机械控制工程概论

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1、机械控制工程概论机械控制工程概论课程说明 重要性重要性 学习方法（左脑、右脑）学习方法（左脑、右脑） 作业（讨论、独立完成）作业（讨论、独立完成） 考试考试 第第 1 课课 概概 论论1.1 控制理论的应用1.2 控制系统的原理与组成1.3 控制系统类型和要求1.4 控制系统的例子1.1 控制理论的应用控制理论的应用自动控制： 在没有人参与的情况下，利用控制装置，使被控对象的参数自动地按照预定的规律运行。 控制理论是研究自动控制共控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。同规律的技术科学。 控制理论是一门交叉学科控制理论是一门交叉学科控制理论的基础包括复数理论控制理论的基础包括复数理论 、信、

2、信号理论、系统理论、矩阵理论等。号理论、系统理论、矩阵理论等。控制理论来源于许多学科，并应用于控制理论来源于许多学科，并应用于众多领域。众多领域。 控制理论的应用领域1）航空航天 2）导弹制导 3）机器人现代机器制造业磁盘控制其他应用领域历史的回顾历史的回顾1788，瓦特的飞球式调速器1868，Maxwell的“论调节器”分析了稳定性问题1877-1893，Routh的稳定性判据和Lyapunov对运动稳定性的研究1927，Black提出反馈放大器1932，Nyquist的频率响应方法二次世界大战，自动驾驶仪、火炮定位、雷达跟踪等军用装备的研究推动了发展。1948，Evans的根轨迹方法194

3、8，维纳发表了控制论50年代末，最优控制的研究60年代，现代控制理论发展80年代，鲁棒控制1.2 控制系统的原理与组成速度控制系统观测观测偏差偏差执行执行恒温箱自动控制系统恒温箱自动控制系统恒温箱自动控制系统框图给定温度比较机构放大器电机调压器恒温箱热电偶控制系统工作原理控制系统工作原理检测系统的输出量或被控制量检测系统的输出量或被控制量将实际值和给定值进行比较将实际值和给定值进行比较用偏差产生控制作用用偏差产生控制作用控制系统的基本组成控制系统的基本组成典型反馈控制系统框图典型反馈控制系统框图重要术语重要术语输入信号(控制信号、参考信号） 输入到系统中的信号输出信号（被控量） 被控对象的实际

4、输出，是被控量反馈信号 系统输出端的信号，经变换后加到输入端的信号偏差信号 系统控制信号与反馈信号之差误差信号 系统输出实际值与希望值之差闭环控制和开环控制对比闭环控制和开环控制对比闭环控制系统（反馈控制系统）： 将输出量和输入量进行比较，将偏差送到控制器，以便减少误差达到希望的值。开环控制系统： 系统的输出对控制作用没有影响。开环控制系统的优缺点： （1）构造简单，维护容易 （2）成本较低 （3）不存在稳定性问题 （4）扰动和标度变化将引起误差闭环控制系统的优缺点： （1）构造复杂 （2）成本较高 （3）能克服扰动和参数变化的影响 （4）存在稳定性问题？1.3 控制系统的基本要求与类型控制系

5、统的基本要求与类型稳定性: 系统正常工作的首要条件。快速性: 系统的动态性能指标。准确性: 稳态值与期望值的一致程度。基本要求被控物理量 （位置控制、速度控制、温度控制）物理量变化规律 （恒值控制、程序控制、伺服控制）信号的性质 （连续控制、离散控制）执行部件 （电机控制、液压控制、气动控制）分 类1.4 控制系统的例子控制系统的例子离心调速器离心调速器 （调节系统）（调节系统）飞机的姿态控制飞机的姿态控制 工业机器人工业机器人 （伺服控制）（伺服控制）自动导引车自动导引车离心调速器离心调速器速度控制系统速度控制系统速度设定增加转速下降增加系统框图给定速度比较机构阀控缸阀门燃料系统发动机离心机

6、构偏差飞机自动驾驶系统飞机自动驾驶系统俯仰飞行时，以垂直陀螺仪为参考角度，由舵机带动舵面偏转。在大气流等的扰动下，保持俯仰角不变.保持飞机姿态辅助操纵飞机给定角度给定装置放大器舵机飞机垂直陀螺仪反馈电位器扰动工业机器人讨论：自动导引车vBetter ActuatorsProvide more MuscleBetter SensorsProvide better VisionvBetter ControlProvides more finesse by combining sensors andactuators in more intelligent ways思考讨论：采用反馈控制的原因？采用反馈控制的原因？习 题1-1、1-2、1-3