机械控制工程论文

机械控制工程论文本科课程论文课程名称：_机械操纵工程差不多_________专业年级：________09机制（3）班__学号：___________0906013014____学生姓名：______张支亮_________论文标题：______操纵工程理论概述成绩：_________________指导教师：__徐启圣______________2011年12月21日目录摘要………………3关键词……………3引言………………31操纵理论的成长过程…………31.1经典操纵理论时期……………………31.2现代操纵理论时期……………………41.3大年夜体系理论操纵时期与现代操纵理论时期…………52主动操纵理论研究对象及义务………………53机械操纵理论的体系稳固性…………………62.1电力体系稳固性………………………62.2稳固性定义……………64操纵理论前景…………………6结论………………8参考文献…………………………9

操纵工程理论概述合肥学院机械工程系09级机械设计制造及其主动化专业(3)班张支亮0906013014摘要：主动操纵技巧在当今社会扮演着越来越重要的角色，几乎在每个范畴，如电气、机械、航空、化工、生物医学等，均可见其身影。操纵理论是主动化操纵的差不多，解决操纵体系运行中的稳固性、快速性、精确性等问题是操纵工程研究的核心问题。体系要稳固必定与反馈有关。内容包含：拉普拉斯变换的数学方法，体系的数学模型，体系的瞬态响应与误差分析，体系的频率特点，体系的稳固性，操纵体系的校订与设计，以及离散体系分析差不多等。关键词：体系；体系反馈；稳固性；操纵理论；引言本文重要从“主动操纵理论”的产生与成长过程，研究对象及研究方法，操纵体系的稳固性以及操纵工程的前景等方面介绍“主动操纵理论”，从而操纵经典操纵理论、现代操纵理论、大年夜体系理论和智能操纵体系理论常识理论框架，进而加深对“主动化操纵理论”熟悉。1操纵理论的成长过程依照操纵理论的理论差不多及所能解决的问题的难易程度，我们把操纵理论大年夜体的分为了三个不合的时期。这种时期性的成长过程是由简单到复杂、由量变到质变的辩证成长过程。1.1、经典操纵论时期（20世纪50年代末期往常）经典操纵理论，是以传递函数为差不多，在频率域对单输入---单输入操纵体系进行分析与设计的理论1.1.1单输入---单输出体系的，线性定常或非线性体系中的相平面法也只含两个变量的体系。1.1.2基于频率域内传递函数的“反馈”和“前馈”操纵思惟，应用频率特点分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法，解决稳固性问题。1.1.31）我国前人制造的指南车就应用了反馈的道理2）1788年J.Watt在制造蒸汽机的同时应用了反馈思惟设计了离心式飞摆控速器，这是第一个反馈体系的筹划。3）1868年J.C.Maxwell为解决离心式飞摆控速器操纵精度和稳固性之间的抵触，揭橥《论调速器》，提出了用全然体系的微分梗直模型分析反馈体系的数学方法。4）1868年，韦士乃格瑞斯克阐述了调剂器的数学理论。5）1875年E.J.Routh和A.Hurwitz提出了依照代数方程的系数确信线性体系稳固性方法6）1876年俄国粹者N.A.维什涅格拉诺基揭橥著作《论调速器的一样理论》，对调速器体系进行了周全的理论阐述。7）1895年劳斯与古尔维茨分别提出了基于特点特点根和行列式的稳固性代数判别方法。8）1927年H.S.Black发清晰明了采取负反馈线路的放大年夜器，引入负反馈后，放大年夜器体系对扰动和放大年夜器增益变更的敏锐性大年夜为降低。9）1932年H.Nyquest采取频率特点表示体系，提出了频域稳固性判据，专门好地解决了Black放大年夜器的稳固性问题，同时能够分析体系的稳固裕度，奠定了频域法分析与综合的差不多。10）1934年，H.L.Hazen揭橥《关于伺服机构理论》11）1938年，A.B．维哈伊洛夫揭橥《频域法》，这标记住经典操纵理论的出生。12）1945年．H.W.Bode揭橥了著作《收集分析和反馈放大年夜器设计》，完美了体系分析和设计的频域方法。并进一步研究，开创了伯德图。13）1948年，N.Weiner揭橥了《操纵论——关于在动物和机械中操纵和通信的科学》一书，标记住操纵论的出生。14）1948年，W.R.Evans提出了体系的根轨迹分析法，是一种易于工程应用的，求解闭环特点方程根的简单图解法。进一步完美了频域分析方法。15）1954年，钱学森出版了《工程操纵论》，周全总结了经典操纵理论，标记住经典理论的成熟。1.1.4PID操纵规律的产生，PID操纵道理简单易于实现，具有必定的自适应性与鲁棒性，关于无时刻延迟的单回路操纵体系专门有效，在工业过程操纵中任然被广泛应用。1.2、现代操纵论时期（50年代末期至70年代初期）现代操纵理论，基于时域内的状况空间分析法，侧重时刻体系最优化操纵的研究。1．2.1、操纵体系的特点为多输入---多输出体系，体系可因此线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与离散体系。1.2.2基于时域内的状况方程与输出方程对体系内的状况变量进行实施操纵，应用顶点设备、状况反馈、输出反馈的方法，解决最优化操纵、随机操纵、自适应操纵问题。1.2.3、成长事宜回想1）1959年，苏联学者庞德亚金(L.S.Pontryagin)等学者创建了极大年夜值道理，并找出最优操纵问题存在的须要前提，该理论解决操纵量有束缚情形下的最短时刻操纵问题，供给方法。2）1953-1957年间，美国粹者贝尔曼（R.Bellman）创建明白得决最优操纵问题的动态规律，并依照最优性道理，成长了变分学中的Hamilton-Jaccobi理论3）1959年，卡尔曼（R.E.Kalman）提出了滤波器理论，1960年卡尔曼对体系采取状况方程得描述方法，提出了体系的能控性、能不雅测性。证清晰明了二次型机能指标下线性体系最有操纵的充分前提，进而提出了关于估量与推测有效地卡尔曼滤波，证清晰明了对偶性。4）罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens）和麦克法轮（G.J.MacFarlane）研究了应用于运算机关心操纵体系设计的现代频域法理论，将经典操纵理论传递函数的概念推广到多变量体系，并商量了传递矩阵与状况方程之间的等价转换关系，为进一步建立同一的线性体系理论奠定了差不多5）20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，L.D.Landau）在自适应操纵理论和应用不和做出了供献。1.2.4现代操纵理论的提出，促进了非线性操纵、推测操纵、自适应操纵、鲁棒性操纵、智能操纵等分支学科的成长。进而为解决因工业过程的复杂性而带来的困难。1.3、大年夜体系理论时期与智能操纵理论时期（70年代初期至现在）大年夜体系理论，是指范畴宏大年夜、构造复杂、变量浩渺、接洽关系严峻、信息不完全的信息与操纵体系智能操纵体系是具有某些仿人智能的工程操纵与信息处理体系，个中最典范的是智能机械人。1.3.1是指浩渺身分复杂的操纵体系，如宏不雅经济体系、资本分派体系、生态和情形体系、能源体系等1.3.2基于时域法为主，经由过程大年夜体系的多级递阶操纵、分化—调和道理、分散最优操纵和大年夜体系模型降阶理论，解决大年夜体系的最优化。1.3.31）60年代初期，Smith提出采取机能模式辨认器来进修最优操纵法以解决复杂体系的操纵问题。2）1965年Zadeh创建模糊集和论，未解决负载体系的操纵问题供给了强有力的数学对象。3）1966年,Mendel提出了“人工智能操纵”的概念。4）1967年，Leondes和Mendel正式应用“智能操纵”，标记住智能操纵思路差不多形成。70年代初期，傅京孙、Gloriso和Saridis提出分级递阶智能操纵。并成功应用于核反响、都市交通操纵范畴。5）70年代中期，Mamdani创建基于模糊说话描述操纵规矩的模糊操纵器，并胜应用于工业操纵。6）80年代以来专家体系、神经收集理论及应用对智能操纵器着促进感化。2主动操纵理论的研究对象及义务主动操纵理论是研究主动操纵合营规律的技巧科学。它的成长初期，是以反馈理论为差不多的主动调剂道理，重要用于工业操纵，二战时代为了设计和制造飞机及船用主动驾驶仪，火炮定位体系，雷达跟踪体系以及其他基于反馈道理的军用设备，进一步促进并完美了主动操纵理论的成长。到战后，以形成完全的主动操纵理论体系，这确实是以传递函数为差不多的经典操纵理论，它重要研究单输入-单输出，线形定常数体系的分析和设计问题。20世纪60年代初期，跟着现代应用数学新成果的推出和电子运算机的应用，为适应宇航技巧的成长，主动操纵理论跨入了一个新时期——现代操纵理论。他重要研究具有高机能，高精度的多变量变参数的最优操纵问题，重要采取的方法是以状况为差不多的状况空间法。今朝，主动操纵理论还在连续成长，正向以操纵论，信息论，仿生学为差不多的智能操纵理论深刻。为了实现各类复杂的操纵义务，起重要将被操纵对象和操纵装配按照必定的方法连接起来，构成一个有机的总体，这确实是主动操纵体系。在主动操纵体系中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以操纵的物理量，它能够要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或翱翔航迹等；而操纵装配则是对被控对象施加操纵造用的机构的总体，它能够采取不合的道理和方法对被控对象进行操纵，但最全然的一种是基于反馈操纵道理的反馈操纵体系。在反馈操纵体系中，操纵装配对被控装配施加的操纵造用，是取自被控量的反馈信息，用来赓续修改被控量和操纵量之间的误差从而实现对被控量进行操纵的义务，这确实是反馈操纵的道理。3操纵理论的体系稳固性3．1电力体系稳固性在机械操纵理论中体系稳固性是专门重要的概念。我们都明白不管是什么体系假如不克不及相对的稳固那么体系最终会出问题，就那电力体系稳固性说。体系稳固性可分为静态稳固、暂态稳固和动态稳固(1)电力体系静态稳固是指电力体系受到小干扰后，不产生非周期性的掉步，主动复原到肇端运行状况的才能。(2)电力体系暂态稳固指的是电力体系受到大年夜干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢获得本来稳固运行状况的才能，平日指第一或第二摆不掉步。(3)电力体系动态稳固是指体系受到干扰后，不产生振幅赓续增大年夜的振荡而掉步。远距离输电线路的输电才能受这3种稳固才能的限制，有一个极限。它既不克不及等于或跨过静态稳固极限，也不克不及跨过暂态稳固极限和动态稳固极限。在我国，因为网架构造脆弱，暂态稳固问题较凸起，因而线路输送才能相对国外来说要小一些。3.2稳固性定义体系稳固性是指：设一线性定常体系原处于某一均衡状况，若它刹时受到某一扰动感化而偏离了本来的均衡状况，当此扰动撤消后，体系仍能回到原有的均衡状况，则称该体系是稳固的。反之，若体系对干扰的瞬态响应跟着时刻的推移而赓续扩大年夜或产生连续振荡，则体系为不稳固。由此可知：线形体系的稳固性取决于体系的固有特点（构造、参数），与体系的输入旌旗灯号无关。4操纵理论前景从本质上来讲，我们现在的操纵理论重要照样关于数学模型的操纵理论，而不是关于实际体系的操纵理论，尽管我们也一向研究体系模型中的不确信性，同时在鲁棒操纵与自适应操纵等范畴取得大年夜量深刻的理论成果。什么缘故这么说呢？因为我们今朝所有的理论成果，其严格证实差不多上在某些前提下针对数学模型的证实，这因此无可厚非。进一步，你还能够辩护，因此数学模型一样是经由简化、抽象和假设得来的（与实际体系往往差别较大年夜），然则依照其设计的操纵器的实际有用范畴可能会比理论上所加的前提要宽松，这也是可托的。这就引出了进一步的理论问题：我们依照数学模型所设计的滤波算法和操纵规律如何说在实际中有用的临界界线是什么？或者问他们所能有用的最大年夜体系类到底有多大年夜？这是一个天然的理论问题，但现有的理论专门少给出谜底。我们以操纵理论中两个标记性的方法为例，一个是PID操纵器，另一个是Kalman滤波器，他们都被广泛而成功地应用在浩渺实际体系中。那么我们从理论上能说些什么？我们所证实的稳固性也好、最优性也好，全然上照样对线性模型的。但实际应用中，大年夜家都明白，不管是PID操纵器，照样Kalman滤波器，都能够关于相当一大年夜类的非线性体系。换一个角度讲，我们依照线性模型所设计和证实的估量和操纵方法，实际上能够应用到一大年夜类复杂非线性体系。一个天然的问题，你能不克不及从理论严格证实，比如有名的PID操纵器或Kalman滤波器，他们到底能被有效地应用到多么大年夜的一类非线性体系？可否从理论上严格描述出这类体系？这明显是一个全然的理论问题，因此具有挑战性。我们还能够连续追问：面对不确信非线性体系，假如我们不局限于某一个或某一类操纵器，那么，在所有（线性与非线性）反馈操纵规律中，哪一个才能最大年夜或关于的不确信性体系范畴最大年夜？对那个最大年夜不确信性体系类的精确“界线”可否从理论上描述出来？这就更有挑战性了，现有的操纵理论成果更少。近些年来，我们关于反馈机制最大年夜才能的一系列定量研究就试图答复这类问题。因此，现代操纵理论自身的局限远不止这些。再例如，采样操纵问题。今朝对非线性连续时刻体系的操纵理论因此有专门大年夜进展，然则从本质上讲，差不多上在理论上设计并研究连续时刻的操纵器，因此实际的操纵体系大年夜多差不多上采样操纵。当采样频率能够随便率性快时（快到知足理论证实的须要），能够证实响应的采样操纵在较广的前提下照样有效。然则，假如推敲到实际的通信、传感、运算和履行机构不许可有随便率性快的采样操纵频率，那么，关于给定的采样操纵频率，由连续时刻非线性体系自身与采样操纵器所构成的闭环动态体系，在本质上确实是一个连续与离散时刻的混淆体系，现有的理论成果全然都不克不及说明问题了，实际上也几乎没有现成的数学方法能够作为理论研究的有效对象。这是一个典范问题，说明我们的理论与实际还有较大年夜差距。最后，也是最重要的一个局限，我认为是今朝操纵理论框架的局限，这一点下面还会谈到。面对实际世界中大年夜量复杂体系，比如工程、社会、经济、生物、情形等范畴的复杂体系中，对专门多重大年夜的调控问题，我们现有的操纵理论发挥的感化还专门有限。个中一个重要的缘故，确实是我们今朝的操纵理论框架与实际调控问题还有较大年夜差别，专门多是本质性差别。因此我们说当前的操纵理论远没有成熟，还有相昔时夜的成长空间。

结论：总体来说，“主动操纵理论”确实是一门研究主动操纵体系稳固性的科学，是操纵理论与操纵工程学科的重要内容。操纵理论与操纵工程作为一门学科，研究同时提出有关主动操纵体系设计和分析的理论与方法，用于指导工程实践。关于我们现在而言，因为专业常识以及扫瞄面