機電工程控制基礎--01緒論

1、教學講稿教學講稿 1河北工程大學Hebei University of Engineering 機電工程控制基礎機電工程控制基礎河北工程大學河北工程大學機電工程學院機電工程學院周雁冰周雁冰 機電工程控制基礎機電工程控制基礎2河北工程大學Hebei University of Engineering 控制論控制論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論“機電工程控制基礎機電工程控制基礎”是控制論與機電工程技術理論之間的交叉是控制論與機電工程技術理論之間的交叉學科，側重介紹機械工程的控制原理，同時密切結合工程實際，學科，側重介紹機械工程的控制原理，同時密切結合工程實際，是一門技術基礎課程。是一門技術基礎課程。 機

2、械制造技術發(fā)展的一個明顯而重要的趨勢機械制造技術發(fā)展的一個明顯而重要的趨勢越來越廣泛而越來越廣泛而深入地引入了控制理論。深入地引入了控制理論。是科學方法論之一，強調(diào)用系統(tǒng)的、反饋的、控制的方法來分是科學方法論之一，強調(diào)用系統(tǒng)的、反饋的、控制的方法來分析研究工程實際問題。析研究工程實際問題。經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 數(shù)控機床、工業(yè)機器人、機床動態(tài)分析與測試、電氣液壓伺服系統(tǒng) 機電工程控制基礎機電工程控制基礎3河北工程大學Hebei University of Engineering 大學物理大學物理理論力學理論力學機電工程控制理論機電工程控制理論電機與拖動電機與拖動模擬電子技術模擬電子技術線性代

3、數(shù)線性代數(shù)高等數(shù)學高等數(shù)學復變函數(shù)、復變函數(shù)、拉普拉斯變換拉普拉斯變換電路理論電路理論信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)機械原理機械原理該課程與其它課程的關系，如下圖所示：該課程與其它課程的關系，如下圖所示： 機電工程控制基礎機電工程控制基礎4河北工程大學Hebei University of Engineering 機電工程控制基礎機電工程控制基礎基礎知識基礎知識工程應用工程應用分析方法分析方法基本概念基本概念控制系統(tǒng)結構體系控制系統(tǒng)結構體系控制系統(tǒng)數(shù)學模型控制系統(tǒng)數(shù)學模型時域分析時域分析頻域分析頻域分析系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正 機電工程控制基礎機電工程控制基礎

4、5河北工程大學Hebei University of Engineering 課堂教學內(nèi)容課堂教學內(nèi)容1 緒論緒論2 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型控制系統(tǒng)的數(shù)學模型(除除2.2、2.5)3 系統(tǒng)的時間響應與快速性分析系統(tǒng)的時間響應與快速性分析(除除3.5)4 穩(wěn)態(tài)誤差與準確性分析穩(wěn)態(tài)誤差與準確性分析5 控制系統(tǒng)的頻域分析控制系統(tǒng)的頻域分析6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性7 系統(tǒng)的性能分析與校正系統(tǒng)的性能分析與校正其它章節(jié)內(nèi)容為課外自學內(nèi)容其它章節(jié)內(nèi)容為課外自學內(nèi)容基礎知識 機電工程控制基礎機電工程控制基礎6河北工程大學Hebei University of Engineering 教學用書教學用書機

5、電工程控制基礎 吳炳勝主編 冶金工業(yè)出版社教輔用書教輔用書等編等編 機電工程控制基礎機電工程控制基礎7河北工程大學Hebei University of Engineering 第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 自動控制系統(tǒng)的基本概念自動控制系統(tǒng)的基本概念1.3 1.3 對控制系統(tǒng)的基本要求對控制系統(tǒng)的基本要求1.4 1.4 自動控制簡史自動控制簡史1.5 1.5 控制工程實踐控制工程實踐1.6 1.6 本課程的特點與學習方法本課程的特點與學習方法 機電工程控制基礎機電工程控制基礎8河北工程大學Hebei University of Engineering p自動控

6、制技術及理論已經(jīng)廣泛應用于機械、冶金、石自動控制技術及理論已經(jīng)廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、電子、電力、航空、航海、航天、核反應油、化工、電子、電力、航空、航海、航天、核反應堆等各個領域。堆等各個領域。p自動控制理論是研究關于自動控制系統(tǒng)組成、分析和自動控制理論是研究關于自動控制系統(tǒng)組成、分析和設計的一般性理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術設計的一般性理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學?？茖W。p在機電工程問題上，機械、電氣、液壓和計算機被廣在機電工程問題上，機械、電氣、液壓和計算機被廣泛采用，而且常?；ハ酀B透、相互配合，這就需要結泛采用，而且常常互相滲透、相互配合，這就需要結合機電液系

7、統(tǒng)闡述工程上共同遵循的基本控制規(guī)律，合機電液系統(tǒng)闡述工程上共同遵循的基本控制規(guī)律，即即“機電工程控制基礎機電工程控制基礎”。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎9河北工程大學Hebei University of Engineering 控制論概述控制論概述p 控制論是關于控制原理與控制方法的學科，它研究控制論是關于控制原理與控制方法的學科，它研究事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律。事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律。p“控制論控制論”的兩個核心是信息論和反饋控制。的兩個核心是信息論和反饋控制。p 首先創(chuàng)立控制論學科的是美國的數(shù)學家、信息理論首先創(chuàng)立控制論學科的是美國的數(shù)學家、信息理論家家(Norbert Wien

8、er)(Norbert Wiener)諾伯特諾伯特維納，他于維納，他于19481948年發(fā)表了年發(fā)表了“控制論控制論”。p19541954年我國科學家錢學森出版專著年我國科學家錢學森出版專著工程控制論工程控制論( (英文版英文版) )，首先把控制論推廣到工程技術領域。，首先把控制論推廣到工程技術領域。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎10河北工程大學Hebei University of Engineering 控制論控制論經(jīng)濟學經(jīng)濟學社會學社會學生物學生物學工程技術工程技術經(jīng)濟控制論經(jīng)濟控制論社會控制論社會控制論生物控制論生物控制論工程控制論工程控制論機械工程機械工程機械工程控制論機械工程控

9、制論控制論與其它學科結合，形成眾多的分支學科。控制論與其它學科結合，形成眾多的分支學科。（機電工程控制論）（機電工程控制論） 機電工程控制基礎機電工程控制基礎11河北工程大學Hebei University of Engineering 自動控制技術應用于軍事、航天領域自動控制技術應用于軍事、航天領域 火炮、雷達、跟蹤系統(tǒng)；火炮、雷達、跟蹤系統(tǒng)； 人造衛(wèi)星；宇宙飛船。人造衛(wèi)星；宇宙飛船。 自動控制技術應用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制技術應用于工業(yè)生產(chǎn)過程 軋鋼；工業(yè)窯爐；石油化工；水泥建材；玻璃、造紙等軋鋼；工業(yè)窯爐；石油化工；水泥建材；玻璃、造紙等自動控制技術應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動控制技術應用于現(xiàn)

10、代農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 自動灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質量檢測等。自動灌溉；農(nóng)產(chǎn)品質量檢測等。 自動控制技術應用于其他領域自動控制技術應用于其他領域 生物：人口控制，藥物動力學生物：人口控制，藥物動力學 金融：貨幣控制金融：貨幣控制 家庭：電飯煲，洗衣機，空調(diào)，冰箱家庭：電飯煲，洗衣機，空調(diào)，冰箱 例例.鋼鐵軋制鋼鐵軋制:軋出厚度一致的高精度鐵板存在溫度控制軋出厚度一致的高精度鐵板存在溫度控制, ,生生鐵成分控制鐵成分控制, ,厚度控制厚度控制, ,張力控制張力控制, ,等等。等等。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎12河北工程大學Hebei University of Engineering 舉例：智能樓宇的控制舉例

11、：智能樓宇的控制可視對講、室內(nèi)報警、遠程家電控制可視對講、室內(nèi)報警、遠程家電控制. . 機電工程控制基礎機電工程控制基礎13河北工程大學Hebei University of Engineering 在日常生活中在日常生活中 機電工程控制基礎機電工程控制基礎14河北工程大學Hebei University of Engineering 道路交通的應用道路交通的應用車牌自動識別車牌自動識別 機電工程控制基礎機電工程控制基礎15河北工程大學Hebei University of Engineering 勇氣號火星探測器（美國）勇氣號火星探測器（美國） 機電工程控制基礎機電工程控制基礎16河北工程大

12、學Hebei University of Engineering 機械工程控制論機械工程控制論研究機械工程技術中廣義研究機械工程技術中廣義系統(tǒng)系統(tǒng)的的動力學動力學問題問題研究的研究的對象對象：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）：系統(tǒng)（廣義系統(tǒng)）研究的研究的任務任務：動力學問題：動力學問題研究的研究的領域領域：機械工程領域：機械工程領域1 1、系統(tǒng)、系統(tǒng)按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合。按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合。系統(tǒng)的要素系統(tǒng)的要素元素元素元素之間的聯(lián)系元素之間的聯(lián)系系統(tǒng)與外界的交互作用系統(tǒng)與外界的交互作用外界對系統(tǒng)的作用外界對系統(tǒng)的作用系統(tǒng)對外界的作用系統(tǒng)對外界的作用輸入輸入(激勵激勵)、干擾干擾(擾動

13、擾動)輸出輸出( (響應響應) ) 機電工程控制基礎機電工程控制基礎17河北工程大學Hebei University of Engineering 機械工程中的廣義機械工程中的廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設備；加工過系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設備；加工過程、操作設備、測量；車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團、程、操作設備、測量；車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團、全球制造行業(yè)等全球制造行業(yè)等 機電工程控制基礎機電工程控制基礎18河北工程大學Hebei University of Engineering 2 2、動力學問題、動力學問題: : 系統(tǒng)在外界作用（輸入或激勵、包括外加控制與外界干擾）系統(tǒng)在外

14、界作用（輸入或激勵、包括外加控制與外界干擾）下，從一定初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)部的固有特性（由系統(tǒng)下，從一定初始狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷由其內(nèi)部的固有特性（由系統(tǒng)的結構與參數(shù)所決定）所決定的動態(tài)歷程（輸出或響應）。的結構與參數(shù)所決定）所決定的動態(tài)歷程（輸出或響應）。這一過程中，這一過程中，系統(tǒng)系統(tǒng)及其及其輸入輸入、輸出輸出三者之間的三者之間的動態(tài)關系動態(tài)關系即即為系統(tǒng)的為系統(tǒng)的動力學問題動力學問題。 系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性已知，如何影系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性已知，如何影響輸出？響輸出？2. 2. 系統(tǒng)確定并已知時，對系統(tǒng)施加何種輸入，系統(tǒng)確定并已知時，對系統(tǒng)施加何種輸入，能使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的響應（即

15、輸出能使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的響應（即輸出y(t)）？）？3. 3. 對于確定的輸入輸出，系統(tǒng)應具有什么特性，對于確定的輸入輸出，系統(tǒng)應具有什么特性， 才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的響應？才能使系統(tǒng)實現(xiàn)預期的響應？求輸出求輸出求輸入求輸入求系統(tǒng)求系統(tǒng)(結構參數(shù)結構參數(shù))基本的動力學問題基本的動力學問題 機電工程控制基礎機電工程控制基礎19河北工程大學Hebei University of Engineering 3、（數(shù)學）模型、（數(shù)學）模型 定義：研究系統(tǒng)、認識系統(tǒng)、描述系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的一種工具。定義：研究系統(tǒng)、認識系統(tǒng)、描述系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的一種工具。 種類：實物模型、物理模型和數(shù)學模型等。種類：實物模型、物

16、理模型和數(shù)學模型等。動態(tài)模型動態(tài)模型 用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用下或在系統(tǒng)不用于研究系統(tǒng)在迅變載荷作用下或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性；平衡狀態(tài)下的特性；在一定條件下，動態(tài)模型可以轉換為靜態(tài)模型。在一定條件下，動態(tài)模型可以轉換為靜態(tài)模型。微分方程或差分方程來描述微分方程或差分方程來描述 動態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動態(tài)歷程的，機械工程控制論研究的動態(tài)模型是描述系統(tǒng)的動態(tài)歷程的，機械工程控制論研究的是機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題，所以往往需要采用是機械工程技術中廣義系統(tǒng)的動力學問題，所以往往需要采用動態(tài)數(shù)學模型，即需要建立微分方程或差分方程來描述系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，即需要建立微分方程或差分方程來描述系

17、統(tǒng)的動態(tài)特性。動態(tài)特性。靜態(tài)模型靜態(tài)模型 反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載荷作用下或在反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變載荷作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性；系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性；代數(shù)公式描述代數(shù)公式描述 機電工程控制基礎機電工程控制基礎20河北工程大學Hebei University of Engineering 控制控制：對對象施加某種操作，使其產(chǎn)生所預期的行為：對對象施加某種操作，使其產(chǎn)生所預期的行為。 自動控制自動控制：該操作由控制裝置自動完成，無須人直接參與：該操作由控制裝置自動完成，無須人直接參與即，在人不直接參與的情況下，通過控制器使被控對象（如即，在人不直接參與的情況下，通過控制器使被控對象（如

18、機器設備、生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動機器設備、生產(chǎn)過程）的某些物理量（或工作狀態(tài)）能自動地按照預定的規(guī)律變化（或運行）。地按照預定的規(guī)律變化（或運行）。學習機電工程控制基礎要解決兩個問題：學習機電工程控制基礎要解決兩個問題：1 1、如何分析某個、如何分析某個給定控制系統(tǒng)的給定控制系統(tǒng)的工作原理、穩(wěn)定性、過渡品質工作原理、穩(wěn)定性、過渡品質；2 2、如何根、如何根據(jù)實際需要來據(jù)實際需要來進行控制系統(tǒng)的設計進行控制系統(tǒng)的設計，并用機電液光等設備來，并用機電液光等設備來實現(xiàn)這一設計系統(tǒng)。實現(xiàn)這一設計系統(tǒng)。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎21河北工程大學Hebei University

19、 of Engineering 例例 手動控制：手動控制： 觀測實際水位，將觀測實際水位，將實際水位與要求的水位實際水位與要求的水位值相比較，得出兩者偏值相比較，得出兩者偏差。差。 根據(jù)偏差的大小和根據(jù)偏差的大小和方向調(diào)節(jié)進水閥門的開方向調(diào)節(jié)進水閥門的開度，即當實際水位高于度，即當實際水位高于要求值時，關小進水閥要求值時，關小進水閥門開度，否則加大閥門門開度，否則加大閥門開度以改變進水量，從開度以改變進水量，從而改變水箱水位，使之而改變水箱水位，使之與要求值保持一致。與要求值保持一致。被控對象？被控對象？被控量？被控量？ 機電工程控制基礎機電工程控制基礎22河北工程大學Hebei Univer

20、sity of Engineering 例例 改進改進自動控制：自動控制： Q Q2 2變大變大H H減小，浮減小，浮子下降子下降杠桿傾斜杠桿傾斜閥門開大閥門開大Q Q1 1變變大大Q Q1 1=Q=Q2 2，液面重新穩(wěn)，液面重新穩(wěn)定。定。Q Q2 2變小變小H H變大，浮變大，浮子上升子上升杠桿傾斜杠桿傾斜閥門關小閥門關小Q Q1 1變變小小Q Q1 1=Q=Q2 2，液面重新穩(wěn)，液面重新穩(wěn)定。定。缺點：出水量越多，水位就越低，偏離期望值就越遠，誤差越大。控制的結果，總存在著一定的誤差值。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎23河北工程大學Hebei University of Enginee

21、ring 例例 再改進再改進自動控制自動控制： 當實際水位低于要求水位時，電位器輸出電壓值為正，且當實際水位低于要求水位時，電位器輸出電壓值為正，且其大小反映了實際水位與水位要其大小反映了實際水位與水位要求求值的差值，放大器輸出信號值的差值，放大器輸出信號將有正的變化，電動機帶動減速器使閥門開度增加，直到實際將有正的變化，電動機帶動減速器使閥門開度增加，直到實際水位重新與水位要求值相等時為止。水位重新與水位要求值相等時為止。當實際水位高于當實際水位高于要求水位呢？要求水位呢？該系統(tǒng)在運行時，無論何種干擾引起水位的偏差，系統(tǒng)都要該系統(tǒng)在運行時，無論何種干擾引起水位的偏差，系統(tǒng)都要進行調(diào)節(jié)，最終總

22、是使實際水位等于期望值，大大提高了控進行調(diào)節(jié)，最終總是使實際水位等于期望值，大大提高了控制精度。制精度。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎24河北工程大學Hebei University of Engineering 控制原理：控制原理：如果負載變化使如果負載變化使增大，增大， 離心機構滑套上移離心機構滑套上移 液壓滑閥上移，動力活液壓滑閥上移，動力活塞下移，油門關小，塞下移，油門關小， 減小減小 直到滑閥回復到中位，直到滑閥回復到中位，回到設定值回到設定值 通過離心機構檢測系統(tǒng)的實通過離心機構檢測系統(tǒng)的實際輸出值，并與設定值進行比際輸出值，并與設定值進行比較，反過來作用于系統(tǒng)，形成較，反過來

23、作用于系統(tǒng)，形成反饋，進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出。反饋，進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出。發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結構原理簡圖發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)結構原理簡圖例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng) 機電工程控制基礎機電工程控制基礎25河北工程大學Hebei University of Engineering 反饋反饋反饋是機械工程控制論中一個最基本、最重要的概念反饋是機械工程控制論中一個最基本、最重要的概念反饋的定義：反饋的定義：系統(tǒng)的輸出通過適當?shù)臏y量裝置全部或部分地返系統(tǒng)的輸出通過適當?shù)臏y量裝置全部或部分地返回到輸入端，并與輸入共同作用于系統(tǒng)的過程?；氐捷斎攵?，并與輸入共同作用于系統(tǒng)的過程。反饋量與輸入量的比較結

24、果叫反饋量與輸入量的比較結果叫偏差偏差?；诜答伝A上的基于反饋基礎上的“檢測偏差用以糾正偏差檢測偏差用以糾正偏差”的原理又稱為的原理又稱為反反饋控制饋控制原理。原理。利用此原理組成的系統(tǒng)稱為利用此原理組成的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)。它具備測量、比較。它具備測量、比較和執(zhí)行三個基本功能。和執(zhí)行三個基本功能。 反饋控制是實現(xiàn)自動控制的最基本的方法。反饋控制是實現(xiàn)自動控制的最基本的方法。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎26河北工程大學Hebei University of Engineering 例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)例：發(fā)動機離心調(diào)速系統(tǒng)被控對象：被控對象：發(fā)動機發(fā)動機被控量：被控量：

25、轉速轉速控制信息傳遞與反饋：控制信息傳遞與反饋：轉速轉速離心機構離心機構( (檢測或感知）檢測或感知）偏差偏差杠桿杠桿液壓比例控制器液壓比例控制器油門油門 機電工程控制基礎機電工程控制基礎27河北工程大學Hebei University of Engineering 表示系統(tǒng)結構與工作原理的物理框圖：表示系統(tǒng)結構與工作原理的物理框圖：離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖離心調(diào)速系統(tǒng)控制方框圖比較比較控制器控制器檢測檢測被控對象被控對象執(zhí)行執(zhí)行運算放大運算放大控制部分控制部分被控部分被控部分 機電工程控制基礎機電工程控制基礎28河北工程大學Hebei University of Engineering 反饋控

26、制方式的優(yōu)點：可以自動調(diào)節(jié)由于干擾和內(nèi)部參數(shù)的變化而引起的變動。計算比較計算比較給定值給定值E執(zhí)行執(zhí)行被控對象被控對象干擾干擾被控量被控量測量測量反饋回來的信號與給定值相減，即根據(jù)偏差進行控制，稱為反饋回來的信號與給定值相減，即根據(jù)偏差進行控制，稱為負反饋負反饋，反之稱為，反之稱為正反饋正反饋。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎29河北工程大學Hebei University of Engineering 自動控制系統(tǒng)的一般組成形式自動控制系統(tǒng)的一般組成形式被控對象被控對象r(t)u(t)c(t)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)e(t)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)b(t)放大元件放大元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件串聯(lián)校正串聯(lián)校正并

27、聯(lián)校正并聯(lián)校正比較比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)擾動擾動控制器控制器被控對象被控對象r(t)u(t)c(t)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)e(t)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)b(t)比較比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)擾動擾動 機電工程控制基礎機電工程控制基礎30河北工程大學Hebei University of Engineering 自自動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)被控對象被控對象給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)控制器控制器校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)并聯(lián)校正并聯(lián)校正串聯(lián)校正串聯(lián)校正 輸入信號輸入信號 輸出信號輸出信號 反饋信號反饋信號 偏差信號偏差信號 誤差信號誤差信號 擾動信號擾動信號控制器控制器被控對象被控對象r(t)

28、u(t)c(t)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)e(t)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)b(t)比較比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)擾動擾動 機電工程控制基礎機電工程控制基礎31河北工程大學Hebei University of Engineering 輸入信號輸入信號: : （輸入量、控制量、給定量）是指控制輸出量（輸入量、控制量、給定量）是指控制輸出量 變化規(guī)律的信號；變化規(guī)律的信號； 輸出信號輸出信號：（輸出量、被控制量、被調(diào)節(jié)量）輸出是輸入（輸出量、被控制量、被調(diào)節(jié)量）輸出是輸入 的結果，它的變化規(guī)律通過控制應與輸入信號的結果，它的變化規(guī)律通過控制應與輸入信號 之間保持有確定的關系；之間保持有確定的關系； 反饋信號反饋信號：輸出信號經(jīng)反

29、饋元件變換后加到輸入端的信號稱輸出信號經(jīng)反饋元件變換后加到輸入端的信號稱 反饋信號；反饋信號； 偏差信號偏差信號：輸入信號與主反饋信號之差；輸入信號與主反饋信號之差； 誤差信號誤差信號：輸出量實際值與希望值之差；輸出量實際值與希望值之差； 擾動信號擾動信號：偶然的無法加以人為控制的信號；偶然的無法加以人為控制的信號； 機電工程控制基礎機電工程控制基礎32河北工程大學Hebei University of Engineering 控制系統(tǒng)的幾種分類：控制系統(tǒng)的幾種分類：1. 1. 按反饋情況分按反饋情況分開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng): :系統(tǒng)沒有反饋回路。輸出對系統(tǒng)沒有控制作

30、。系統(tǒng)沒有反饋回路。輸出對系統(tǒng)沒有控制作。: :系統(tǒng)有反饋回路。輸出對系統(tǒng)有控制作用。系統(tǒng)有反饋回路。輸出對系統(tǒng)有控制作用。開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點：構造簡單，成本低。優(yōu)點：構造簡單，成本低。缺點：無抗干擾能力，不能自動糾偏，控制精缺點：無抗干擾能力，不能自動糾偏，控制精度較低。度較低。優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)精度好優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)精度好。缺點：構造復雜，設計與制造較困難，成本較高。缺點：構造復雜，設計與制造較困難，成本較高。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎33河北工程大學Hebei University of Engineering 如：步進電機

31、驅動的數(shù)控機床如：步進電機驅動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)、普通洗衣機、普通洗衣機 、微波爐、微波爐步進電機驅動的數(shù)控機床原理圖步進電機驅動的數(shù)控機床原理圖步進電機驅動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖步進電機驅動的數(shù)控機床開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 機電工程控制基礎機電工程控制基礎34河北工程大學Hebei University of Engineering 如：伺服電機驅動的數(shù)控機床如：伺服電機驅動的數(shù)控機床、離心調(diào)速系統(tǒng)、離心調(diào)速系統(tǒng)、恒溫箱、恒溫箱( (冰箱、冰箱、空調(diào)空調(diào)) )伺服電機驅動的數(shù)控機床原理圖伺服電機驅動的數(shù)控機床原理圖伺服驅動的數(shù)控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖伺服驅動的數(shù)控機床閉環(huán)控

32、制系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)如全自動如全自動洗衣機，洗衣機，既有開環(huán)既有開環(huán)控制，有控制，有用閉環(huán)控用閉環(huán)控制。制。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎35河北工程大學Hebei University of Engineering 2. 2. 按給定量的運動規(guī)律分按給定量的運動規(guī)律分如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)輸入量的變化規(guī)律預先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律，輸入量的變化規(guī)律預先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律，發(fā)出控制指令，使被控對象按照指令程序的要求而運動。發(fā)出控制指令，使被控對象按照指令程序的要求而運動。

33、如：數(shù)控加工系統(tǒng)。如：數(shù)控加工系統(tǒng)。 隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）輸入量的變化規(guī)律不能預先確知，其控制要求是輸出量迅速、輸入量的變化規(guī)律不能預先確知，其控制要求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，準確地復現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律。準確地復現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律。 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿帐潜ＷC在任何擾動作用下系系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿帐潜ＷC在任何擾動作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。統(tǒng)的輸出量為恒值。 如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動瞄準系統(tǒng)等。如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動瞄準系統(tǒng)等。 機電

34、工程控制基礎機電工程控制基礎36河北工程大學Hebei University of Engineering 3、按系統(tǒng)中傳遞信號的性質按系統(tǒng)中傳遞信號的性質 連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中各部分傳遞的信號為隨時間連續(xù)變化的信號。連續(xù)控制系統(tǒng)中各部分傳遞的信號為隨時間連續(xù)變化的信號。連續(xù)控制系統(tǒng)通常采用微分方程描述。系統(tǒng)通常采用微分方程描述。 離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。系統(tǒng)中某一處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)通常采用差分方程描述。離散控制系統(tǒng)通常采用差分方程描述。 4、按數(shù)學模型分按數(shù)學模型分 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)由線性元件組成，輸入輸出間具有疊加性和均勻性性質，以線由線性元件組成，輸入輸出間具有疊加性和均勻性性質，以線性微分方程來表述。性微分方程來表述。 非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)系統(tǒng)中有非線性元件，輸入輸出間不具有疊加性和均勻性性系統(tǒng)中有非線性元件，輸入輸出間不具有疊加性和均勻性性質。用非線性微分方程來表述。質。用非線性微分方程來表述。 機電工程控制基礎機電工程控制基礎37河北工程大學Hebei Univer