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1、Chp.1 绪绪 论论 基本要求基本要求 （1）了解机械工程控制论的基本含义和研究对象,学习本课程的目的和任务； 掌握广义系统动力学方程的含义。 （2）了解系统、广义系统的概念， 了解系统的基本特性；了解系统动态模型和静态模型之间的关系。 （3） 掌握反馈的含义， 学会分析动态系统内信息流动的过程， 掌握系统或过程中存在的反馈。 （4）了解广义系统的几种分类方法； 掌握闭环控制系统的工作原理、组成； 学会绘制控制系统的方框图。 （5）了解控制系统中基本名词和基本变量。 （6）了解正反馈、负反馈、内反馈、外反馈的概念。 （7）了解对控制系统的基本要求。 重点与难点重点与难点 本章重点本章重点 （
2、1）学会用系统论、信息论的观点分析广义系统的动态特性、信息流， 理解信息反馈的含义及其作用。 （2）掌握控制系统的基本概念、基本变量、基本组成和工作原理； 绘制控制系统方框图。 本章难点本章难点 广义系统的信息反馈及控制系统方框图的绘制。 一、课程简介一、课程简介 性质：机械设计制造及其自动化专业的一门技术基础课。 学时：60 先修课程：高等数学、理论力学、机械原理、大学物理、电工学 后续课程：为专业基础和专业课打下一定基础。如：机械工程测试技术、机电传动控制、数控机床等。 主要内容：本课程是数理基础课与专业课程之间的桥梁。主要内容包括：控制理论的研究对象与任务、物理系统数学模型建立、时间响应
3、分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能分析与校正、系统辩识、控制系统的计算机辅助分析. 教材： 杨叔子主编，机械工程控制基础，华中科技大学出版社 参考书目： （1）Katsuhiko Ogata.卢伯英等译，现代控制工程（第四版）.北京：电子工业出版社，2003 （2）李友善主编：自动控制原理，国防工业出版社，2003 教材结构： （1）对研究对象（机械工程）问题建立数学模型 chp.2 （2）在一定输入下分析系统的输出： 时间响应（时域分析） chp.3 频率响应（频率分析） chp.4 （3）系统性能分析：稳定性判据 chp.5 （4）系统校正：使系统全面满足性能指标要求 chp.6
4、 二、对象与任务二、对象与任务 控制论+工程技术工程控制论 控制论+机械工程机械工程控制 研究对象：研究广义系统在一定外界条件下，从系统初始条件出发的整个动态过程，以及在这个历程中和历程结束后所表现出来的动态特性和静态特性。 分析:（1）广义系统: (a )可大可小，可繁可简，可虚可实。 （b）一般可建立数学模型：微分方程、传递函数、频率响应函数等 （c）系统具有固有特性，由结构和参数决定 （2）外界条件：指对系统的输入（激励） 包括认为激励、控制输入、干扰输入等 分析系统，就是分析 x(t)、h(t)、y(t)三者关系（动态历程） 三、反馈三、反馈 控制论的中心思想就是“反馈控制” 1、定义
5、：将系统输出全部或部分返回到输入端。 2、从微分方程中体现反馈 3、实例：蒸汽机离心调速器 4、说明：（1）人为增加， （2）外反馈与内反馈 （3）正反馈与负反馈 （4）都引起信息传输与交换 四、系统分类四、系统分类 1、 按反馈分： 开环系统：无反馈回路。无反向信息交换，不能进行输出校正（精度低） 例：Fig 1.31 数控机床进给系统 闭环系统：通过反馈环节调节输入，获得高精度输出。 例：Fig 1.32 附加检测（反馈）装置 2、 按输出变化： 自动调节系统（恒值系统）：在外界干扰下，系统输出基本保持为常量（给定量为恒值）。 随动系统：输出相应于输入按任意规律变化（给定量为变量）。 程序
6、控制系统：系统输出按预定程序变化。 五、控制系统基本组成环节五、控制系统基本组成环节 系统中的环节： 1、 控制环节（给定环节）：产生控制信号，可各种形式。 2、 测量环节：测量被控参量，起反馈作用，一般为非电量电测。 3、 比较环节：比较输入和反馈量，产生偏差信号。 =xixb （同一种量） 4、 放大环节：用以推动执行元件工作。 5、 校正元件：改善系统性能的调节元件。 6、 执行元件：对被控对象直接操作。 系统中的量： 1、 输出量（被控量、被控参量）x0：最终控制的目标值。 2、 控制量（给定量）xi：根据设计要求与输出量相适应的预先给定信号。 3、 干扰量（扰动量）：引起输出变化的各
7、种外部和内部条件，属于一种偶然的无法人为控制的随机输入信号。 4、 输入量：控制量与干扰量的总称，一般多指控制量。 5、 反馈量：由输出端引回到输入端的量。 6、 偏差量：控制量与反馈量之差。 7、 误差量：实际输出量与希望输出量之差值。 e (t)=x0 (t)x0*(t) 六、基本要求六、基本要求 “稳、快、准” 1、稳定性：系统 xo(t)对给定目标值 xo*(t)的偏离，应随 t 增长逐渐趋近于零。 绝对为零不可能给出一定的稳定裕度 若系统不稳定，xo波动较大或发散，则不能正常工作。 不同受控对象对系统稳定性要求不同。 2、快速性：指 xo达到给定目标值的快速性 两种指标衡量： 瞬态响应时间 ts (过渡过程时间， 调整时间)即： xo(t) xo（） xo()的时间 tts 为可靠度指标。一般取 0.02 或 0.05 超调量 Mp：欠阻尼下一般有振荡衰减，产生 Mp Mp较小，则过渡过程平稳，Mp过大，则系统过渡过程较长。 无振荡则无 Mp，但较大 ts。 3、 准确性（稳态精度）： 过渡过程结束后，x0 与给定输入量的偏差。
