【正文】 個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，使之按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以 達(dá)到預(yù)定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。 前導(dǎo)課程： 復(fù)變函數(shù)、電路理論、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 后續(xù)課程： 機(jī)電一體化控制、 畢業(yè)設(shè)計(jì)等 …… 控制思想、控制方法論 主要教學(xué)環(huán)節(jié) ?習(xí)題 獨(dú)立完成作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)。機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 主講人：車暢 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課 課程性質(zhì) : 課程特點(diǎn)： 內(nèi)容豐富， 技術(shù)更新快， 緊密聯(lián)系實(shí)際， 應(yīng)用非常廣泛。 預(yù)習(xí)－ 聽課－ 復(fù)習(xí) (作業(yè)等形式 ) 緊跟老師講課思路，搞清基本概念，注意解題方法和技巧。 控制論為理論基礎(chǔ)，研究機(jī)械工程中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題；同時(shí)，它又是一種方法論。 ?數(shù)控加工中心能夠按照預(yù)先給定的工藝程序自動(dòng)進(jìn)刀切削，加工出預(yù)期的幾何形狀。它一般由控制裝置和被控對(duì)象組成 。 它可以只控制一個(gè)物理量 ， 也可以控制多個(gè)物理量甚至一個(gè)企業(yè)機(jī)構(gòu)的全部生產(chǎn)和管理過程；它可以是一個(gè)具體的工程系統(tǒng) ， 也可以是比較抽象的社會(huì)系統(tǒng) 、生態(tài)系統(tǒng)或經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) 。 控制對(duì)象 控制裝置 則是指對(duì)被控制對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。那么象汽車的駕駛也是由人參與的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。例如機(jī)電行業(yè)，機(jī)電一體化的產(chǎn)品。 經(jīng)典控制理論 控制理論的發(fā)展初期 ， 是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理 ， 主要用于工業(yè)控制 。 ? 二戰(zhàn)期間 （ 19381945年 ） 奈奎斯特 （ ） 提出了頻率響應(yīng)理論 1948年 ， 伊萬斯 （ ） 提出了根軌跡法 。 與此同時(shí) ， 反饋?zhàn)饔糜謳砹讼到y(tǒng)穩(wěn)定性問題 ， 正是這個(gè)曾一度困擾人們的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題激發(fā)了人們對(duì)反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的熱情 ， 推動(dòng)了自動(dòng)控制理論的發(fā)展與完善 。 隨著航天事業(yè)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展 ， 20世紀(jì) 60年代初 ， 在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上 ， 以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展起來 。 如 （ 1） 現(xiàn)代頻域方法 以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型 ， 研究線性定常多變量系統(tǒng)； （ 2） 自適應(yīng)控制理論和方法 以系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ) ， 在實(shí)時(shí)辨識(shí)基礎(chǔ)上在線確定最優(yōu)控制規(guī)律； （ 3） 魯棒控制方法 在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上 ， 設(shè)計(jì)不變的魯棒控制器 ， 以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性 。 大系統(tǒng)理論目前仍處于發(fā)展和開創(chuàng)性階段 。 智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程 ， 對(duì)自主機(jī)器人的控制就是典型的例子而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí) 。 信號(hào)線 方框 信號(hào)線 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 控制系統(tǒng)的基本概念 一般術(shù)語及方框圖 人類自然信息狀態(tài)（不借助任何工具和技術(shù)的原始狀態(tài)） ? 輸入（獲取）：看、聽、聞、嘗、感 ? 存儲(chǔ)：大腦 ? 控制：大腦，世間最強(qiáng)大的處理控制器 ? 傳輸：聲音、手勢(shì) ? 輸出（表達(dá)）：語言、手勢(shì)、表情 控制技術(shù)與工具 和人類發(fā)明了機(jī)械和交通技術(shù)和工具一樣（主要是材料和能量技術(shù)），人類也發(fā)明了非常豐富多彩的控制技術(shù)和工具： ? 輸入（獲?。?：望遠(yuǎn)鏡、傳感器（發(fā)展較晚） ? 傳輸： 烽火臺(tái)、旗語、鼓語、郵遞、書籍、交通、電報(bào)、電話、無線電、電視、 Inter ? 存儲(chǔ)： 結(jié)繩計(jì)數(shù)、文字、繪畫、紙和印刷（非常偉大的發(fā)明，現(xiàn)代技術(shù)很多方面都沒有超過它）、照相、錄音、錄像、數(shù)字存儲(chǔ) ? 輸出（表達(dá)）： 文字、繪畫、聲音（音響）、圖形、圖像（顯示技術(shù)）（包括電影電視） ? ★ 處理控制： 算籌、算盤、計(jì)算器、 微處理器、 計(jì)算機(jī) ? ★ 控制理論：經(jīng)典、現(xiàn)代、大系統(tǒng)理論 現(xiàn)象：數(shù)字化控制技術(shù)大潮 ? 世紀(jì)之交的技術(shù)大轉(zhuǎn)移：數(shù)字化大轉(zhuǎn)移 ? 時(shí)間：世紀(jì)之交前后 50年 ? 50年前開始， 50年后成熟，信息領(lǐng)域數(shù)字技術(shù)一統(tǒng)天下 ? 目前正是轉(zhuǎn)移的高峰期： ? Inter、計(jì)算機(jī)、數(shù)字錄音、數(shù)據(jù)通訊（目前主干，即將用戶）、數(shù)字電視、數(shù)字廣播、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像、數(shù)字城市、數(shù)字流域、數(shù)字地球 …… ... 數(shù)字化控制、數(shù)字化生存 ? 專家預(yù)言： 50年后，不是數(shù)字的信息產(chǎn)品很難見到（成熟） 數(shù)字化控制技術(shù)大有用武之地！ 控制技術(shù)應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn) 所有應(yīng)用，均基于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 ? 處理、控制 ? 存儲(chǔ) ? 接口應(yīng)用－輸入、輸出等 ? 還有一個(gè)重要特點(diǎn)： 在于信息量的輸出，不在于能量的獲取。 圖 1－ 1 爐溫開環(huán)控制 輸出量 (手柄位置 ) 輸入量 調(diào)壓器 加熱 電阻絲 電爐 恒溫箱 受控對(duì)象 (溫度 ) 擾動(dòng)量 (b) 方塊圖 控制裝置 擾動(dòng) 輸出量 輸入量 控制裝置 受控對(duì)象 ?開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖 開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 控制裝置 被控對(duì)象 輸入量 輸出量 開環(huán)控制系統(tǒng)例 2 如圖 12所示，為一個(gè)典型的液位控制系統(tǒng)， H為液面高度 (又稱液位 )，控制的目的在于保持液面高度不變。 驅(qū) 動(dòng) 控 制閥 水 槽輸 入 液 面 H i 輸 出 液 面 H o圖 1－ 3 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 開環(huán)控制的特點(diǎn) ?由于開環(huán)控制的特點(diǎn)是控制裝置只按照給定的輸入信號(hào)對(duì)被控制量進(jìn)行單向控制 ， 而不對(duì)控制量進(jìn)行測(cè)量并反向影響控制作用 。 2).閉環(huán)控制 閉環(huán)控制 是指系統(tǒng)的被控制量 （ 輸出量 ）與控制作用之間存在著 反饋 的控制方式 。 人作為閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖 反饋的概念 ? 反饋： 把輸出量送回到系統(tǒng)的輸入端并與輸入信號(hào)比較的過程 。 開環(huán)向閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換例 1 在上述圖12的開環(huán)液位控制系統(tǒng)中，加上一個(gè)液位的自動(dòng)測(cè)量與比較裝置，如右圖所示 . 液位控制閉環(huán)系統(tǒng)示意圖 開環(huán)向閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換例 2 ? 可以看到 :控制系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用有影響 ，或控制器與控制對(duì)象之間既有順向作用又有反向聯(lián)系，故這種控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 ? 因此只要出現(xiàn)偏差，就能自動(dòng)糾偏， 用它可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制 ,因此 ,它是自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的主要方式。 ?閉環(huán)系統(tǒng)： 由于增加了檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié) ，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ， 成本有所增加；但它提高了系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力；同時(shí)負(fù)反饋對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響 。 ? 上圖是 液面 高度自動(dòng)控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)由 水箱 、 齒輪減速器、電動(dòng)機(jī)、浮子 和 電位器等 組成。控制對(duì)象的輸出量就是控制系統(tǒng)的被控制量 (或稱被控量 )。 ? 控制器有兩個(gè)輸入量 ： 一個(gè)稱為給定值；另一個(gè)輸入量來自測(cè)量變送器的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的傳遞方向是從其輸出端回到輸入端，所以稱為反饋信號(hào)。 ? (4)測(cè)量變