数)稳定性快速性准确性1经典控制理论 第一章 绪 论 研究复域内(频域)单输入2现代控制理论 出现时间：6070年代研究对象：多输入、多输出系统（MIMO系统）研究背景：冷战时期空间技术，计算机技术研究目标：最优控制基本方法：状态方程第一章 绪 论 时域内、利用状态空间分析，研究多输入、多输出、非线性、时变系统的最优控制、系统识别等问题。关键问题能否建立反映过程或系统的动态数学模型能否对此模型提供有效的算法与程序2

6、现代控制理论 第一章 绪 论 时域内、利用状态空间分析第一章 绪 论 第一章 绪 论 成品人的感觉器官加工对象人体、手需求干扰人脑人的感觉器官加工对象机器机构需求干扰人脑体力成品需求干扰干扰检测装置加工对象加工设备人脑成品干扰干扰检测系统加工对象加工设备计算机需求成品机械制造的发展和控制理论的应用 特点： 人逐步从制造过程诸环节的直接参与中解脱出来；首先从加工(执行）检测控制中解脱出来第一章 绪 论 成品人的感觉器官加工对象人体、手需求干扰人脑人的感觉器官加工第一章 绪 论 1-1 控制工程的研究对象和任务一、系统定义：由相互联系和制约的环节组成具有特定功能的整体。 工程系统：控制电气、机械、

7、机电、化工、热力等非工程系统：经济、交通、管理、社会、生态等 分类 第一章 绪 论 1-1 控制工程的研究对象和任务一、系第一章 绪 论 实质：研究工程技术中广义系统的动力学问题，即系统在外界输入作用下（包括干扰输入），从一定的初始条件（状态）出发，所经历的整个动态过程，亦即系统及其输入、输出三者之间的关系。二、研究对象和任务控制系统一般都有输入量和输出量。 输入 输出系统三要素动态关系第一章 绪 论 实质：研究工程技术中广义系统的动力学第一章 绪 论 y(t)f(t)mkc令p=d/dt(mp2+cp+k)y(t) = f(t)y(t)x(t)y(t)mkc(mp2+cp+k)y(t) =

8、(cp+k)x(t)分析：这是同一个系统，不同的外界作用质量弹簧阻尼系统系统的输出响应取决: 1）输入信号 2）系统结构参数3）初始条件 4）输入与系统的关系系统输入输出第一章 绪 论 y(t)f(t)mkc令p=d/dt(mp第一章 绪 论 机械工程控制的研究任务：控制系统建模、分析和综合（设计）。 运用经典控制理论进行控制理论研究五大内容（系统、输入、输出三者的关系）系统分析问题当系统已定、输入(或激励)已知时,求出系统的输出（或响应）,并通过输出来研究系统本身的有关问题。最优控制问题当系统已定时,确定输入,且所确定的输入应使得输出尽可能符合给定的最佳要求。最优设计问题当输入已知时,确定系统,且所确定的系统应使得输出