《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課件

機(jī)械控制工程基礎(chǔ)黃文怡主講工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系機(jī)械控制工程基礎(chǔ)黃文怡主講機(jī)械設(shè)計(jì)制造(教材)第一章緒論第二章拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法第三章

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

第四章系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析第五章系統(tǒng)的頻率特性第六章

系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析第七章機(jī)械工程控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造(教材)第一章緒論第一節(jié)概述第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求第一章緒論第一節(jié)概述第一章緒論第一節(jié)概述一、控制工程研究的主要內(nèi)容二、控制理論的發(fā)展三、控制理論在工程中的應(yīng)用四、控制理論的學(xué)習(xí)方法第一節(jié)概述一、控制工程研究的主要內(nèi)容一、控制工程研究的主要內(nèi)容控制工程主要研究有關(guān)自動控制和系統(tǒng)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論及其在工程中的應(yīng)用。它是一門新興技術(shù)科學(xué)，也是一門邊緣科學(xué)，它的理論基礎(chǔ)是控制理論。具體的講研究用控制理論的基本原理解決電氣、機(jī)械、測控、化工等一切工程系統(tǒng)中的控制技術(shù)問題。（圖1-1）一、控制工程研究的主要內(nèi)容控制工程主要研究有關(guān)自動控制和系統(tǒng)離心調(diào)速器原理示意圖(圖1-1)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速離心調(diào)速器原理示意圖(圖1-1)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速工程控制理論的實(shí)質(zhì)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，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)歷的由其內(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)所決定的整個動態(tài)歷程；研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系．

系統(tǒng)輸入輸出工程控制理論的實(shí)質(zhì)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決的兩個問題

學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決兩個問題：一是如何分析某個給定控制系統(tǒng)的工作原理、穩(wěn)定性和過渡過程品質(zhì)；二是如何根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用機(jī)、電、液、光等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。前者主要是分析系統(tǒng)，后者是綜合與設(shè)計(jì)，無論解決哪類問題，都必須具有豐富的控制理論知識。學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決的兩個問題學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決兩個二、控制理論的發(fā)展1、控制理論的產(chǎn)生可以追朔到1788年瓦特(J.Watt)為控制蒸汽機(jī)速度而發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，其原理示意圖如圖1-1所示。2、1868年，英國物理學(xué)家馬克斯威爾（J.C.Maxwell）發(fā)表了第一篇關(guān)于“論調(diào)速器”的文章，首先提出了“反饋控制”的概念。3、1884年和1895年,勞斯（E.J.Routh）和霍爾維茨(A.Hurwitz)把馬克斯威爾的理論擴(kuò)展到用高階微分方程描述的更為復(fù)雜的系統(tǒng)，并分別提出了兩種著名的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。1932年奈奎斯特（H.Nyquist）研制出電子管振蕩器，同時提出了著名的Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)。二、控制理論的發(fā)展1、控制理論的產(chǎn)生可以追朔到1788年瓦特二、控制理論的發(fā)展4、1948年美國數(shù)學(xué)家維納（N.Wiener）出版了著名的《控制論—關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》一書，他揭示了無論機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)甚至社會和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，都存在一個共同本質(zhì)的特點(diǎn)，它們都是通過信息的傳遞、處理與反饋這三個要素來進(jìn)行控制，這就是控制論的中心思想。1950年伊萬斯（W.R.Evans）提出的根軌跡法提供了尋找特征方程根的比較簡易的圖解方法，至此，形成了完整的經(jīng)典控制理論。二、控制理論的發(fā)展4、1948年美國數(shù)學(xué)家維納（N.Wien二、控制理論的發(fā)展5、我國著名科學(xué)家錢學(xué)森從控制論這一總題目中，把已被當(dāng)時科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)踐所證明的部分分離出來，創(chuàng)立了“工程控制論”，并于1954年出版了《工程控制論》這一名著，這對控制理論的發(fā)展與應(yīng)用起到了很大的推動作用。二、控制理論的發(fā)展5、我國著名科學(xué)家錢學(xué)森從控制論這一總題目二、控制理論的發(fā)展6、50年代末與60年代初，一方面由于工業(yè)生產(chǎn)、火箭和空間技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多變量、非線性和時變參數(shù)系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論已經(jīng)不能滿足要求；另一方面由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，半導(dǎo)體和電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器和自動檢測技術(shù)的發(fā)展，使控制理論發(fā)展到了一個新階段，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代控制理論。

隨著科技進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，控制論無論是在三要素的內(nèi)涵上，還是在其深度與廣度上都在發(fā)展變化著，對促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和社會進(jìn)步產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。二、控制理論的發(fā)展6、50年代末與60年代初，一方面由于工業(yè)二、控制理論的發(fā)展控制理論發(fā)展大體可分三個階段：

第一階段：20世紀(jì)40～50年代為經(jīng)典控制論發(fā)展時期。經(jīng)典控制論的內(nèi)容是以微分方程、傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究單輸入、單輸出控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，對線性定常系統(tǒng)，這種方法是成熟而有效的。二、控制理論的發(fā)展控制理論發(fā)展大體可分三個階段：二、控制理論的發(fā)展第二階段：20世紀(jì)60—70年代為現(xiàn)代控制論發(fā)展時期，這期間隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了把經(jīng)典控制論中的高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階微分方程組來描述系統(tǒng)的方法，即所謂狀態(tài)空間法，這種方法可以解決多輸入、多輸出問題，對非線性、時變系統(tǒng)也有效。該方法是自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波（卡爾曼濾波）的基礎(chǔ)。二、控制理論的發(fā)展第二階段：二、控制理論的發(fā)展第三階段：20世紀(jì)70年代末至今，控制論向著“大系統(tǒng)理論”和“智能控制論”發(fā)展?！按笙到y(tǒng)理論”是用控制和信息的觀點(diǎn)研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分析方法和協(xié)調(diào)問題?！爸悄芸刂普摗笔茄芯颗c模擬人類活動的機(jī)理。現(xiàn)代科學(xué)揭示，人體是一個具有高度自組織、自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)能力的生命有機(jī)體，是具有非線性、時變和隨機(jī)性、模糊性的特大系統(tǒng)。研究具有仿人智能的工程控制和信息處理問題，以使具有高度復(fù)雜性、高度不確定性的系統(tǒng)達(dá)到人們對控制系統(tǒng)越來越高的要求。二、控制理論的發(fā)展第三階段：三、控制理論在工程中的應(yīng)用1、軍事2、數(shù)控機(jī)床、加工中心3、機(jī)器人4、機(jī)電一體化系統(tǒng)5、動態(tài)測試6、機(jī)械動力系統(tǒng)性能分析7、液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性分析8、生產(chǎn)過程控制三、控制理論在工程中的應(yīng)用1、軍事四、控制理論特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法本課程特點(diǎn)：（1）比較抽象（2）起點(diǎn)高（3）系統(tǒng)性強(qiáng)學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)以新的視角分析和考慮問題。學(xué)習(xí)本門課程要能以系統(tǒng)的而不是孤立的、動態(tài)的而不是靜態(tài)的觀點(diǎn)和方法來思考和解決問題。掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結(jié)合實(shí)際，為解決工程中的控制問題打下基礎(chǔ)。四、控制理論特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法本課程特點(diǎn)：五、本課程參考書楊叔子主編《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》華中理工大學(xué)出版社朱驥北主編《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社胡壽松主編《自動控制原理》科學(xué)出版社董景新編著《控制工程基礎(chǔ)》清華大學(xué)出版社王積偉編著

《控制工程基礎(chǔ)》高等教育出版社五、本課程參考書楊叔子主編《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念一、控制系統(tǒng)的基本工作原理二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念一、控制系統(tǒng)的基本工作原理一、控制系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)：是由相互制約的各個部分組成的具有一定功能的有機(jī)整體。自動控制系統(tǒng)：能夠進(jìn)行自動控制的一整套設(shè)備或裝置。通常由控制器（控制裝置）和被控對象兩大部分組成。被控對象是指系統(tǒng)中需要加以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程；控制器是指能夠?qū)Ρ豢貙ο螽a(chǎn)生控制作用的設(shè)備的總體。控制系統(tǒng)的任務(wù)就是使被控制對象的物理量按照預(yù)先給定的控制規(guī)律變化。一、控制系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)：是由相互制約的各個部分組成的一、控制系統(tǒng)的基本工作原理實(shí)現(xiàn)自動控制的優(yōu)點(diǎn)：1、提高生產(chǎn)率、降低能源消耗。2、減輕體力和腦力勞動。3、生產(chǎn)安全、廢品少、產(chǎn)品質(zhì)量高。一、控制系統(tǒng)的基本工作原理實(shí)現(xiàn)自動控制的優(yōu)點(diǎn)：溫度人工控制的恒溫箱（圖1-2）被控對象被控制量溫度人工控制的恒溫箱（圖1-2）被控對象被控制量自動控制的恒溫箱（圖1-3）自動控制的恒溫箱（圖1-3）實(shí)現(xiàn)控制的三個基本步驟不論采用人工控制還是自動控制都具有以下的共同點(diǎn)：一是要檢測被控制量的實(shí)際值；二是被控制量的實(shí)際值要與給定值進(jìn)行比較得出偏差值；三是要用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用再去消除偏差。

總結(jié)：檢測偏差，消除偏差

實(shí)現(xiàn)控制的三個基本步驟不論采用人工控制還是自動控制都具有以下反饋控制原理反饋是指對系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行測量，并加以處理（取其一部分或全部、或其函數(shù)等）后，再返回輸入端與系統(tǒng)的給定量進(jìn)行比較的過程。如果反饋量對給定量起增強(qiáng)作用，則稱為正反饋；反之，如果反饋量對給定量起減弱作用，則稱為負(fù)反饋。通常，控制系統(tǒng)采用負(fù)反饋?；谪?fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測偏差并用以消除偏差”的控制原理，稱為反饋控制原理。利用反饋控制原理組成的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制原理反饋是指對系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行測量，并加以處理（取固有反饋（或內(nèi)在反饋）固有反饋是指沒有外加的檢測裝置，但是，變量與變量之間相互制約，構(gòu)成了閉合的因果關(guān)系。例如機(jī)械傳動系統(tǒng)、機(jī)械加工系統(tǒng)、直流電機(jī)系統(tǒng)等。從控制理論的角度，它們都是一個反饋控制過程，因而都可以用控制理論加以解決。固有反饋（或內(nèi)在反饋）固有反饋是指沒有外加的檢測裝置，但是職能方框圖

把表示系統(tǒng)的組成、各元件作用關(guān)系及信號傳遞（或流通）關(guān)系的圖形稱為職能方框圖。職能方框圖把表示系統(tǒng)的組成、各元件作用關(guān)系及信號控制系統(tǒng)中常用的概念和術(shù)語的含義說明

輸出量（或稱輸出信號、被控制量）：是指控制系統(tǒng)中需要加以控制的物理量。系統(tǒng)的輸出量常用符號xo(t)表示。

輸入量（或稱輸入信號、給定值、給定量）：是指輸入給控制系統(tǒng)用以控制輸出量變化規(guī)律的物理量它作用于系統(tǒng)輸入端，直接地或間接地表示系統(tǒng)輸出量的期望值（給定值）。系統(tǒng)的輸入量常用符號xi(t)表示.

擾動量（或稱擾動信號）：指那些能使輸出量偏離預(yù)定要求（期望值）的意外干擾因素。

反饋量（或稱反饋信號）：是指把輸出量取出并直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換以后送回到輸入端與輸入信號進(jìn)行比較的物理量?？刂葡到y(tǒng)中常用的概念和術(shù)語的含義說明輸出量（或稱輸二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)按其有無反饋?zhàn)饔煤头答佔(zhàn)饔玫姆绞娇煞譃槿悾?、開環(huán)控制系統(tǒng)2、閉環(huán)控制系統(tǒng)3、復(fù)合控制系統(tǒng)二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)按其有無反饋?zhàn)饔煤头答佔(zhàn)鏖_環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋?zhàn)饔茫敵隽繉ο到y(tǒng)的控制過程不發(fā)生影響時，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-5是數(shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng).開環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋?zhàn)饔?，輸出量?shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)(圖1-5)數(shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)(圖1-5)

開環(huán)控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-6）開環(huán)控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-6）

開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。2、動作快，較穩(wěn)定。3、有了誤差無法自動調(diào)整。開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。閉環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出量對系統(tǒng)的控制過程有直接影響，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照反饋控制原理工作的，又稱為反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的信號傳遞路線構(gòu)成閉合回路（閉環(huán)）。前面介紹的離心調(diào)速器控制系統(tǒng)和恒溫箱溫度恒定自動控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出直流伺服電機(jī)速度伺服控制系統(tǒng)（圖1-8）直流伺服電機(jī)速度伺服控制系統(tǒng)（圖1-8）直流伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-9）直流伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-9）閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、可以自動的糾正和補(bǔ)償輸出量誤差，提高控制精度。

2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。3、參數(shù)選擇不適當(dāng)將會引起閉環(huán)控制系統(tǒng)振蕩，甚至不能工作。閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、可以自動的糾正和補(bǔ)償輸出量誤差，提高控制復(fù)合控制系統(tǒng)在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)，稱為復(fù)合控制系統(tǒng)。它實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用開環(huán)通路提供一個補(bǔ)償?shù)妮斎胱饔茫鐖D1-11所示。復(fù)合控制系統(tǒng)在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)(圖1-11）

這種系統(tǒng)兼有開環(huán)和閉環(huán)兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因而可大大提高系統(tǒng)的性能。復(fù)合控制系統(tǒng)(圖1-11）這種系統(tǒng)兼有開環(huán)和閉三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成輸入量xi輸出量xo主反饋局部反饋偏差信號e主反饋信號xb給定元件放大元件執(zhí)行元件反饋元件被控對象比較元件+-串聯(lián)校正元件+-并聯(lián)校正元件給定元件

反饋元件(檢測元件)比較元件

放大變換元件

執(zhí)行元件（驅(qū)動元件）被控對象

校正元件（校正裝置）三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成輸入量xi輸出量xo主反饋局部反饋給定元件用來產(chǎn)生控制信號或輸入信號（輸入量）的元件。例如數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的輸入裝置、恒溫箱控制系統(tǒng)的給定電位器就是給定元件。給定元件用來產(chǎn)生控制信號或輸入信號（輸入量）的元件。反饋元件(檢測元件)用來測量（輸出量）被控制量的實(shí)際值，并經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換為與輸出量有一定函數(shù)關(guān)系的反饋量的元件。檢測元件大多是將非電量轉(zhuǎn)換為電量的元件。反饋元件(檢測元件)用來測量（輸出量）被控制量的實(shí)際值，并經(jīng)它是用來對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較，得出偏差信號的元件。比較元件實(shí)際上是信號綜合環(huán)節(jié)（可以相減或相加），它往往不是一個專門的物理元件，有時也叫比較環(huán)節(jié)。例如：離心調(diào)速器的套筒比較機(jī)構(gòu)、恒溫箱自動控制系統(tǒng)中的比較電路等。比較元件它是用來對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較，得出偏差信號的元件。比它是對偏差信號進(jìn)行信號放大和功率放大的元件。如電壓、電流、功率放大器、可控硅整流調(diào)壓裝置和電液伺服閥等。放大變換元件它是對偏差信號進(jìn)行信號放大和功率放大的元件。放大變換元件它接收放大變換元件發(fā)出的控制信號，直接驅(qū)動被控對象工作，使輸出量按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。例如前述例子中的調(diào)壓器、直流電機(jī)等均為此類元件。執(zhí)行元件（驅(qū)動元件）它接收放大變換元件發(fā)出的控制信號，直接驅(qū)動被控對象工作，使輸它是控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的裝置、設(shè)備或過程等。被控對象中要進(jìn)行控制的物理量或參數(shù)稱為被控制量（輸出量）。例如前述例子中的蒸汽機(jī)、恒溫箱等。被控對象（控制對象）它是控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的裝置、設(shè)備或過程等。被控對象中要進(jìn)它是為改善系統(tǒng)的性能而加入系統(tǒng)中的輔助元件（裝置），而不是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須具有的元件（裝置）。串聯(lián)在系統(tǒng)前向通道內(nèi)的校正元件稱為串聯(lián)校正裝置；接成反饋形式的校正元件稱為并聯(lián)校正裝置。常用的電子調(diào)節(jié)器、測速發(fā)電機(jī)等均可作為此類元件。校正元件（校正裝置）它是為改善系統(tǒng)的性能而加入系統(tǒng)中的輔助元件（裝置），而不是閉第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型一、按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種；二、按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種。第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型一、按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)隨動系統(tǒng)按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的輸入量是一個不變的恒值，系統(tǒng)的基本任務(wù)是排除各種干擾因素的影響，使被控制量（輸出量）以一定精度等于系統(tǒng)的輸入量。例如蒸汽機(jī)離心調(diào)速器系統(tǒng)、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)等。恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的輸入量是一個不變的恒值程序控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化的，且變化規(guī)律是預(yù)先確定了的已知的時間函數(shù)。系統(tǒng)的任務(wù)是使輸出量按預(yù)先給定的規(guī)律（程序）變化。例如，數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、熱處理爐溫控制系統(tǒng)等都屬于此類。程序控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化的，且變化規(guī)律是預(yù)先確定了隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化規(guī)律預(yù)先不能確定的任意時間函數(shù)，系統(tǒng)的任務(wù)是保證輸出量以一定精度跟隨輸入量的變化，并能克服各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律，即輸入量是隨機(jī)的，而輸出量是隨動的（隨動系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域又稱為伺服系統(tǒng)）。隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化規(guī)律預(yù)先不能確定的任意時間函數(shù)按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中的運(yùn)動狀態(tài)和各個部分所傳輸?shù)男盘柖际沁B續(xù)變化的模擬量的系統(tǒng)稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。前述的離心調(diào)速器、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)等大多數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)都屬于此類。連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中的運(yùn)動狀態(tài)和各個部分所傳輸?shù)男盘柖际沁B續(xù)變離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或數(shù)處信號是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的系統(tǒng)稱為離散控制系統(tǒng)。若用采樣開關(guān)（采樣器）將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為脈沖形式的系統(tǒng)，稱為脈沖控制系統(tǒng)；用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并用數(shù)字控制器或數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和信號處理的系統(tǒng)，稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或數(shù)處信號是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性基本要求第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性基本要求穩(wěn)定性控制系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件是系統(tǒng)必須穩(wěn)定，這是對控制系統(tǒng)提出的最基本的要求。系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)所決定。

穩(wěn)定性控制系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件是系統(tǒng)必須穩(wěn)定，這是穩(wěn)定性如果在輸入量的作用下系統(tǒng)的輸出量能夠達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)或擾動量去掉以后系統(tǒng)的輸出量能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性如果在輸入量的作用下系統(tǒng)的輸出量能夠達(dá)到一個新的平穩(wěn)定系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線（圖1-13）穩(wěn)定系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線（圖1-13）不穩(wěn)定系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線（圖1-14）不穩(wěn)定系統(tǒng)的時間響應(yīng)曲線（圖1-14）穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩方面的含義：一是系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這就是系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性，前面定義的穩(wěn)定性就是這個含義；二是系統(tǒng)穩(wěn)定性的程度，即相對穩(wěn)定性。穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定性包括兩方面的含義：一是系統(tǒng)是穩(wěn)快速性控制系統(tǒng)的快速性是指當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量（或輸出量的期望值）之間產(chǎn)生偏差時，消除這種偏差的快慢程度?？焖傩杂袃煞矫娴暮x：一是系統(tǒng)對輸入量的響應(yīng)速度，它表現(xiàn)為當(dāng)輸入量施加以后，系統(tǒng)輸出量跟隨輸入量變化的迅速程度；二是振蕩衰減的快慢程度，它表現(xiàn)為系統(tǒng)輸出量跟隨輸入量變化的瞬態(tài)響應(yīng)過程（過渡過程）結(jié)束的迅速程度?？焖傩钥刂葡到y(tǒng)的快速性是指當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量（準(zhǔn)確性控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差來衡量的。穩(wěn)態(tài)誤差是指輸入量作用系統(tǒng)以后，當(dāng)過渡過程結(jié)束時，輸出量的實(shí)際值與輸出量的期望值之間的差值。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)工作性能的重要指標(biāo)，其值越小，控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性越好，控制精度越高。準(zhǔn)確性控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差來衡量的。小結(jié)不同的控制系統(tǒng)對穩(wěn)、準(zhǔn)、快這三方面的要求是有所側(cè)重的。對于同一個控制系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快這三方面的要求是相互制約的。分析和解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，并解決它們之間的矛盾，正是本書所要討論的主要內(nèi)容。小結(jié)不同的控制系統(tǒng)對穩(wěn)、準(zhǔn)、快這三方面的要求習(xí)題1、試比較開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2、試列舉幾個日常生活中的開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，并說明它們的工作原理。

習(xí)題1、試比較開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。習(xí)題3.圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)。試說明其工作原理，找出輸入量、輸出量、擾動量及被控對象，并繪制出職能方框圖。習(xí)題3.圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)。試說明其工作原理習(xí)題解：圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)，控制目的是保證液面高度不變。當(dāng)出水截門打開時，水箱水位下降，通過浮子反饋實(shí)際液面高度，并與希望的液面高度比較，得出液面偏差，經(jīng)過杠桿使閥門（錐塞）開大，液面上升；達(dá)到控制水位后，閥門關(guān)閉，從而保持液面高度不變。這是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。輸入量（控制量）：

希望的液面高度輸出量（被控制量）：實(shí)際液面高度擾動量：

流量的變化（出水截門打開導(dǎo)致的流量的變化）被控對象：

水箱

習(xí)題解：圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)，控制目的是保證液面習(xí)題習(xí)題4.4.解:當(dāng)合上開門開關(guān)時，電位器橋式測量電路產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動伺服電動機(jī)帶動絞盤轉(zhuǎn)動，使大門向上提起。與此同時，與大門連在一起的電位器點(diǎn)刷上移，直到橋式測量電路達(dá)到平衡，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，開門開關(guān)自動斷開。反之，當(dāng)合上關(guān)門開關(guān)時，伺服電動機(jī)反向轉(zhuǎn)動，帶動絞盤使大門關(guān)閉。從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離自動控制大門開閉的要求。解:當(dāng)合上開門開關(guān)時，電位器橋式測量電路產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課件4.4.解:（1）在給定值參考輸入下，即要求送料速度為某一數(shù)值時，系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)，由重錘G、動滑輪L等組成的系統(tǒng)力平衡：動滑輪受力為：重錘的重力Q（通過動滑輪向上作用在動滑輪上）、動滑輪自重P（鉛垂向下）、帶的張力2T（向上）

P=2T+Q

由于受力平衡，測量頭輸入軸不動。（2）當(dāng)送料速度在短時間內(nèi)突然發(fā)生變化時，如電源變化引起了電動機(jī)轉(zhuǎn)速波動，所輸送的帶料不均勻等，從而使帶料在輸送過程中張力發(fā)生變化，即T→T+△T。力平衡被破壞，于是動滑輪位置發(fā)生變化，測量頭輸入軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，角位移輸入放大器。解:（1）在給定值參考輸入下，即要求送料速度為某一數(shù)值時，系（3）放大器將角位移與給定值比較后的誤差信號放大為控制信號輸入電動機(jī)，調(diào)整電動機(jī)按減小帶料張力的增量的方向轉(zhuǎn)動。從而抑制了張力的變化，達(dá)到控制張力的目的。該系統(tǒng)的方框圖如圖

（3）放大器將角位移與給定值比較后的誤差信號放大為控制信號輸機(jī)械控制工程基礎(chǔ)黃文怡主講工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系機(jī)械控制工程基礎(chǔ)黃文怡主講機(jī)械設(shè)計(jì)制造(教材)第一章緒論第二章拉普拉斯變換的數(shù)學(xué)方法第三章

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

第四章系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)與誤差分析第五章系統(tǒng)的頻率特性第六章

系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析第七章機(jī)械工程控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造(教材)第一章緒論第一節(jié)概述第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求第一章緒論第一節(jié)概述第一章緒論第一節(jié)概述一、控制工程研究的主要內(nèi)容二、控制理論的發(fā)展三、控制理論在工程中的應(yīng)用四、控制理論的學(xué)習(xí)方法第一節(jié)概述一、控制工程研究的主要內(nèi)容一、控制工程研究的主要內(nèi)容控制工程主要研究有關(guān)自動控制和系統(tǒng)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論及其在工程中的應(yīng)用。它是一門新興技術(shù)科學(xué)，也是一門邊緣科學(xué)，它的理論基礎(chǔ)是控制理論。具體的講研究用控制理論的基本原理解決電氣、機(jī)械、測控、化工等一切工程系統(tǒng)中的控制技術(shù)問題。（圖1-1）一、控制工程研究的主要內(nèi)容控制工程主要研究有關(guān)自動控制和系統(tǒng)離心調(diào)速器原理示意圖(圖1-1)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速離心調(diào)速器原理示意圖(圖1-1)穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速工程控制理論的實(shí)質(zhì)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，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)歷的由其內(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)所決定的整個動態(tài)歷程；研究這一系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系．

系統(tǒng)輸入輸出工程控制理論的實(shí)質(zhì)工程控制論實(shí)質(zhì)上是研究工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決的兩個問題

學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決兩個問題：一是如何分析某個給定控制系統(tǒng)的工作原理、穩(wěn)定性和過渡過程品質(zhì)；二是如何根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用機(jī)、電、液、光等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。前者主要是分析系統(tǒng)，后者是綜合與設(shè)計(jì)，無論解決哪類問題，都必須具有豐富的控制理論知識。學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決的兩個問題學(xué)習(xí)控制工程基礎(chǔ)要解決兩個二、控制理論的發(fā)展1、控制理論的產(chǎn)生可以追朔到1788年瓦特(J.Watt)為控制蒸汽機(jī)速度而發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，其原理示意圖如圖1-1所示。2、1868年，英國物理學(xué)家馬克斯威爾（J.C.Maxwell）發(fā)表了第一篇關(guān)于“論調(diào)速器”的文章，首先提出了“反饋控制”的概念。3、1884年和1895年,勞斯（E.J.Routh）和霍爾維茨(A.Hurwitz)把馬克斯威爾的理論擴(kuò)展到用高階微分方程描述的更為復(fù)雜的系統(tǒng)，并分別提出了兩種著名的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。1932年奈奎斯特（H.Nyquist）研制出電子管振蕩器，同時提出了著名的Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)。二、控制理論的發(fā)展1、控制理論的產(chǎn)生可以追朔到1788年瓦特二、控制理論的發(fā)展4、1948年美國數(shù)學(xué)家維納（N.Wiener）出版了著名的《控制論—關(guān)于在動物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》一書，他揭示了無論機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)甚至社會和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，都存在一個共同本質(zhì)的特點(diǎn)，它們都是通過信息的傳遞、處理與反饋這三個要素來進(jìn)行控制，這就是控制論的中心思想。1950年伊萬斯（W.R.Evans）提出的根軌跡法提供了尋找特征方程根的比較簡易的圖解方法，至此，形成了完整的經(jīng)典控制理論。二、控制理論的發(fā)展4、1948年美國數(shù)學(xué)家維納（N.Wien二、控制理論的發(fā)展5、我國著名科學(xué)家錢學(xué)森從控制論這一總題目中，把已被當(dāng)時科學(xué)技術(shù)和工程實(shí)踐所證明的部分分離出來，創(chuàng)立了“工程控制論”，并于1954年出版了《工程控制論》這一名著，這對控制理論的發(fā)展與應(yīng)用起到了很大的推動作用。二、控制理論的發(fā)展5、我國著名科學(xué)家錢學(xué)森從控制論這一總題目二、控制理論的發(fā)展6、50年代末與60年代初，一方面由于工業(yè)生產(chǎn)、火箭和空間技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多變量、非線性和時變參數(shù)系統(tǒng)，經(jīng)典控制理論已經(jīng)不能滿足要求；另一方面由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，半導(dǎo)體和電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器和自動檢測技術(shù)的發(fā)展，使控制理論發(fā)展到了一個新階段，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代控制理論。

隨著科技進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，控制論無論是在三要素的內(nèi)涵上，還是在其深度與廣度上都在發(fā)展變化著，對促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展和社會進(jìn)步產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。二、控制理論的發(fā)展6、50年代末與60年代初，一方面由于工業(yè)二、控制理論的發(fā)展控制理論發(fā)展大體可分三個階段：

第一階段：20世紀(jì)40～50年代為經(jīng)典控制論發(fā)展時期。經(jīng)典控制論的內(nèi)容是以微分方程、傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究單輸入、單輸出控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，對線性定常系統(tǒng)，這種方法是成熟而有效的。二、控制理論的發(fā)展控制理論發(fā)展大體可分三個階段：二、控制理論的發(fā)展第二階段：20世紀(jì)60—70年代為現(xiàn)代控制論發(fā)展時期，這期間隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了把經(jīng)典控制論中的高階常微分方程轉(zhuǎn)化為一階微分方程組來描述系統(tǒng)的方法，即所謂狀態(tài)空間法，這種方法可以解決多輸入、多輸出問題，對非線性、時變系統(tǒng)也有效。該方法是自適應(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波（卡爾曼濾波）的基礎(chǔ)。二、控制理論的發(fā)展第二階段：二、控制理論的發(fā)展第三階段：20世紀(jì)70年代末至今，控制論向著“大系統(tǒng)理論”和“智能控制論”發(fā)展?！按笙到y(tǒng)理論”是用控制和信息的觀點(diǎn)研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分析方法和協(xié)調(diào)問題。“智能控制論”是研究與模擬人類活動的機(jī)理?，F(xiàn)代科學(xué)揭示，人體是一個具有高度自組織、自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)能力的生命有機(jī)體，是具有非線性、時變和隨機(jī)性、模糊性的特大系統(tǒng)。研究具有仿人智能的工程控制和信息處理問題，以使具有高度復(fù)雜性、高度不確定性的系統(tǒng)達(dá)到人們對控制系統(tǒng)越來越高的要求。二、控制理論的發(fā)展第三階段：三、控制理論在工程中的應(yīng)用1、軍事2、數(shù)控機(jī)床、加工中心3、機(jī)器人4、機(jī)電一體化系統(tǒng)5、動態(tài)測試6、機(jī)械動力系統(tǒng)性能分析7、液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性分析8、生產(chǎn)過程控制三、控制理論在工程中的應(yīng)用1、軍事四、控制理論特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法本課程特點(diǎn)：（1）比較抽象（2）起點(diǎn)高（3）系統(tǒng)性強(qiáng)學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)以新的視角分析和考慮問題。學(xué)習(xí)本門課程要能以系統(tǒng)的而不是孤立的、動態(tài)的而不是靜態(tài)的觀點(diǎn)和方法來思考和解決問題。掌握控制理論的基本概念、基本理論和基本方法并注意結(jié)合實(shí)際，為解決工程中的控制問題打下基礎(chǔ)。四、控制理論特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法本課程特點(diǎn)：五、本課程參考書楊叔子主編《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》華中理工大學(xué)出版社朱驥北主編《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社胡壽松主編《自動控制原理》科學(xué)出版社董景新編著《控制工程基礎(chǔ)》清華大學(xué)出版社王積偉編著

《控制工程基礎(chǔ)》高等教育出版社五、本課程參考書楊叔子主編《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念一、控制系統(tǒng)的基本工作原理二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本概念一、控制系統(tǒng)的基本工作原理一、控制系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)：是由相互制約的各個部分組成的具有一定功能的有機(jī)整體。自動控制系統(tǒng)：能夠進(jìn)行自動控制的一整套設(shè)備或裝置。通常由控制器（控制裝置）和被控對象兩大部分組成。被控對象是指系統(tǒng)中需要加以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程；控制器是指能夠?qū)Ρ豢貙ο螽a(chǎn)生控制作用的設(shè)備的總體?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)就是使被控制對象的物理量按照預(yù)先給定的控制規(guī)律變化。一、控制系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)：是由相互制約的各個部分組成的一、控制系統(tǒng)的基本工作原理實(shí)現(xiàn)自動控制的優(yōu)點(diǎn)：1、提高生產(chǎn)率、降低能源消耗。2、減輕體力和腦力勞動。3、生產(chǎn)安全、廢品少、產(chǎn)品質(zhì)量高。一、控制系統(tǒng)的基本工作原理實(shí)現(xiàn)自動控制的優(yōu)點(diǎn)：溫度人工控制的恒溫箱（圖1-2）被控對象被控制量溫度人工控制的恒溫箱（圖1-2）被控對象被控制量自動控制的恒溫箱（圖1-3）自動控制的恒溫箱（圖1-3）實(shí)現(xiàn)控制的三個基本步驟不論采用人工控制還是自動控制都具有以下的共同點(diǎn)：一是要檢測被控制量的實(shí)際值；二是被控制量的實(shí)際值要與給定值進(jìn)行比較得出偏差值；三是要用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用再去消除偏差。

總結(jié)：檢測偏差，消除偏差

實(shí)現(xiàn)控制的三個基本步驟不論采用人工控制還是自動控制都具有以下反饋控制原理反饋是指對系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行測量，并加以處理（取其一部分或全部、或其函數(shù)等）后，再返回輸入端與系統(tǒng)的給定量進(jìn)行比較的過程。如果反饋量對給定量起增強(qiáng)作用，則稱為正反饋；反之，如果反饋量對給定量起減弱作用，則稱為負(fù)反饋。通常，控制系統(tǒng)采用負(fù)反饋?；谪?fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測偏差并用以消除偏差”的控制原理，稱為反饋控制原理。利用反饋控制原理組成的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)。反饋控制原理反饋是指對系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行測量，并加以處理（取固有反饋（或內(nèi)在反饋）固有反饋是指沒有外加的檢測裝置，但是，變量與變量之間相互制約，構(gòu)成了閉合的因果關(guān)系。例如機(jī)械傳動系統(tǒng)、機(jī)械加工系統(tǒng)、直流電機(jī)系統(tǒng)等。從控制理論的角度，它們都是一個反饋控制過程，因而都可以用控制理論加以解決。固有反饋（或內(nèi)在反饋）固有反饋是指沒有外加的檢測裝置，但是職能方框圖

把表示系統(tǒng)的組成、各元件作用關(guān)系及信號傳遞（或流通）關(guān)系的圖形稱為職能方框圖。職能方框圖把表示系統(tǒng)的組成、各元件作用關(guān)系及信號控制系統(tǒng)中常用的概念和術(shù)語的含義說明

輸出量（或稱輸出信號、被控制量）：是指控制系統(tǒng)中需要加以控制的物理量。系統(tǒng)的輸出量常用符號xo(t)表示。

輸入量（或稱輸入信號、給定值、給定量）：是指輸入給控制系統(tǒng)用以控制輸出量變化規(guī)律的物理量它作用于系統(tǒng)輸入端，直接地或間接地表示系統(tǒng)輸出量的期望值（給定值）。系統(tǒng)的輸入量常用符號xi(t)表示.

擾動量（或稱擾動信號）：指那些能使輸出量偏離預(yù)定要求（期望值）的意外干擾因素。

反饋量（或稱反饋信號）：是指把輸出量取出并直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換以后送回到輸入端與輸入信號進(jìn)行比較的物理量。控制系統(tǒng)中常用的概念和術(shù)語的含義說明輸出量（或稱輸二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)按其有無反饋?zhàn)饔煤头答佔(zhàn)饔玫姆绞娇煞譃槿悾?、開環(huán)控制系統(tǒng)2、閉環(huán)控制系統(tǒng)3、復(fù)合控制系統(tǒng)二、開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)按其有無反饋?zhàn)饔煤头答佔(zhàn)鏖_環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋?zhàn)饔?，輸出量對系統(tǒng)的控制過程不發(fā)生影響時，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-5是數(shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng).開環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋?zhàn)饔茫敵隽繑?shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)(圖1-5)數(shù)控線切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)(圖1-5)

開環(huán)控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-6）開環(huán)控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-6）

開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。2、動作快，較穩(wěn)定。3、有了誤差無法自動調(diào)整。開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡單，成本低。閉環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出量對系統(tǒng)的控制過程有直接影響，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照反饋控制原理工作的，又稱為反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的信號傳遞路線構(gòu)成閉合回路（閉環(huán)）。前面介紹的離心調(diào)速器控制系統(tǒng)和恒溫箱溫度恒定自動控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出直流伺服電機(jī)速度伺服控制系統(tǒng)（圖1-8）直流伺服電機(jī)速度伺服控制系統(tǒng)（圖1-8）直流伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-9）直流伺服電機(jī)速度控制系統(tǒng)職能方框圖（圖1-9）閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、可以自動的糾正和補(bǔ)償輸出量誤差，提高控制精度。

2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。3、參數(shù)選擇不適當(dāng)將會引起閉環(huán)控制系統(tǒng)振蕩，甚至不能工作。閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1、可以自動的糾正和補(bǔ)償輸出量誤差，提高控制復(fù)合控制系統(tǒng)在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)，稱為復(fù)合控制系統(tǒng)。它實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用開環(huán)通路提供一個補(bǔ)償?shù)妮斎胱饔?，如圖1-11所示。復(fù)合控制系統(tǒng)在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)(圖1-11）

這種系統(tǒng)兼有開環(huán)和閉環(huán)兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因而可大大提高系統(tǒng)的性能。復(fù)合控制系統(tǒng)(圖1-11）這種系統(tǒng)兼有開環(huán)和閉三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成輸入量xi輸出量xo主反饋局部反饋偏差信號e主反饋信號xb給定元件放大元件執(zhí)行元件反饋元件被控對象比較元件+-串聯(lián)校正元件+-并聯(lián)校正元件給定元件

反饋元件(檢測元件)比較元件

放大變換元件

執(zhí)行元件（驅(qū)動元件）被控對象

校正元件（校正裝置）三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成輸入量xi輸出量xo主反饋局部反饋給定元件用來產(chǎn)生控制信號或輸入信號（輸入量）的元件。例如數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的輸入裝置、恒溫箱控制系統(tǒng)的給定電位器就是給定元件。給定元件用來產(chǎn)生控制信號或輸入信號（輸入量）的元件。反饋元件(檢測元件)用來測量（輸出量）被控制量的實(shí)際值，并經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換為與輸出量有一定函數(shù)關(guān)系的反饋量的元件。檢測元件大多是將非電量轉(zhuǎn)換為電量的元件。反饋元件(檢測元件)用來測量（輸出量）被控制量的實(shí)際值，并經(jīng)它是用來對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較，得出偏差信號的元件。比較元件實(shí)際上是信號綜合環(huán)節(jié)（可以相減或相加），它往往不是一個專門的物理元件，有時也叫比較環(huán)節(jié)。例如：離心調(diào)速器的套筒比較機(jī)構(gòu)、恒溫箱自動控制系統(tǒng)中的比較電路等。比較元件它是用來對輸入信號和反饋信號進(jìn)行比較，得出偏差信號的元件。比它是對偏差信號進(jìn)行信號放大和功率放大的元件。如電壓、電流、功率放大器、可控硅整流調(diào)壓裝置和電液伺服閥等。放大變換元件它是對偏差信號進(jìn)行信號放大和功率放大的元件。放大變換元件它接收放大變換元件發(fā)出的控制信號，直接驅(qū)動被控對象工作，使輸出量按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。例如前述例子中的調(diào)壓器、直流電機(jī)等均為此類元件。執(zhí)行元件（驅(qū)動元件）它接收放大變換元件發(fā)出的控制信號，直接驅(qū)動被控對象工作，使輸它是控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的裝置、設(shè)備或過程等。被控對象中要進(jìn)行控制的物理量或參數(shù)稱為被控制量（輸出量）。例如前述例子中的蒸汽機(jī)、恒溫箱等。被控對象（控制對象）它是控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的裝置、設(shè)備或過程等。被控對象中要進(jìn)它是為改善系統(tǒng)的性能而加入系統(tǒng)中的輔助元件（裝置），而不是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須具有的元件（裝置）。串聯(lián)在系統(tǒng)前向通道內(nèi)的校正元件稱為串聯(lián)校正裝置；接成反饋形式的校正元件稱為并聯(lián)校正裝置。常用的電子調(diào)節(jié)器、測速發(fā)電機(jī)等均可作為此類元件。校正元件（校正裝置）它是為改善系統(tǒng)的性能而加入系統(tǒng)中的輔助元件（裝置），而不是閉第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型一、按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種；二、按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種。第三節(jié)控制系統(tǒng)的基本類型一、按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)隨動系統(tǒng)按輸入量輸出量的運(yùn)動規(guī)律可分為三種恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的輸入量是一個不變的恒值，系統(tǒng)的基本任務(wù)是排除各種干擾因素的影響，使被控制量（輸出量）以一定精度等于系統(tǒng)的輸入量。例如蒸汽機(jī)離心調(diào)速器系統(tǒng)、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)等。恒值控制系統(tǒng)（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的輸入量是一個不變的恒值程序控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化的，且變化規(guī)律是預(yù)先確定了的已知的時間函數(shù)。系統(tǒng)的任務(wù)是使輸出量按預(yù)先給定的規(guī)律（程序）變化。例如，數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、熱處理爐溫控制系統(tǒng)等都屬于此類。程序控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化的，且變化規(guī)律是預(yù)先確定了隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化規(guī)律預(yù)先不能確定的任意時間函數(shù)，系統(tǒng)的任務(wù)是保證輸出量以一定精度跟隨輸入量的變化，并能克服各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律，即輸入量是隨機(jī)的，而輸出量是隨動的（隨動系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域又稱為伺服系統(tǒng)）。隨動系統(tǒng)這類系統(tǒng)的輸入量是變化規(guī)律預(yù)先不能確定的任意時間函數(shù)按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)按系統(tǒng)傳遞信號性質(zhì)可分為兩種連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中的運(yùn)動狀態(tài)和各個部分所傳輸?shù)男盘柖际沁B續(xù)變化的模擬量的系統(tǒng)稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。前述的離心調(diào)速器、恒溫箱溫度控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)等大多數(shù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)都屬于此類。連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中的運(yùn)動狀態(tài)和各個部分所傳輸?shù)男盘柖际沁B續(xù)變離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或數(shù)處信號是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的系統(tǒng)稱為離散控制系統(tǒng)。若用采樣開關(guān)（采樣器）將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為脈沖形式的系統(tǒng)，稱為脈沖控制系統(tǒng)；用模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并用數(shù)字控制器或數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和信號處理的系統(tǒng)，稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某一處或數(shù)處信號是以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性基本要求第四節(jié)對控制系統(tǒng)的基本要求快速性穩(wěn)定性準(zhǔn)確性基本要求穩(wěn)定性控制系統(tǒng)能夠正常工作的首要條件是系統(tǒng)必須穩(wěn)定，這是對控制系統(tǒng)提出的最基本的要求。系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)本身的一種特性，由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成元件的參數(shù)所決定。

穩(wěn)定性控制系統(tǒng)能夠正常工