1、机械工程控制基础l叶春生，材料学院lTel:027-87557041第一章 绪论l1.1 机械工程控制论的研究对象与任务l1.2 系统及其模型l1.3 反馈l1.4 系统的几种分类及对控制系统的基本要求l1.5 机械制造的发展与控制理论的应用l1.6 控制理论发展的简单回顾l1.7 本课程的特点与学习方法 1.1 引言l在工程和科学的发展过程中，自动控制起着重要的作用除了在宇宙飞船、导弹制导和飞机驾驶系统等领域中，自动控制系统具有特别重要的作用之外，它巳变成现代机器制造业和工业生产过程今的重要而不可缺少的组成部分例如，在生产过程中对压力、温度、湿度、粘性和流量的控制，自动控制都是其重要的组成部
2、分；在机器制造业和其它许多部门中，象机器零件的加工、处理和装配，都广泛地采用着自动控制 控制系统示例热力系统人工反馈控制热力系统的自动反馈控制1.2 定义-对象l对象 是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作我们称任何被控物体(如加热炉，化学反应器或宇亩飞船)为对象 l 过程 宾里亚-韦伯斯特(Merrriam-Webster)字典对过程的定义是：一种自然的逐渐进行地运转或发展，其特征是，有一系列逐渐的变化以相对固定的方法相继发生在运转或发展状态中，并且最后导致一个特定的结果或状态；或者也可以定义为人为的或随意的连续进行为运行状态，这种运行状态由一系列被控制
3、的动作和一直进行到某一特定结果或状态的有规则的运动构成我们称任何被控制的运行状态为过程其具体例子如化学过程，经济学过程和生物学过程 1.2 定义-系统l系统 系统是一些部件的组合，这些部件组合在一起，完成一定的任务系统不限于物理系统系统的概念可以应用于抽象的动态现象，如在经济学中遇到的一些现象因此，“系统”这个词应当理解为包含了物理学，生物学和经济学等现象的系统l 扰动 扰动是一种对系统的输出量产生相反作用的信号如果扰动产生在系统的内部，称为内扰；扰动产生在系统外部则称为外扰外扰是系统的输入量 1.2 定义-反馈控制 l反馈控制 反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系
4、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，而且其工作也正是基于这一偏差基础之上的在这里，反馈控制仅仅是对无法预计的扰动(即那些预先无法知道的扰动)而设计的，因为对于可以预计的或者是已知的扰动来说，总是可以在系统中加以校正的，因而对于它们的测量是完全不必要的 1.2 定义-反馈控制系统 l反馈控制系统 反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与参考输入量的偏差来进行控制因该指出，反馈控制系统应不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学；也存在着反馈控制系统例如，人的机体在某种意义上说、就类似于一个只有许多控
5、制变的量化工设备在这种运输和化学反应网络的过程控制中，包含着许多控制回路事实上、人的机体是一个极其复杂的反馈控制系统1.2 定义-随动系统 l随动系统 随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度、或者加速度因此，随动系统这个术语，与位置(或速度，或加速度)控制系统是同义语在现代工业中，广泛地采用着随动系统例如，采用程序指令的机床的全自动化操作，就可以应用随动系统来完成 1.2 定义-自动调整系统 l自动调整系统 自动调整系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，参考输入或希望的输出量，或者保持常量，或者随时间而缓慢地变化，而这种系统的基本任务，正是要在存在扰动的情况下，将实际
6、的输出量保持在希望的数值上用恒温器作为控制器的室内加温系统，就是一种自动调整系统系统中恒温器的温度给定值(即希望温度值)，用来与室内的实际温度进行比较室外温度变化是该系统的扰动调整系统的任务，是保证所要求的室内温度不受室外温度变化的影响自动调整系统的例子很多，例如，压力的自动控制以及电压、电流和频率等电学量的自动控制 1.2 定义-过程控制系统 l 过程控制系统 当自动调整系统的输出量是温度、压力、流量、液面或PH值(氢离子浓度)等这样一些变量时，就叫过程控制系统过程控制在工业中获得广泛应用象在加热炉的温度控制中，炉温是根据预先制定的程序进行控制的，叫做程序控制程序控制是经常采用的一种过程控制
7、系统例如，预先制定的程序可以是：炉温在一定的时间间隔内，先上升到某一给定温度，然后在另一段时间间隔内再下降到另一给定温度在这类程序控制中，给定量是按照预先制定的规律变化的而控制器则保证炉温紧紧地跟随着给定量变化应当指出，大多数程序控制系统都包含有随动系统，作为系统的积分部件 1.2 闭环控制系统 l凡是系统输出信号对控制作用能有直接影响的系统，都叫做闭环系统 闭环控制系统1.2 闭环控制系统示例热力系统人工反馈控制热力系统的自动反馈控制1.2 开环控制系统 l若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则叫做开坏控制系统 开环控制系统1.2 控制系统示例l离心调速器1.2 控制系统示例l液面控制1
8、.2 控制系统示例l压力控制系统1.3 控制论的研究对象与任务l广义系统动力学问题)()()()(tftkytcytym 0)0(yy0)0(yy)()()()()(tkxtxctkytcytym 0)0(yy0)0(yy1.3 控制论的研究对象与任务)()()()(tftkytcytym 0)0(yy0)0(yy)()()()()(tkxtxctkytcytym 0)0(yy0)0(yy系统固有特性初始状态输入f(t)外界作用输入x(t)外界作用系统固有特性初始状态1.3 控制论的研究对象与任务l基本电学问题 RLC网络VtidcRidtdiL101etidcdtdVicdtdiRdtidL1220)0(ii0)0(ii1.3 控制论的研究对象与任务l基本力学-电学问题的相似性 1.3 控制论的研究对象与任务l基本动力学问题 1.3 控制论的研究对象与任务l基本动力学问题 1.4 反馈 1.4 反馈l动力学系统)()()()(tftkytcytym 0)0(yy0)0(yy1.4 反馈l负反馈 1.5系统的几种分类及对控制系统的基本要求l发电机离心调速系统 1.5 系统的几种分类及对控制系统的基本要求l发电机离心调速系统框图 1.5 系统的几种分类及对控制系统的基本要求l基本特点 1.5 系统的几种分类及对控制系统的基本要求l基本要求
