對(duì)非線性問題的處理辦法課件

關(guān)于制造業(yè)制造業(yè)是“永遠(yuǎn)不落的太陽(yáng)”，是現(xiàn)代文明的支柱之一；它既占有基礎(chǔ)地位，又處于前沿關(guān)鍵，既古老又年輕；它是工業(yè)發(fā)展的主體，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的急促。甚至可以講，沒有“制造業(yè)”，就沒有人類。制造業(yè)是立國(guó)之本2010年，我國(guó)成功躋身世界第一制造業(yè)大國(guó)關(guān)于制造業(yè)制造業(yè)是“永遠(yuǎn)不落的太陽(yáng)”，是現(xiàn)代文明的支柱之一；關(guān)于制造業(yè)美國(guó)：20世紀(jì)后期，去工業(yè)化，金融業(yè)大發(fā)展，經(jīng)濟(jì)蕭條，失業(yè)率高。近幾年，奧巴馬政府將“再工業(yè)化”作為一種國(guó)家戰(zhàn)略來實(shí)施。“買美國(guó)貨”、《制造業(yè)促進(jìn)法案》。實(shí)質(zhì)是推動(dòng)美國(guó)制造業(yè)脫胎換骨，催生一種新的生產(chǎn)方式。關(guān)于制造業(yè)美國(guó)：關(guān)于制造業(yè)德國(guó)：制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，工業(yè)3.0的佼佼者，美國(guó)“再工業(yè)化”，感受到了強(qiáng)大的壓力，提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。德國(guó)所謂的Industry4.0是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—PhysicalSystem)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。關(guān)于制造業(yè)德國(guó)：四次工業(yè)革命四次工業(yè)革命德國(guó)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略要點(diǎn)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：CPS研究?jī)纱笾黝}：智能工廠和智能生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端

對(duì)端的集成實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃德國(guó)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略要點(diǎn)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：CPS工業(yè)4.0下的產(chǎn)品特點(diǎn)集成了信息存儲(chǔ)、傳感、無線通信功能產(chǎn)品是信息載體：產(chǎn)品在整個(gè)完整的供應(yīng)鏈和生命周期中都一直帶有自身信息。產(chǎn)品是一個(gè)agent：產(chǎn)品會(huì)影響其所在環(huán)境。產(chǎn)品具有自監(jiān)測(cè)功能：產(chǎn)品會(huì)對(duì)其自身狀態(tài)和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工業(yè)4.0下的產(chǎn)品特點(diǎn)集成了信息存儲(chǔ)、傳感、無線通信功能工業(yè)4.0下的數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)制造業(yè)存儲(chǔ)了超過其他工業(yè)部門的數(shù)據(jù)從2010年以來新產(chǎn)品數(shù)據(jù)達(dá)到接近2艾字節(jié)（）：儀器儀表產(chǎn)品、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期系統(tǒng)。工業(yè)4.0下的數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)工業(yè)4.0下的多模式交互工業(yè)4.0下的多模式交互智慧工廠中的機(jī)器人技術(shù)智慧工廠中的機(jī)器人技術(shù)智慧工廠中的職能裝配智慧工廠中的職能裝配對(duì)非線性問題的處理辦法課件中國(guó)制造20252015年5月，李克強(qiáng)總理簽署，中國(guó)版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃——《中國(guó)制造2025》。規(guī)劃開篇指出“制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。十八世紀(jì)中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強(qiáng)國(guó)的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒有國(guó)家和民族的強(qiáng)盛。打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，是我國(guó)提升綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的必由之路?！敝袊?guó)制造20252015年5月，李克強(qiáng)總理簽署，中國(guó)版的“工中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，我制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。？中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，我制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。？中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)對(duì)非線性問題的處理辦法課件

專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課課程性質(zhì):授課對(duì)象:機(jī)械制造及自動(dòng)化本科學(xué)生課程特點(diǎn)：1.抽象，概括，涉及范圍廣2.非常重要和有用的科學(xué)理論，一門卓越的方法論3.前期課程基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)特別是：復(fù)變函數(shù)和積分變換機(jī)械振動(dòng)理論與交流電路理論4.學(xué)時(shí)太少，只能減減減。。。專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課課程性質(zhì):授課對(duì)象:機(jī)械制造及自動(dòng)化本科學(xué)生課要求:1.上課一定要帶的三樣?xùn)|西：課本、筆、本子可以不用帶的東西：手機(jī)2.按時(shí)上課，不遲到。3.課后認(rèn)真完成作業(yè)，不偷懶。注意：?jiǎn)坞p周上課，本周為雙周要求:第一章緒論第一章緒論第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)1.2系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型1.3反饋1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用1.6控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧1.7本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章緒論控制對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為?？刂频睦樱鹤呗贰Ⅰ{駛、火炮打飛機(jī)1943年，維納《行為，目的和目的論》的發(fā)表是控制論萌芽的實(shí)物標(biāo)志1948年，維納所著《控制論》的出版，標(biāo)志著這門學(xué)科的正式誕生控制論第一章緒論控制對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為第一章緒論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科?？刂普摻?jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論生物控制論工程控制論機(jī)械工程機(jī)械工程控制論第一章緒論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科?？刂普?.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。具體地說，它研究的是工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件（即輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由內(nèi)部的固有特性（即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程；研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。系統(tǒng)(廣義系統(tǒng)):按一定的規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。系統(tǒng)(廣義系統(tǒng)):系統(tǒng)框圖如下:廣義系統(tǒng):具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο蟆?.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。廣義系統(tǒng):供需關(guān)系和物價(jià)研究某臺(tái)機(jī)床在切削加工過程中的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，切削加工過程本身是一廣義系統(tǒng)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床所加工的某些質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，這一工件本身可作為一廣義系統(tǒng)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床的操作者在加工過程中的作用時(shí)，操作者本身或操作者的思維等則可作為一廣義系統(tǒng)。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。動(dòng)力學(xué)問題：系統(tǒng)在外界作用（輸入或激勵(lì)、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)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定）所決定的動(dòng)態(tài)歷程（輸出或響應(yīng)）。這一過程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系即為系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制例.彈簧－質(zhì)量－阻尼單自由度系統(tǒng)。分析：這是同一個(gè)系統(tǒng)，不同的外界作用1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)例.彈簧－質(zhì)量－阻尼單自由度系統(tǒng)。分析：這是同一個(gè)系統(tǒng)，不同對(duì)非線性問題的處理辦法課件對(duì)非線性問題的處理辦法課件上式中y(t)為微分方程的解，顯然它是由系統(tǒng)的初始條件，系統(tǒng)的固有特性，系統(tǒng)的輸入及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系決定。上式中y(t)為微分方程的解，顯然它是由系統(tǒng)的初始條件，系統(tǒng)對(duì)上例，需要研究的問題可歸納為以下三類：1)系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響y(t)，三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系。2)系統(tǒng)確定并已知時(shí)，對(duì)系統(tǒng)施加何種輸入，能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)。3)對(duì)于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)?；镜膭?dòng)力學(xué)問題。對(duì)上例，需要研究的問題可歸納為以下三類：1)系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)注意：系統(tǒng)的初始狀態(tài)也可視為一種特殊的輸入，即初始輸入或初始激勵(lì)。當(dāng)初態(tài)不為0時(shí)，即使無輸入，系統(tǒng)的狀態(tài)也不斷改變，這就是自由運(yùn)動(dòng)。工程控制論的內(nèi)容可歸納為如下5個(gè)方面：（1）已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的輸出，即系統(tǒng)分析問題；

（2）已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計(jì)輸入，即最優(yōu)控制問題；

（3）已知輸入和理想輸出時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，即最優(yōu)設(shè)計(jì)問題；

（4）輸出已知，確定系統(tǒng)，以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)測(cè)問題；

（5）已知系統(tǒng)的輸入和輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識(shí)問題。

注意：系統(tǒng)的初始狀態(tài)也可視為一種特殊的輸入，即初始輸入或初始1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):我們所研究的“系統(tǒng)”就是由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分構(gòu)成，而且有一定的目的或一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一個(gè)整體。其實(shí)，在自然界、社會(huì)界、工程界中，存在著各式各樣的系統(tǒng)，任何一個(gè)系統(tǒng)莫不處于同外界（即同其他系統(tǒng)）相互聯(lián)系之中。學(xué)會(huì)以“系統(tǒng)”的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)、分析、處理客觀對(duì)象，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，也是人類在認(rèn)識(shí)論與方法論上的一大進(jìn)步。一個(gè)系統(tǒng)的特性并不能看成是組成他的元件或子系統(tǒng)的特性的簡(jiǎn)單總和。注意1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):我們所研究的“系1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):孤立地考察這兩個(gè)元件，特性十分簡(jiǎn)單：質(zhì)量塊的加速度與受到的力成正比，即牛頓第二定律；則與受到的力成正比，即虎克定律。假定彈簧是線性的，彈簧的變形可是兩者構(gòu)成系統(tǒng)后，系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：

這一動(dòng)力學(xué)方程表現(xiàn)出來的性質(zhì)卻比兩個(gè)元件各自的性質(zhì)復(fù)雜得多。1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):孤立地考察這兩個(gè)元件，特性十分以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)的輸入輸出，往往分別稱為“激勵(lì)”與“響應(yīng)”。機(jī)械系統(tǒng)的“激勵(lì)”一般是外界對(duì)系統(tǒng)的作用，如作用在系統(tǒng)上的力，即載荷等。而“響應(yīng)”則一般是系統(tǒng)的變形或位移等。一個(gè)系統(tǒng)的激勵(lì)，如果是人為地，有意識(shí)地加上去的，往往又稱為“控制”，而如果是偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全人為控制的，則稱為“擾動(dòng)”。1.2系統(tǒng)及其模型2.機(jī)械系統(tǒng):以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:模型是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)與描述系統(tǒng)、分析系統(tǒng)的一種工具。在我們這里模型是指一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象的理論模型，用來表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間的關(guān)系，故又稱為數(shù)學(xué)模型。

數(shù)學(xué)模型又包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。動(dòng)態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在控制理論或控制工程中，一般關(guān)心的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此，往往需要采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)模型反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出僅由其現(xiàn)時(shí)輸入所決定，一般以代數(shù)公式描述。1.2系統(tǒng)及其模型3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:模型是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)

動(dòng)態(tài)模型反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出還由受其以前輸入的歷史的影響，一般以微分方程或差分方程描述。3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:1.2系統(tǒng)及其模型動(dòng)態(tài)模型反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀系統(tǒng)的輸出，部分或全部地被反過來用于控制系統(tǒng)的輸入，稱為系統(tǒng)的反饋。1.3反饋

1、定義:系統(tǒng)之所以有動(dòng)態(tài)歷程，系統(tǒng)及其輸入、輸出之間之所以有動(dòng)態(tài)關(guān)系，就是由于系統(tǒng)本身有著信息的反饋。系統(tǒng)的輸出，部分或全部地被反過來用于控制系統(tǒng)的輸例5：解：如果負(fù)載變化，使ω增加->離心機(jī)構(gòu)滑套上移->液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，油門關(guān)小，ω減小->直到滑閥回復(fù)中位，ω回復(fù)到設(shè)定值。通過檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，反過來又作用于系統(tǒng)，形成反饋，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出，本例中的反饋表現(xiàn)為ω變化所引起的信息傳遞與交互。例5：解：如果負(fù)載變化，使ω增加->離心機(jī)構(gòu)滑套上移->液壓2、內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目的而人為加入的反饋，稱為外反饋。

內(nèi)反饋：在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋，稱為內(nèi)反饋。它是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間相互耦合的結(jié)果。內(nèi)反饋是造成機(jī)械系統(tǒng)存在一定的動(dòng)態(tài)特性的根本原因，紛繁復(fù)雜的內(nèi)反饋的存在使得機(jī)械系統(tǒng)變得異常復(fù)雜。1.3反饋

2、內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目顯然這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆]有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例：m-c-k系統(tǒng)顯然這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆]有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱

溫度計(jì)例7：人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過程：觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較，得到溫度偏差的大小和方向1、控制系統(tǒng)工作原理反饋的例子加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱溫度計(jì)例7：人工根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值。人工控制過程的實(shí)質(zhì)：檢測(cè)偏差再糾正偏差。大腦手調(diào)壓器恒溫箱眼睛實(shí)際溫度期望溫度人工控制恒溫箱系統(tǒng)功能框圖溫度計(jì)根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電人工控制過程的實(shí)質(zhì)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動(dòng)機(jī)減速器u2u1++u恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)例加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓功率執(zhí)行減速恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理：恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓u2

恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實(shí)際溫度

u2比較得到溫度偏差信號(hào)u＝u1

u2溫度偏差信號(hào)經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電流的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差u＝0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)功能框圖如下所示：恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理：恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)給定信號(hào)電壓功率放大器控制電機(jī)減速器調(diào)壓器恒溫箱(控制對(duì)象)熱電偶u1u2uuanvu溫度t(被控量)擾動(dòng)恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)功能框圖從恒溫箱控制系統(tǒng)功能框圖可見：給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號(hào)）。被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量。給定電壓控制減調(diào)恒溫箱熱電偶u1u2uuanvu溫度t(輸出量（全部或一部分）通過測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱為反饋信號(hào)。綜上所述，控制系統(tǒng)的工作原理：檢測(cè)輸出量（被控制量）的實(shí)際值將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比

較得出偏差；

用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得

輸出量維持期望的輸出。輸出量（全部或一部分）通過測(cè)量裝置返回系綜上所述，控制系統(tǒng)由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自動(dòng)減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。顯然：反饋控制建立在偏差基礎(chǔ)上，其控制方式是“檢測(cè)偏差再糾正偏差”。這種基于反饋原理，能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間既定關(guān)系的系統(tǒng)。稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。注意：反饋控制系統(tǒng)中，反饋信號(hào)是與給定信號(hào)相減，使偏差越來越小，稱為負(fù)反饋。負(fù)反饋控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制最基本的方法。由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按有無反饋來分一、系統(tǒng)的分類

開環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按有無反饋來分一、特點(diǎn)：系統(tǒng)僅受輸入量和擾動(dòng)量控制；輸出端和輸入端之間不存在反饋回路；輸出量在整個(gè)控制過程中對(duì)系統(tǒng)的控制不產(chǎn)生任何影響。輸入裝置指令系統(tǒng)輸入控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)工作臺(tái)位置系統(tǒng)輸出數(shù)控機(jī)床的開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。缺點(diǎn)：精度通常較低、無自動(dòng)糾偏能力。特點(diǎn)：系統(tǒng)僅受輸入量和擾動(dòng)量控制；輸出端和輸入端之間不存在反

閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過程有直接影響。閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，減少偏差。缺點(diǎn)：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問題，系統(tǒng)性能分析和設(shè)計(jì)麻煩。閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感

程序控制系統(tǒng)如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按輸入量的變化規(guī)律和輸出量的變化特性來分一、系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。自動(dòng)調(diào)

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）系統(tǒng)輸入為常量，在外界干擾作用下，系統(tǒng)的輸出仍能基本保持為常量的系統(tǒng)。

此系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）系統(tǒng)輸入為常量，在外界干擾作用是以機(jī)械量（位移、速度、加速度）為輸出量的反饋控制系統(tǒng)。輸入量的變化規(guī)律不能預(yù)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，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律。例：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)就是隨動(dòng)系統(tǒng)。飛機(jī)的位置是輸入，高射炮的指向是輸出，高射炮的指向隨飛機(jī)位置的變動(dòng)而變動(dòng)。此系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）是以機(jī)械量（位移、速度、加速度）為輸出量的反饋輸入量的變化規(guī)律預(yù)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(duì)象按照指令程序的要求而運(yùn)動(dòng)。如數(shù)控加工系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)和計(jì)算機(jī)的打印機(jī)也屬于程序控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)的輸入量均為時(shí)間的函數(shù)，不同之處是前者的輸入是已知的，后者的輸入則是未知的。

可以是開環(huán)也可以是閉環(huán)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)輸入量的變化規(guī)律預(yù)先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變過程控制系統(tǒng)是以表征生產(chǎn)過程的參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度或PH值等為被測(cè)量的反饋控制系統(tǒng)。通過對(duì)過程參數(shù)的反饋控制，可使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)，從而使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和能耗減少。過程控制在石油、化工、電力、冶金、輕工、建材等部門有廣泛應(yīng)用。過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)）過程控制系統(tǒng)是以表征生產(chǎn)過程的參數(shù)如溫度、壓力、流量、經(jīng)典控制理論中，描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的最基本的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)或一組微分方程和代數(shù)方程。3.線性和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)若系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式是線性的，則這種系統(tǒng)就是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)最重要的特性就是可以運(yùn)用疊加原理。所謂疊加原理是，系統(tǒng)在幾個(gè)外加作用下所產(chǎn)生的響應(yīng)，等于各個(gè)外加作用單獨(dú)作用的響應(yīng)之和。經(jīng)典控制理論中，描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的最基本的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)線性定常系統(tǒng)

用線性常微分方程描述的系統(tǒng)。如：b)線性時(shí)變系統(tǒng)

描述系統(tǒng)的線性微分方程的系數(shù)為時(shí)間的函數(shù)，如：

如火箭的發(fā)射過程，由于燃料的消耗，火箭的質(zhì)量隨時(shí)間變化，重力也隨時(shí)間變化。式中：a、b、c、d均為常數(shù)3.線性和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)

用線性常微分方程描述的系統(tǒng)。如：b)線非線性系統(tǒng)用非線性方程描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。如：

非線性系統(tǒng)的重要特性，是不能運(yùn)用疊加原理。系統(tǒng)中包含非線性因素，給系統(tǒng)的分析和研究帶來了復(fù)雜性。3.線性和非線性系統(tǒng)線性化忽略非線性因素用非線性系統(tǒng)的分析方法來處理對(duì)非線性問題的處理辦法：非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)的重要特性，是不能運(yùn)用疊加原單變量系統(tǒng)是只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量的系統(tǒng)，又稱單輸入單輸出系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，許多簡(jiǎn)單的或基本的控制系統(tǒng)往往都是單變量系統(tǒng)。多變量控制系統(tǒng)是具有多個(gè)輸入量或輸出量的控制系統(tǒng)，又稱多輸入多輸出系統(tǒng)。同單變量系統(tǒng)相比，多變量系統(tǒng)的控制復(fù)雜得多。在多變量控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象、測(cè)量元件、控制器和執(zhí)行元件都可能具有一個(gè)以上的輸入變量或一個(gè)以上的輸出變量。4.單變量和多變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)是只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量的系統(tǒng)，又閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控對(duì)象的目標(biāo)值。測(cè)量環(huán)節(jié)：用于測(cè)量被控量，并將被控量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另一個(gè)物理量。比較環(huán)節(jié)：輸入量和反饋量進(jìn)行比較得到一個(gè)小功率的偏差信號(hào)。放大及運(yùn)算環(huán)節(jié)：對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行功率放大，以便推動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)。常用的放大類型有電流放大、電氣-液壓放大等。

閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。

執(zhí)行環(huán)節(jié)一般是一個(gè)有源的功率放大裝置，工作中要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。例如，把電能通過直流電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。給定環(huán)節(jié)、測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、校正放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)一起，組成了這一控制系統(tǒng)的控制部分，目的是對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性響應(yīng)的快速型響應(yīng)的準(zhǔn)確性

系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、快速性相互制約，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理選擇。注意：

不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定性、精確性和快速性要求各有側(cè)重。1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用工業(yè)控制國(guó)防應(yīng)用家用電器消費(fèi)類產(chǎn)品控制無處不在控制技術(shù)應(yīng)用1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用工業(yè)控制國(guó)防應(yīng)

第一顆人造衛(wèi)星（蘇聯(lián)，1957年）

第一顆人造衛(wèi)星（蘇聯(lián)，1957年）

第一顆載人飛船（蘇聯(lián)，1961年）

第一顆載人飛船（蘇聯(lián)，1961年）

人類首次登上月球（美國(guó)，1969年）

人類首次登上月球（美國(guó)，1969年）

首架航天飛機(jī)（美國(guó)，1981年）

首架航天飛機(jī)（美國(guó)，1981年）

首次沖出太陽(yáng)系（美國(guó)，1989年）

首次沖出太陽(yáng)系（美國(guó)，1989年）

仿人機(jī)器人（日本，2001年）

仿人機(jī)器人（日本，2001年）

神州五號(hào)載人航天成功（中國(guó)，2003年）

神州五號(hào)載人航天成功（中國(guó)，2003年）

勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，2004年）

勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，2004年）控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)控制機(jī)床控制生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制機(jī)器人控制......控制技術(shù)的應(yīng)用控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)控制控制技術(shù)海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）

海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)船用火力發(fā)電綜合控制系統(tǒng)

船用火力發(fā)電綜合控制系統(tǒng)家用電器冰箱、洗衣機(jī)家庭影院微波爐......控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)家用電器冰箱、洗衣機(jī)控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)消費(fèi)類產(chǎn)品WalkManU盤、MP3手機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品......控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)32、64等合弦音MCU芯片消費(fèi)類產(chǎn)品WalkMan控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)32、智能樓宇的控制控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)可視對(duì)講、室內(nèi)報(bào)警、遠(yuǎn)程家電控制…….智能樓宇的控制控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)可視對(duì)講、室內(nèi)報(bào)樓宇電梯的控制信號(hào)檢測(cè)供電系統(tǒng)電機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu))可編程序控制器ProgrammableLogicController電機(jī)控制器樓宇電梯的控制信供電機(jī)可編程序Programma汽車電子汽車電子電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制行駛裝置報(bào)警與安全裝置旅居性儀表娛樂通訊收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺(tái)點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖….安全帶、車燈未關(guān)報(bào)警、速度報(bào)警、安全氣囊….空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、出租車用儀表….控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(5)汽車電子汽車電子電源收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺(tái)點(diǎn)火裝置21世紀(jì)

綠色

環(huán)保汽車EV安全、舒適、可靠無廢氣排放(零排放)高效率EV?21世紀(jì)綠色環(huán)保汽車EV安全、舒適、可靠無廢氣排放高效率機(jī)電機(jī)電一體化EV充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、空調(diào)、音響、雨刷、安全報(bào)警、電動(dòng)門窗…….電子機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制控制機(jī)電機(jī)電一體化EV充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電口語(yǔ)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)使用情景示意圖汽車GPS定位，GIS導(dǎo)航，GSM通信單片機(jī)控制器應(yīng)用口語(yǔ)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)使用情景示意圖汽車GPS定位，GIS導(dǎo)航，G自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。既是一門古老的、已臻成熟的學(xué)科，又是一門正在發(fā)展的、具有強(qiáng)大生命力的新興學(xué)科。自動(dòng)控制理論的發(fā)展可分為四個(gè)主要階段：第一階段：經(jīng)典控制理論（或古典控制理論）的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟；第二階段：現(xiàn)代控制理論的興起和發(fā)展；第三階段：大系統(tǒng)控制興起和發(fā)展階段；第四階段：智能控制發(fā)展階段。1.6控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。既是一門古老的經(jīng)典控制理論控制理論的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)控制。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)等基于反饋原理的軍用裝備，進(jìn)一步促進(jìn)和完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展。經(jīng)典控制理論控制理論的發(fā)展初期，是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)瓦特1769年瓦特（JamesWatt）的蒸汽機(jī)及他的離心式飛錘調(diào)速器建立了蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，出現(xiàn)了反饋的概念，“調(diào)節(jié)器”或“飛球調(diào)節(jié)器”用于調(diào)節(jié)蒸汽流，以便確保引擎工作時(shí)速度大致均勻，這是當(dāng)時(shí)反饋調(diào)節(jié)器最成功的應(yīng)用，它的出現(xiàn)標(biāo)志著英國(guó)工業(yè)革命的開始，但也發(fā)現(xiàn)了閉環(huán)系統(tǒng)可能出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象．瓦特是一位實(shí)干家，他沒有對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行理論分析．瓦特1769年瓦特（JamesWatt）的蒸汽機(jī)及他的離瓦特的蒸汽機(jī)瓦特的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器工作原理工作原理：進(jìn)入蒸汽缸中的蒸汽量，可根據(jù)蒸汽機(jī)的希望轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整。它的工作原理是：根據(jù)希望的轉(zhuǎn)速，設(shè)置輸入量(控制量)。如果實(shí)際轉(zhuǎn)速降低到希望的轉(zhuǎn)速值以下，則調(diào)速器的離心力下降，從而使控制閥上升，進(jìn)入蒸汽機(jī)的蒸汽量增加，于是蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加，直至上升到希望的轉(zhuǎn)速值時(shí)為止。離心調(diào)速器工作原理工作原理：進(jìn)入蒸汽缸中的蒸汽量，可根據(jù)蒸汽對(duì)非線性問題的處理辦法課件反之，若蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加到超過希望的轉(zhuǎn)速值，調(diào)速器的離心力便會(huì)增加，造成控制閥向下移動(dòng)。這樣就減少了進(jìn)入蒸汽機(jī)的蒸汽量，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速也就隨之下降，直到下降至希望的轉(zhuǎn)速時(shí)為止。離心調(diào)速器工作原理反之，若蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加到超過希望的轉(zhuǎn)速值，調(diào)速器的離心力便1868年：J.C.Maxwell發(fā)表《調(diào)速器》，提出反饋控制的概念及穩(wěn)定性條件。1895年，數(shù)學(xué)家勞斯（Routh）和赫爾威茨（Hurwitz）分別獨(dú)立地提出了高階系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，即Routh和Hurwitz判據(jù)。 二戰(zhàn)期間（1938-1945年）奈奎斯特（H.Nyquist）提出了頻率響應(yīng)理論1948年，伊萬斯（W.R.Evans）提出了根軌跡法。至此，控制理論發(fā)展的第一階段基本完成，形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經(jīng)典控制理論。1868年：J.C.Maxwell發(fā)表《調(diào)速器》，提出反經(jīng)典控制理論的基本特征（1）主要用于線性定常系統(tǒng)的研究，即用于常系數(shù)線性微分方程描述的系統(tǒng)的分析與綜合；（2）只用于單輸入，單輸出的反饋控制系統(tǒng)；（3）只討論系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，是一種對(duì)系統(tǒng)的外部描述方法。經(jīng)典控制理論的基本特征（1）主要用于線性定常系統(tǒng)的研究，即用現(xiàn)代控制理論由于經(jīng)典控制理論只適用于單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，只注重系統(tǒng)的外部描述而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。因而在實(shí)際應(yīng)用中有很大局限性。隨著航天事業(yè)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代初，在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上，以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展起來。 現(xiàn)代控制理論由于經(jīng)典控制理論只適用于單輸入、單1954年貝爾曼（R.Belman)提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論1956年龐特里雅金（L.S.Pontryagin）提出極大值原理1960年卡爾曼（R.K.Kalman)提出多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論現(xiàn)代控制理論1954年貝爾曼（R.Belman)提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論現(xiàn)代控制大系統(tǒng)的特征是：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（環(huán)節(jié)較多、層次較多或關(guān)系復(fù)雜）、目標(biāo)多樣、影響因素眾多，且常帶有隨機(jī)性的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)不能采用常規(guī)的建模方法、控制方法和優(yōu)化方法來分析和設(shè)計(jì)，因?yàn)槌Ｒ?guī)方法無法通過合理的計(jì)算工作得到滿意的解答。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多大系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)、城市交通網(wǎng)、數(shù)字通信網(wǎng)、柔性制造系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、水源系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)的特征是：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（環(huán)節(jié)較多、層次較多或關(guān)系是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在控制上的應(yīng)用。智能控制的概念和原理主要是針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境、控制目標(biāo)或任務(wù)的復(fù)雜性提出來的，它的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問題的技巧，解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜的控制問題。智能控制是從“仿人”的概念出發(fā)的。一般認(rèn)為，其方法包括學(xué)習(xí)控制、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、和專家控制等方法。智能控制是近年來新發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，是人工智能在1.8本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法

本課程的任務(wù)控制系統(tǒng)性能分析動(dòng)態(tài)性能：過渡過程分析、穩(wěn)定性分析等穩(wěn)態(tài)性能：控制精度（穩(wěn)態(tài)誤差）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律以改善控制系統(tǒng)的性能使其滿足控制要求。控制系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)通常是交替進(jìn)行的。1.8本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法本課程的任務(wù)控制系統(tǒng)性能分析控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)一般包括：建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（線性化模型）對(duì)象的性能分析、仿真選擇控制方案（開環(huán)/閉環(huán)；線性/非線性等）選擇性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)控制器全系統(tǒng)性能分析、仿真研制控制器，構(gòu)建控制系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)一般包括：建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（線性化

本課程主要內(nèi)容控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立控制系統(tǒng)的時(shí)域分析控制系統(tǒng)的頻域分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正介紹經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)，包括：本課程主要內(nèi)容控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立控制系統(tǒng)的時(shí)域分析關(guān)于制造業(yè)制造業(yè)是“永遠(yuǎn)不落的太陽(yáng)”，是現(xiàn)代文明的支柱之一；它既占有基礎(chǔ)地位，又處于前沿關(guān)鍵，既古老又年輕；它是工業(yè)發(fā)展的主體，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的急促。甚至可以講，沒有“制造業(yè)”，就沒有人類。制造業(yè)是立國(guó)之本2010年，我國(guó)成功躋身世界第一制造業(yè)大國(guó)關(guān)于制造業(yè)制造業(yè)是“永遠(yuǎn)不落的太陽(yáng)”，是現(xiàn)代文明的支柱之一；關(guān)于制造業(yè)美國(guó)：20世紀(jì)后期，去工業(yè)化，金融業(yè)大發(fā)展，經(jīng)濟(jì)蕭條，失業(yè)率高。近幾年，奧巴馬政府將“再工業(yè)化”作為一種國(guó)家戰(zhàn)略來實(shí)施?！百I美國(guó)貨”、《制造業(yè)促進(jìn)法案》。實(shí)質(zhì)是推動(dòng)美國(guó)制造業(yè)脫胎換骨，催生一種新的生產(chǎn)方式。關(guān)于制造業(yè)美國(guó)：關(guān)于制造業(yè)德國(guó)：制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，工業(yè)3.0的佼佼者，美國(guó)“再工業(yè)化”，感受到了強(qiáng)大的壓力，提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。德國(guó)所謂的Industry4.0是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—PhysicalSystem)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。關(guān)于制造業(yè)德國(guó)：四次工業(yè)革命四次工業(yè)革命德國(guó)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略要點(diǎn)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：CPS研究?jī)纱笾黝}：智能工廠和智能生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)集成：橫向集成、縱向集成與端

對(duì)端的集成實(shí)施八項(xiàng)計(jì)劃德國(guó)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略要點(diǎn)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：CPS工業(yè)4.0下的產(chǎn)品特點(diǎn)集成了信息存儲(chǔ)、傳感、無線通信功能產(chǎn)品是信息載體：產(chǎn)品在整個(gè)完整的供應(yīng)鏈和生命周期中都一直帶有自身信息。產(chǎn)品是一個(gè)agent：產(chǎn)品會(huì)影響其所在環(huán)境。產(chǎn)品具有自監(jiān)測(cè)功能：產(chǎn)品會(huì)對(duì)其自身狀態(tài)和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。工業(yè)4.0下的產(chǎn)品特點(diǎn)集成了信息存儲(chǔ)、傳感、無線通信功能工業(yè)4.0下的數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)制造業(yè)存儲(chǔ)了超過其他工業(yè)部門的數(shù)據(jù)從2010年以來新產(chǎn)品數(shù)據(jù)達(dá)到接近2艾字節(jié)（）：儀器儀表產(chǎn)品、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期系統(tǒng)。工業(yè)4.0下的數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)工業(yè)4.0下的多模式交互工業(yè)4.0下的多模式交互智慧工廠中的機(jī)器人技術(shù)智慧工廠中的機(jī)器人技術(shù)智慧工廠中的職能裝配智慧工廠中的職能裝配對(duì)非線性問題的處理辦法課件中國(guó)制造20252015年5月，李克強(qiáng)總理簽署，中國(guó)版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃——《中國(guó)制造2025》。規(guī)劃開篇指出“制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。十八世紀(jì)中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強(qiáng)國(guó)的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒有國(guó)家和民族的強(qiáng)盛。打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，是我國(guó)提升綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的必由之路。”中國(guó)制造20252015年5月，李克強(qiáng)總理簽署，中國(guó)版的“工中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，我制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。？中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)：第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國(guó)行列；第二步，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平；第三步，到新中國(guó)成立一百年時(shí)，我制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。？中國(guó)制造2025《中國(guó)制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)對(duì)非線性問題的處理辦法課件

專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課課程性質(zhì):授課對(duì)象:機(jī)械制造及自動(dòng)化本科學(xué)生課程特點(diǎn)：1.抽象，概括，涉及范圍廣2.非常重要和有用的科學(xué)理論，一門卓越的方法論3.前期課程基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)特別是：復(fù)變函數(shù)和積分變換機(jī)械振動(dòng)理論與交流電路理論4.學(xué)時(shí)太少，只能減減減。。。專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課課程性質(zhì):授課對(duì)象:機(jī)械制造及自動(dòng)化本科學(xué)生課要求:1.上課一定要帶的三樣?xùn)|西：課本、筆、本子可以不用帶的東西：手機(jī)2.按時(shí)上課，不遲到。3.課后認(rèn)真完成作業(yè)，不偷懶。注意：?jiǎn)坞p周上課，本周為雙周要求:第一章緒論第一章緒論第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)1.2系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型1.3反饋1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用1.6控制理論發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧1.7本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法第一章緒論1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)第一章緒論控制對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為?？刂频睦樱鹤呗?、駕駛、火炮打飛機(jī)1943年，維納《行為，目的和目的論》的發(fā)表是控制論萌芽的實(shí)物標(biāo)志1948年，維納所著《控制論》的出版，標(biāo)志著這門學(xué)科的正式誕生控制論第一章緒論控制對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為第一章緒論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科。控制論經(jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)生物學(xué)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)控制論社會(huì)控制論生物控制論工程控制論機(jī)械工程機(jī)械工程控制論第一章緒論控制論與其它學(xué)科結(jié)合，形成眾多的分支學(xué)科?？刂普?.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。具體地說，它研究的是工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件（即輸入或激勵(lì)，包括外加控制與外加干擾）作用下，從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的由內(nèi)部的固有特性（即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性）所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程；研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。系統(tǒng)(廣義系統(tǒng)):按一定的規(guī)律聯(lián)系在一起的元素的集合。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。系統(tǒng)(廣義系統(tǒng)):系統(tǒng)框圖如下:廣義系統(tǒng):具備系統(tǒng)要素的一切事物或?qū)ο蟆?.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。廣義系統(tǒng):供需關(guān)系和物價(jià)研究某臺(tái)機(jī)床在切削加工過程中的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，切削加工過程本身是一廣義系統(tǒng)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床所加工的某些質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，這一工件本身可作為一廣義系統(tǒng)；當(dāng)研究此臺(tái)機(jī)床的操作者在加工過程中的作用時(shí)，操作者本身或操作者的思維等則可作為一廣義系統(tǒng)。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。動(dòng)力學(xué)問題：系統(tǒng)在外界作用（輸入或激勵(lì)、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)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定）所決定的動(dòng)態(tài)歷程（輸出或響應(yīng)）。這一過程中，系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系即為系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)工程控制例.彈簧－質(zhì)量－阻尼單自由度系統(tǒng)。分析：這是同一個(gè)系統(tǒng)，不同的外界作用1.1機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù)例.彈簧－質(zhì)量－阻尼單自由度系統(tǒng)。分析：這是同一個(gè)系統(tǒng)，不同對(duì)非線性問題的處理辦法課件對(duì)非線性問題的處理辦法課件上式中y(t)為微分方程的解，顯然它是由系統(tǒng)的初始條件，系統(tǒng)的固有特性，系統(tǒng)的輸入及系統(tǒng)與輸入之間的關(guān)系決定。上式中y(t)為微分方程的解，顯然它是由系統(tǒng)的初始條件，系統(tǒng)對(duì)上例，需要研究的問題可歸納為以下三類：1)系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)的固有特性如何影響y(t)，三者之間表現(xiàn)為何種關(guān)系。2)系統(tǒng)確定并已知時(shí)，對(duì)系統(tǒng)施加何種輸入，能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)。3)對(duì)于確定的輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有什么特性，才能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)?；镜膭?dòng)力學(xué)問題。對(duì)上例，需要研究的問題可歸納為以下三類：1)系統(tǒng)的輸入與系統(tǒng)注意：系統(tǒng)的初始狀態(tài)也可視為一種特殊的輸入，即初始輸入或初始激勵(lì)。當(dāng)初態(tài)不為0時(shí)，即使無輸入，系統(tǒng)的狀態(tài)也不斷改變，這就是自由運(yùn)動(dòng)。工程控制論的內(nèi)容可歸納為如下5個(gè)方面：（1）已知系統(tǒng)和輸入，求系統(tǒng)的輸出，即系統(tǒng)分析問題；

（2）已知系統(tǒng)和系統(tǒng)的理想輸出，設(shè)計(jì)輸入，即最優(yōu)控制問題；

（3）已知輸入和理想輸出時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，即最優(yōu)設(shè)計(jì)問題；

（4）輸出已知，確定系統(tǒng)，以識(shí)別輸入或輸入中的有關(guān)信息，此即濾波與預(yù)測(cè)問題；

（5）已知系統(tǒng)的輸入和輸出，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，即系統(tǒng)辨識(shí)問題。

注意：系統(tǒng)的初始狀態(tài)也可視為一種特殊的輸入，即初始輸入或初始1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):我們所研究的“系統(tǒng)”就是由相互聯(lián)系、相互作用的若干部分構(gòu)成，而且有一定的目的或一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一個(gè)整體。其實(shí)，在自然界、社會(huì)界、工程界中，存在著各式各樣的系統(tǒng)，任何一個(gè)系統(tǒng)莫不處于同外界（即同其他系統(tǒng)）相互聯(lián)系之中。學(xué)會(huì)以“系統(tǒng)”的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)、分析、處理客觀對(duì)象，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，也是人類在認(rèn)識(shí)論與方法論上的一大進(jìn)步。一個(gè)系統(tǒng)的特性并不能看成是組成他的元件或子系統(tǒng)的特性的簡(jiǎn)單總和。注意1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):我們所研究的“系1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):孤立地考察這兩個(gè)元件，特性十分簡(jiǎn)單：質(zhì)量塊的加速度與受到的力成正比，即牛頓第二定律；則與受到的力成正比，即虎克定律。假定彈簧是線性的，彈簧的變形可是兩者構(gòu)成系統(tǒng)后，系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：

這一動(dòng)力學(xué)方程表現(xiàn)出來的性質(zhì)卻比兩個(gè)元件各自的性質(zhì)復(fù)雜得多。1.2系統(tǒng)及其模型1.系統(tǒng):孤立地考察這兩個(gè)元件，特性十分以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，由機(jī)械元件組成的系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)的輸入輸出，往往分別稱為“激勵(lì)”與“響應(yīng)”。機(jī)械系統(tǒng)的“激勵(lì)”一般是外界對(duì)系統(tǒng)的作用，如作用在系統(tǒng)上的力，即載荷等。而“響應(yīng)”則一般是系統(tǒng)的變形或位移等。一個(gè)系統(tǒng)的激勵(lì)，如果是人為地，有意識(shí)地加上去的，往往又稱為“控制”，而如果是偶然因素產(chǎn)生而一般無法完全人為控制的，則稱為“擾動(dòng)”。1.2系統(tǒng)及其模型2.機(jī)械系統(tǒng):以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，承受一定的機(jī)械載荷為目的，3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:模型是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)與描述系統(tǒng)、分析系統(tǒng)的一種工具。在我們這里模型是指一種用數(shù)學(xué)方法所描述的抽象的理論模型，用來表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間的關(guān)系，故又稱為數(shù)學(xué)模型。

數(shù)學(xué)模型又包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。動(dòng)態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在控制理論或控制工程中，一般關(guān)心的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此，往往需要采用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)模型反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出僅由其現(xiàn)時(shí)輸入所決定，一般以代數(shù)公式描述。1.2系統(tǒng)及其模型3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:模型是研究系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)

動(dòng)態(tài)模型反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時(shí)輸出還由受其以前輸入的歷史的影響，一般以微分方程或差分方程描述。3.靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型:1.2系統(tǒng)及其模型動(dòng)態(tài)模型反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀系統(tǒng)的輸出，部分或全部地被反過來用于控制系統(tǒng)的輸入，稱為系統(tǒng)的反饋。1.3反饋

1、定義:系統(tǒng)之所以有動(dòng)態(tài)歷程，系統(tǒng)及其輸入、輸出之間之所以有動(dòng)態(tài)關(guān)系，就是由于系統(tǒng)本身有著信息的反饋。系統(tǒng)的輸出，部分或全部地被反過來用于控制系統(tǒng)的輸例5：解：如果負(fù)載變化，使ω增加->離心機(jī)構(gòu)滑套上移->液壓滑閥上移，動(dòng)力活塞下移，油門關(guān)小，ω減小->直到滑閥回復(fù)中位，ω回復(fù)到設(shè)定值。通過檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，反過來又作用于系統(tǒng)，形成反饋，進(jìn)而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出，本例中的反饋表現(xiàn)為ω變化所引起的信息傳遞與交互。例5：解：如果負(fù)載變化，使ω增加->離心機(jī)構(gòu)滑套上移->液壓2、內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目的而人為加入的反饋，稱為外反饋。

內(nèi)反饋：在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋，稱為內(nèi)反饋。它是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)元素之間相互耦合的結(jié)果。內(nèi)反饋是造成機(jī)械系統(tǒng)存在一定的動(dòng)態(tài)特性的根本原因，紛繁復(fù)雜的內(nèi)反饋的存在使得機(jī)械系統(tǒng)變得異常復(fù)雜。1.3反饋

2、內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為達(dá)到某種控制目顯然這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆]有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例：m-c-k系統(tǒng)顯然這是一個(gè)內(nèi)反饋，因?yàn)闆]有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱

溫度計(jì)例7：人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過程：觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較，得到溫度偏差的大小和方向1、控制系統(tǒng)工作原理反饋的例子加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱溫度計(jì)例7：人工根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值。人工控制過程的實(shí)質(zhì)：檢測(cè)偏差再糾正偏差。大腦手調(diào)壓器恒溫箱眼睛實(shí)際溫度期望溫度人工控制恒溫箱系統(tǒng)功能框圖溫度計(jì)根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電人工控制過程的實(shí)質(zhì)加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動(dòng)機(jī)減速器u2u1++u恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)例加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號(hào)比較電壓功率執(zhí)行減速恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理：恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓u2

恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實(shí)際溫度

u2比較得到溫度偏差信號(hào)u＝u1

u2溫度偏差信號(hào)經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電流的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差u＝0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)功能框圖如下所示：恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理：恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)給定信號(hào)電壓功率放大器控制電機(jī)減速器調(diào)壓器恒溫箱(控制對(duì)象)熱電偶u1u2uuanvu溫度t(被控量)擾動(dòng)恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)功能框圖從恒溫箱控制系統(tǒng)功能框圖可見：給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號(hào)）。被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量。給定電壓控制減調(diào)恒溫箱熱電偶u1u2uuanvu溫度t(輸出量（全部或一部分）通過測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱為反饋信號(hào)。綜上所述，控制系統(tǒng)的工作原理：檢測(cè)輸出量（被控制量）的實(shí)際值將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比

較得出偏差；

用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得

輸出量維持期望的輸出。輸出量（全部或一部分）通過測(cè)量裝置返回系綜上所述，控制系統(tǒng)由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自動(dòng)減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。顯然：反饋控制建立在偏差基礎(chǔ)上，其控制方式是“檢測(cè)偏差再糾正偏差”。這種基于反饋原理，能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間既定關(guān)系的系統(tǒng)。稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)具備測(cè)量、比較和執(zhí)行三個(gè)基本功能。注意：反饋控制系統(tǒng)中，反饋信號(hào)是與給定信號(hào)相減，使偏差越來越小，稱為負(fù)反饋。負(fù)反饋控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制最基本的方法。由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動(dòng)的情況下，自1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按有無反饋來分一、系統(tǒng)的分類

開環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按有無反饋來分一、特點(diǎn)：系統(tǒng)僅受輸入量和擾動(dòng)量控制；輸出端和輸入端之間不存在反饋回路；輸出量在整個(gè)控制過程中對(duì)系統(tǒng)的控制不產(chǎn)生任何影響。輸入裝置指令系統(tǒng)輸入控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)工作臺(tái)位置系統(tǒng)輸出數(shù)控機(jī)床的開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。缺點(diǎn)：精度通常較低、無自動(dòng)糾偏能力。特點(diǎn)：系統(tǒng)僅受輸入量和擾動(dòng)量控制；輸出端和輸入端之間不存在反

閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過程有直接影響。閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，減少偏差。缺點(diǎn)：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問題，系統(tǒng)性能分析和設(shè)計(jì)麻煩。閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感

程序控制系統(tǒng)如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.按輸入量的變化規(guī)律和輸出量的變化特性來分一、系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。自動(dòng)調(diào)

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）系統(tǒng)輸入為常量，在外界干擾作用下，系統(tǒng)的輸出仍能基本保持為常量的系統(tǒng)。

此系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（定值跟蹤系統(tǒng)）系統(tǒng)輸入為常量，在外界干擾作用是以機(jī)械量（位移、速度、加速度）為輸出量的反饋控制系統(tǒng)。輸入量的變化規(guī)律不能預(yù)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，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律。例：炮瞄雷達(dá)系統(tǒng)就是隨動(dòng)系統(tǒng)。飛機(jī)的位置是輸入，高射炮的指向是輸出，高射炮的指向隨飛機(jī)位置的變動(dòng)而變動(dòng)。此系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）是以機(jī)械量（位移、速度、加速度）為輸出量的反饋輸入量的變化規(guī)律預(yù)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(duì)象按照指令程序的要求而運(yùn)動(dòng)。如數(shù)控加工系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)和計(jì)算機(jī)的打印機(jī)也屬于程序控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)的輸入量均為時(shí)間的函數(shù)，不同之處是前者的輸入是已知的，后者的輸入則是未知的。

可以是開環(huán)也可以是閉環(huán)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)輸入量的變化規(guī)律預(yù)先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變過程控制系統(tǒng)是以表征生產(chǎn)過程的參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度或PH值等為被測(cè)量的反饋控制系統(tǒng)。通過對(duì)過程參數(shù)的反饋控制，可使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)，從而使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和能耗減少。過程控制在石油、化工、電力、冶金、輕工、建材等部門有廣泛應(yīng)用。過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)）過程控制系統(tǒng)是以表征生產(chǎn)過程的參數(shù)如溫度、壓力、流量、經(jīng)典控制理論中，描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的最基本的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)或一組微分方程和代數(shù)方程。3.線性和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)若系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式是線性的，則這種系統(tǒng)就是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)最重要的特性就是可以運(yùn)用疊加原理。所謂疊加原理是，系統(tǒng)在幾個(gè)外加作用下所產(chǎn)生的響應(yīng)，等于各個(gè)外加作用單獨(dú)作用的響應(yīng)之和。經(jīng)典控制理論中，描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的最基本的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)線性定常系統(tǒng)

用線性常微分方程描述的系統(tǒng)。如：b)線性時(shí)變系統(tǒng)

描述系統(tǒng)的線性微分方程的系數(shù)為時(shí)間的函數(shù)，如：

如火箭的發(fā)射過程，由于燃料的消耗，火箭的質(zhì)量隨時(shí)間變化，重力也隨時(shí)間變化。式中：a、b、c、d均為常數(shù)3.線性和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)

用線性常微分方程描述的系統(tǒng)。如：b)線非線性系統(tǒng)用非線性方程描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。如：

非線性系統(tǒng)的重要特性，是不能運(yùn)用疊加原理。系統(tǒng)中包含非線性因素，給系統(tǒng)的分析和研究帶來了復(fù)雜性。3.線性和非線性系統(tǒng)線性化忽略非線性因素用非線性系統(tǒng)的分析方法來處理對(duì)非線性問題的處理辦法：非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)的重要特性，是不能運(yùn)用疊加原單變量系統(tǒng)是只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量的系統(tǒng)，又稱單輸入單輸出系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，許多簡(jiǎn)單的或基本的控制系統(tǒng)往往都是單變量系統(tǒng)。多變量控制系統(tǒng)是具有多個(gè)輸入量或輸出量的控制系統(tǒng)，又稱多輸入多輸出系統(tǒng)。同單變量系統(tǒng)相比，多變量系統(tǒng)的控制復(fù)雜得多。在多變量控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象、測(cè)量元件、控制器和執(zhí)行元件都可能具有一個(gè)以上的輸入變量或一個(gè)以上的輸出變量。4.單變量和多變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng)是只有一個(gè)輸入量和一個(gè)輸出量的系統(tǒng)，又閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控對(duì)象的目標(biāo)值。測(cè)量環(huán)節(jié)：用于測(cè)量被控量，并將被控量轉(zhuǎn)換為便于傳送的另一個(gè)物理量。比較環(huán)節(jié)：輸入量和反饋量進(jìn)行比較得到一個(gè)小功率的偏差信號(hào)。放大及運(yùn)算環(huán)節(jié)：對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行功率放大，以便推動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)。常用的放大類型有電流放大、電氣-液壓放大等。

閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成給定環(huán)節(jié)：給出輸入信號(hào)的環(huán)節(jié)，用于確定被控閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。

執(zhí)行環(huán)節(jié)一般是一個(gè)有源的功率放大裝置，工作中要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。例如，把電能通過直流電機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。給定環(huán)節(jié)、測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、校正放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)一起，組成了這一控制系統(tǒng)的控制部分，目的是對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)送來的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)的穩(wěn)定性響應(yīng)的快速型響應(yīng)的準(zhǔn)確性

系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、快速性相互制約，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理選擇。注意：

不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定性、精確性和快速性要求各有側(cè)重。1.4系統(tǒng)的分類及對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)控制系統(tǒng)的基本要1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用工業(yè)控制國(guó)防應(yīng)用家用電器消費(fèi)類產(chǎn)品控制無處不在控制技術(shù)應(yīng)用1.5機(jī)械制造的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用工業(yè)控制國(guó)防應(yīng)

第一顆人造衛(wèi)星（蘇聯(lián)，1957年）

第一顆人造衛(wèi)星（蘇聯(lián)，1957年）

第一顆載人飛船（蘇聯(lián)，1961年）

第一顆載人飛船（蘇聯(lián)，1961年）

人類首次登上月球（美國(guó)，1969年）

人類首次登上月球（美國(guó)，1969年）

首架航天飛機(jī)（美國(guó)，1981年）

首架航天飛機(jī)（美國(guó)，1981年）

首次沖出太陽(yáng)系（美國(guó)，1989年）

首次沖出太陽(yáng)系（美國(guó)，1989年）

仿人機(jī)器人（日本，2001年）

仿人機(jī)器人（日本，2001年）

神州五號(hào)載人航天成功（中國(guó)，2003年）

神州五號(hào)載人航天成功（中國(guó)，2003年）

勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，2004年）

勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器（美國(guó)，2004年）控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)控制機(jī)床控制生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制機(jī)器人控制......控制技術(shù)的應(yīng)用控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)控制控制技術(shù)海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”纜控式無人潛水器（左）及其在大海中工作時(shí)的情況（右）

海洋探測(cè)機(jī)器人1990年日本海洋科技中心研制的“海溝號(hào)”CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自動(dòng)化所機(jī)器人中心研制的CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人（上）和正在下水的情況（右）CR-01型6000米水下無纜機(jī)器人1995年8月我國(guó)沈陽(yáng)自瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人

瑞典博福斯公司研制的“雙鷹”水下掃雷機(jī)器人一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)船用火力發(fā)電綜合控制系統(tǒng)

船用火力發(fā)電綜合控制系統(tǒng)家用電器冰箱、洗衣機(jī)家庭影院微波爐......控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)家用電器冰箱、洗衣機(jī)控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)消費(fèi)類產(chǎn)品WalkManU盤、MP3手機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品......控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)32、64等合弦音MCU芯片消費(fèi)類產(chǎn)品WalkMan控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)32、智能樓宇的控制控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)可視對(duì)講、室內(nèi)報(bào)警、遠(yuǎn)程家電控制…….智能樓宇的控制控制技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)可視對(duì)講、室內(nèi)報(bào)樓宇電梯的控制信號(hào)檢測(cè)供電系統(tǒng)電機(jī)(執(zhí)行機(jī)構(gòu))可編程序控制器ProgrammableLogicController電機(jī)控制器樓宇電梯的控制信供電機(jī)可編程序Programma汽車電子汽車電子電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制行駛裝置報(bào)警與安全裝置旅居性儀表娛樂通訊收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺(tái)點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖….安全帶、車燈未關(guān)報(bào)警、速度報(bào)警、安全氣囊….空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、