【正文】 個機電系統(tǒng)，使之按預定的規(guī)律運動，以 達到預定的技術(shù)經(jīng)濟指標，為實現(xiàn)最佳控制打下基礎(chǔ)。 前導課程： 復變函數(shù)、電路理論、機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 后續(xù)課程： 機電一體化控制、 畢業(yè)設(shè)計等 …… 控制思想、控制方法論 主要教學環(huán)節(jié) ?習題 獨立完成作業(yè)，按時交作業(yè)。機械工程控制基礎(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： 內(nèi)容豐富， 技術(shù)更新快， 緊密聯(lián)系實際， 應用非常廣泛。 預習－ 聽課－ 復習 (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)，研究機械工程中廣義系統(tǒng)的動力學問題；同時，它又是一種方法論。 ?數(shù)控加工中心能夠按照預先給定的工藝程序自動進刀切削，加工出預期的幾何形狀。它一般由控制裝置和被控對象組成 。 它可以只控制一個物理量 ， 也可以控制多個物理量甚至一個企業(yè)機構(gòu)的全部生產(chǎn)和管理過程；它可以是一個具體的工程系統(tǒng) ， 也可以是比較抽象的社會系統(tǒng) 、生態(tài)系統(tǒng)或經(jīng)濟系統(tǒng) 。 控制對象 控制裝置 則是指對被控制對象起控制作用的設(shè)備總體。那么象汽車的駕駛也是由人參與的負反饋調(diào)節(jié)。例如機電行業(yè)，機電一體化的產(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 （ ） 提出了頻率響應理論 1948年 ， 伊萬斯 （ ） 提出了根軌跡法 。 與此同時 ， 反饋作用又帶來了系統(tǒng)穩(wěn)定性問題 ， 正是這個曾一度困擾人們的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題激發(fā)了人們對反饋控制系統(tǒng)進行深入研究的熱情 ， 推動了自動控制理論的發(fā)展與完善 。 隨著航天事業(yè)和計算機的發(fā)展 ， 20世紀 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)學模型 ， 研究線性定常多變量系統(tǒng)； （ 2） 自適應控制理論和方法 以系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計為基礎(chǔ) ， 在實時辨識基礎(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)計不變的魯棒控制器 ， 以處理數(shù)學模型的不確定性 。 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)動智能機器自主地實現(xiàn)其目標的過程 ， 對自主機器人的控制就是典型的例子而環(huán)境的復雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識 。 信號線 方框 信號線 輸入信號 輸出信號 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：大腦 ? 控制：大腦，世間最強大的處理控制器 ? 傳輸：聲音、手勢 ? 輸出（表達）：語言、手勢、表情 控制技術(shù)與工具 和人類發(fā)明了機械和交通技術(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?。?：望遠鏡、傳感器（發(fā)展較晚） ? 傳輸： 烽火臺、旗語、鼓語、郵遞、書籍、交通、電報、電話、無線電、電視、 Inter ? 存儲： 結(jié)繩計數(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 ? 輸出（表達）： 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、計算器、 微處理器、 計算機 ? ★ 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 ? 世紀之交的技術(shù)大轉(zhuǎn)移：數(shù)字化大轉(zhuǎn)移 ? 時間：世紀之交前后 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、計算機、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、數(shù)字攝像、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)應用的出發(fā)點 所有應用，均基于控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 ? 處理、控制 ? 存儲 ? 接口應用－輸入、輸出等 ? 還有一個重要特點： 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 受控對象 (溫度 ) 擾動量 (b) 方塊圖 控制裝置 擾動 輸出量 輸入量 控制裝置 受控對象 ?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 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 ?由于開環(huán)控制的特點是控制裝置只按照給定的輸入信號對被控制量進行單向控制 ， 而不對控制量進行測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，加上一個液位的自動測量與比較裝置，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)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用有影響 ，或控制器與控制對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，就能自動糾偏， 用它可以實現(xiàn)準確的控制 ,因此 ,它是自動控制系統(tǒng)工作的主要方式。 ?閉環(huán)系統(tǒng)： 由于增加了檢測裝置和反饋環(huán)節(jié) ，結(jié)構(gòu)較復雜 ， 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；同時負反饋對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響 。 ? 上圖是 液面 高度自動控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)由 水箱 、 齒輪減速器、電動機、浮子 和 電位器等 組成?？刂茖ο蟮妮敵隽烤褪强刂葡到y(tǒng)的被控制量 (或稱被控量 )。 ? 控制器有兩個輸入量 ： 一個稱為給定值；另一個輸入量來自測量變送器的信號，這個信號的傳遞方向是從其輸出端回到輸入端，所以稱為反饋信號。 ? (4)測量變