機(jī)械控制1(已修改)
2025-02-24 11:55 本頁(yè)面
【正文】 第一章 緒論一、引言控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介自動(dòng)控制成為一門科學(xué)是從 1945發(fā)展起來的。?開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動(dòng)控制?后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動(dòng)駕駛、火炮自動(dòng)跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動(dòng)控制?目前滲透到更多領(lǐng)域：大系統(tǒng)、交通管理、圖書管理等控制的定義 : 控制 :對(duì)對(duì)象施加某種操作，使其產(chǎn)生所期望的行為。 例 .[鋼鐵軋制 ]:軋出厚度一致的高精度鐵板 自動(dòng)控制 :在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為 控制裝置 或 控制器 ），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（通稱 被控對(duì)象 ）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即 被控量 ）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。存在溫度控制 ,生鐵成分控制 ,厚度控制 ,張力控制 ,等等。例 .典型控制系統(tǒng)：數(shù)控機(jī)床、機(jī)車、船舶及飛機(jī)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。例 .控制實(shí)例 液面控制人工控制 自動(dòng)控制控制論 : 定義 ：關(guān)于控制原理和控制方法的學(xué)科，研究事物變化和發(fā)展的一般規(guī)律?？刂迫兀罕豢貙?duì)象、控制目標(biāo)、控制裝置控制論強(qiáng)調(diào)：1)所研究的對(duì)象是一個(gè)系統(tǒng)；2)系統(tǒng)在不斷地運(yùn)動(dòng)（經(jīng)歷動(dòng)態(tài)歷程、包括內(nèi)部狀態(tài)和外部行為）；3)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的條件是外因（外界的作用：輸入、干擾）4)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的根據(jù)是內(nèi)因（系統(tǒng)的固有特性）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)械工程控制論共同的本質(zhì)特點(diǎn)：通過信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行控制 。二、 機(jī)械工程控制論的研究對(duì)象與任務(wù) 機(jī)械工程控制論研究機(jī)械工程中 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。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?，如機(jī)器系統(tǒng)、生命系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、思維、學(xué)習(xí)等。 系統(tǒng)的層次性和相對(duì)性：系統(tǒng)的組成元素也可以是一個(gè)系統(tǒng)（子系統(tǒng)），整個(gè)系統(tǒng)又可以是更上一層系統(tǒng)的組成元素。 機(jī)械工程中的廣義系統(tǒng)：元件、部件、儀器、設(shè)備、加工過程、測(cè)量、車間、部門、工廠、企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)等。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)）?！ ∵@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。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)。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。 基本的動(dòng)力學(xué)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。 三、 系統(tǒng)及其模型 系統(tǒng)的特性 :（ 1）系統(tǒng)的性能不僅與系統(tǒng)的元素有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)； （ 2）系統(tǒng)的內(nèi)容比組成系統(tǒng)各元素的內(nèi)容要豐富得多； （ 3）系統(tǒng)往往具有表現(xiàn)出在時(shí)域、頻域或復(fù)域等域內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性。 機(jī)械系統(tǒng) : 以實(shí)現(xiàn)一定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、輸出一定的機(jī)械能，以及承受一定的機(jī)械載荷為目的的系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)，其輸入和輸出分別稱為 “激勵(lì) ”和 “響應(yīng) ”。 系統(tǒng)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。 系統(tǒng)的模型包括實(shí)物模型、物理模型、和數(shù)學(xué)模型等等。而數(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)
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