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1、自动化专业英语教程 教学课件 March 14, 2015 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 A 控制的世界 1.课文内容简介：这是一篇关于专业课自动控制原理、现 代控制理论的综述性文章。主要介绍控制的基本概念、起 源、功能、控制系统的分类和术语、控制系统工程设计问题等 内容。 2. 温习自动控制原理、现代控制理论中绪论的内容。 3. 生词与短语 regulate v. 调整 abound v. 大量存在 power boost 功率助推装置 aerodynamic adj. 空气动力学的 damp v. 阻尼，减幅，衰减 yaw n.
2、偏航 altitude n. 海拔 attitude n. 姿态 intuition n. 直觉 trail-and-error n. 试凑法 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 dynamic response 动态响应 disturbance n. 扰动 parameter n. 参数 modification n. 修正，修改 transfer function 传递函数 domain n. 域，领域 advent n. 出现 state variable 状态变量 matrix algebra 矩阵代数 approach n. 途径
3、，方法；研究 proponent n. 提倡者 detractor n. 批评者 tutorial adj. 指导性的 subsequent adj. 后序的 open-loop n. 开环 closed-loop n. 闭环 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 discrete adj. 离散的 differential equation 微分方程 difference equation 差分方程 interval n. 间隔 sampled-data n. 采样数据 nonlinear adj. 非线性的 time-invariant
4、adj. 时不变的 coefficient n. 系数 stationary adj. 静态的 lumped parameter 集中参数 distributed parameter 分散参数 spatial adj. 空间的 spring n. 弹簧 lead n. 导线 resistance n. 阻抗 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 uniform adj. 一致的 elastic adj. 有弹性的 ordinary differential equation 常微分方程 partial differential equatio
5、n 偏微分方程 deterministic adj. 确定的 stochastic adj. 随机的 predictable adj. 可断定的 probability theory 概率论 multivariable n. 多变量 configuration n. 构造，结构 property n. 性质 model n. 模型 v. 建模 linearization n. 线性化 strategy n. 方法 performance criteria 性能指标 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 hardware n. 硬件 devel
6、opment system 开发系统 rationale n. 理论，原理的阐述 4. 难句翻译 1 The reaction time of a human pilot is too slow to enable him or her to fly an aircraft with a lightly damped Dutch roll mode without a yaw damper system. 飞行员的反应速度太慢，如果不附加阻尼偏航系统，飞行员就 无法通过轻微阻尼的侧倾转向方式来驾驶飞机。 2 Since the output is fed back in a functiona
7、l form determined by the nature of the feedback elements and then subtracted from the input 因为输出会以由反馈部件特性决定的函数形式反馈回来，然后 从输入中减去 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 5. 参考译文 A 控制的世界 简介 控制一词的含义一般是调节、指导或者命令。控制 系统大量存在于我们周围。在最抽象的意义上说，每个物理对 象都是一个控制系统。 控制系统被人们用来扩展自己的能力，补偿生理上的 限制，或把自己从常规、单调的工作中解脱出来，或
8、者用来节 省开支。例如在现代航空器中，功率助推装置可以把飞行员的 力量放大，从而克服巨大的空气阻力推动飞行控制翼面。飞行 员的反应速度太慢，如果不附加阻尼偏航系统，飞行员就无法 通过轻微阻尼的侧倾转向方式来驾驶飞机。自动飞行控制系统 把飞行员从保持正确航向、高度和姿态的连续操作任务中解脱 出来。没有了这些常规操作，飞行员可以执行其他的任务，如 领航或通讯，这样就减少了所需的机组人员，降低了飞行费 用。 在很多情况下，控制系统的设计是基于某种理论，而 不是靠直觉或试凑法。控制系统能够用来处理系统对命令、调 节或扰动的动态响应。控制理论的应用基本上有两个方面：动 态 P2U1A The World
9、 of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 响应分析和控制系统设计。系统分析关注的是命令、扰动和系 统参数的变化对被控对象响应的决定作用。如某动态响应是满 足需要的，就不需要第二步了。如果系统不能满足要求，而且 不能改变被控对象，就需要进行系统设计，来选择使动态性能 达到要求的控制元件。 控制理论本身分成两个部分：经典和现代。经典控制 理论始于二次大战以传递函数的概念为特征，分析和设计主要 在拉普拉斯域和频域内进行。现代控制理论是随着高速数字计 算机的出现而发展起来的。它以状态变量的概念为特征，重点 在于矩阵代数，分析和设计主要在时域。每种方法都有其优点 和缺点，也各有其倡导者
10、和反对者。 与现代控制理论相比，经典方法具有指导性的优点 ，它把重点很少放在数学技术上，而把更多重点放在物理理解 上。而且在许多设计情况中，经典方法既简单也完全足够用。 在那些更复杂的情况中，经典方法虽不能满足，但它的解可以 对应用现代方法起辅助作用，而且可以对设计进行更完整和准 确的检查。由于这些原因，后续的章节将详细地介绍经典控制 理论。 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 控制系统的分类和术语 控制系统可根据 系统本身或其参量进行分类 ： 开环和闭环系统 （如图2-1A-1）：开环控制 系统是控制行为与输出无关 的系统。而闭环系统，其
11、被 控对象的输入在某种程度上 依赖于实际的输出。因为输 出以由反馈元件决定的一种 函数形式反馈回来，然后被 输入减去。闭环系统通常是 指负反馈系统或简称为反馈 系统。 图2-1A-1 开环控制系统和闭环控制系统 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 连续和离散系统：所有变量都是时间的连续函数的系统称 做连续变量或模拟系统，描述的方程是微分方程。离散变量或 数字系统有一个或多个只是在特殊时刻可知的变量，如图2-1A- 2b，描述方程是差分方程。如果时间间隔是可控的，系统被称 做数据采样系统。离散变量随机地产生，例如：为只能接受离 散数据的数字计
12、算机提供一个输入。显然，当采样间隔减小时 ，离散变量就接近一个连续变量。不连续的变量，如图2-1A-2c 所示，出现在开关或乓-乓控制系统中。这将分别在后续的章 节中讨论。 图2-1A-2 连续系统和离散系统 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 线性和非线性系统：如果系统所有元件都是线性的，系统 就是线性的。如果任何一个是非线性的，系统就是非线性的。 时变和时不变系统：一个时不变系统或静态系统， 其参数不随时间变化。当提供一个输入时，时不变系统的输出 不依赖于时间。描述系统的微分方程的系数为常数。如果有一 个或多个参数随时间变化，则系统是时
13、变或非静态系统提供输 入的时间必须已知，微分方程的系数是随时间而变化的。 集中参数和分散参数系统：集中参数系统是其物理 性质被假设集中在一块或多块，从而与任何空间分布无关的系 统。在作用上，物体被假设为刚性的，被作为质点处理；弹簧 是没有质量的，电线是没有电阻的，或者对系统质量或电阻进 行适当的补偿；温度在各部分是一致的，等等。在分布参数系 统中，要考虑到物理特性的连续空间分布。物体是有弹性的， 弹簧是有分布质量的，电线具有分布电阻，温度在物体各处是 不同的。集中参数系统由常微分方程描述，而分布参数系统由 偏微分方程描述。 确定系统和随机系统：一个系统或变量，如果其未 来的性能在合理的限度内是
14、可预测和重复的，则这个系统或变 量就是确定的。否则，系统或变量就是随机的。对随机系统或 有随机 P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 输入的确定系统的分析是基于概率论基础上的。 单变量和多变量系统：单变量系统被定义为对于一 个参考或命令输入只有一个输出的系统，经常被称为单输入单 输出（SISO）系统。多变量（MIMO）系统含有任意多个输入 和输出。 控制系统工程设计问题 控制系统工程由控制结构的分析和实际组成。分析是 对所存在的系统性能的研究，设计问题是对系统部件的一种选 择和安排从而实现特定的任务。控制系统的设计并不是一个精 确或严格确定的
15、过程，而是一系列相关事情的序列，典型的顺 序是： 1)被控对象的建模；2）系统模型的线性化；3）系统 的动态分析；4）系统的非线性仿真；5）控制思想和方法的建 立；6）性能指标的选择；7）控制器的设计；8）整个系统的 动态分析；9）整个系统的非线性仿真；10）所用硬件的选择 ； P2U1A The World of Control 第二部分第一单元课文A 控制的世界 11）开发系统的建立和测试；12）产品模型的设计；13）产品 模型的测试。 这个顺序不是固定的，全包括的或必要次序的。这 里给出为后续单元提出和讨论的技术做一个合理的阐述。 P2U1B The Transfer Function and the Laplace Transformation 第二部分第一单元课文B 传递函数和拉普拉斯变换 B 传递函数和拉普拉斯变换 1. 课文内容简介：主要介绍专业课自动控制原理中传递函数 的概念、拉普拉斯变换的定义、拉普拉斯变换后的运算规则和 系统建模方法，内容虽然简洁，但可建立许多非常重要的概 念。 2. 温习自动控制原理中有关拉普拉斯变换的相关内容。 3. 生词与短语 initial condition 初始条件 la
