【正文】 備或生產(chǎn)過(guò)程 ） 的一個(gè)或數(shù)個(gè)物理量（ 如電壓 、 電流 、 速度 、 位置 、 溫度 、 流量 、 化學(xué)成分等 ） 自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行 （ 或變化 ） 。 教學(xué)內(nèi)容： 主要教學(xué)內(nèi)容 基礎(chǔ)知識(shí) 分析方法 基本概念 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 工 程 控 制 技 術(shù) 時(shí)域分析 頻域分析 系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù) 工程應(yīng)用 系統(tǒng)性能指標(biāo) 系統(tǒng)校正 ● 學(xué)時(shí)與學(xué)分 ： 36/ ● 基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 一．緒論 4 學(xué)時(shí) 二．控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 6 學(xué)時(shí) 三．系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 6 學(xué)時(shí) 四． 系統(tǒng)的 頻率特性分析 8 學(xué)時(shí) 五．系統(tǒng)的穩(wěn)定性 8 學(xué)時(shí) 六．系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正 4 學(xué)時(shí) 《 工程控制基礎(chǔ) 》 課程教 材 及 參 考書(shū) ?教材： 《 機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 》 （第五版），楊叔子、楊克沖等編著，華中科技大學(xué)出版社， 2022 等編 《 自動(dòng)控制原理 》 ，國(guó)防工業(yè)出版社 ． 《 自動(dòng)控制原理 》 ．國(guó)防工業(yè)出版社 ． 《 機(jī)械控制工程 》 ．機(jī)械工業(yè)出版社 ?參考書(shū)： 引言（一般概念） 自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用 自動(dòng)控制理論的發(fā)展 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 End 第一章 緒論（自動(dòng)控制的一般概念） 本 章 作 業(yè) 控制系統(tǒng)基本概念 ?何謂控制 (control) ?何謂自動(dòng)控制 (automatic control) ： 是指在沒(méi)有人直接參與的條件下，利用控制裝置使被控對(duì)象按照預(yù)定的技術(shù)要求進(jìn)行工作。 ?課外補(bǔ)充 復(fù)習(xí)：復(fù)變函數(shù) Laplace變換 自學(xué)： Matlab編程。否則，對(duì)以后的工作、學(xué)習(xí)將會(huì)造成影響。 本課是非電專業(yè)的機(jī)電技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用廣泛，學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多，不能輕視。 課堂上，多媒體授課為主，板書(shū)為輔 ?課堂教學(xué) ?實(shí)驗(yàn) 注意理論聯(lián)系實(shí)際，掌握軟件編制的方法，仿真調(diào)試與物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合。學(xué)習(xí)本課程的目的在于使學(xué)生結(jié)合工程實(shí)際，應(yīng)用經(jīng)典控制論中的基本概念和基本方法來(lái)分析、研究和解決其中的問(wèn)題 。焊接機(jī)器人，溫度控制系統(tǒng)等等。 被控制對(duì)象是指那些要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器 、 設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 。 自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 是指能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。包括測(cè)量設(shè)備、計(jì)算處理設(shè)備及驅(qū)動(dòng)動(dòng)作設(shè)備。 ? 1943年火炮自動(dòng)控制研制成功。 自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué) 。 第二次世界大戰(zhàn)期間 ， 為了設(shè)計(jì)和制造飛機(jī)及船用自動(dòng)駕駛儀 、 火炮定位系統(tǒng) 、 雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)等基于反饋原理的軍用裝備 ， 進(jìn)一步促進(jìn)和完善了自動(dòng)控制理論的發(fā)展 。至此 ， 控制理論發(fā)展的第一階段基本完成 ， 形成了以頻率法和根軌跡法為主要方法的經(jīng)典控制理論 。 因此從某種意義上講 ， 古典控制理論是伴隨著反饋控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸完善和成熟起來(lái)的 。 ?1954年貝爾曼 （ )提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論 ?1956年龐特里雅金 （ ） 提出極大值原理 ?1960年卡爾曼 （ )提出多變量最優(yōu)控制和最優(yōu)濾波理論 在數(shù)學(xué)工具 、 理論基礎(chǔ)和研究方法上不僅能提供系統(tǒng)的外部信息 （ 輸出量和輸入量 ） ， 而且還能提供系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量的信息 。 隨著控制理論應(yīng)用范圍的擴(kuò)大 ， 從個(gè)別小系統(tǒng)的控制 ， 發(fā)展到若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)進(jìn)行整體控制 ， 從傳統(tǒng)的工程控制領(lǐng)域推廣到包括經(jīng)濟(jì)管理 、 生物工程 、 能源 、 運(yùn)輸 、 環(huán)境等大型系統(tǒng)以及社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域 。 智能控制 是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù) ， 是人工智能在控制上的應(yīng)用 。 智能控制是從“仿人”的概念出發(fā)的。 控制系統(tǒng)的基本概念 按照有無(wú)反饋 ， 把控制系統(tǒng)分為兩種形式：開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制 1)． 開(kāi)環(huán)控制 開(kāi)環(huán)控制是沒(méi)有輸出反饋的一類控制 ， 指系統(tǒng)的被控制量 （ 輸出量 ） 只受控于控制作用 ，而對(duì)控制作用不能反施任何影響 （ 沒(méi)有反饋 ）的控制方式 。 如果由于閥門 V1的開(kāi)度變化而引起輸出流量發(fā)生變化時(shí)，必然引起液位 H的變化，為了保持 H不變必需人為地控制閥門 V2的開(kāi)度來(lái)改變輸入的流量，以維持液面高度 H不變。 這樣 ， 當(dāng)爐溫偏離希望值時(shí) ， 開(kāi)關(guān) K的接通或斷開(kāi)時(shí)間不會(huì)相應(yīng)改變 。采用閉環(huán)控制的系統(tǒng)稱為 閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng) 。 若反饋信號(hào)是與輸入信號(hào)相減而使偏差值越來(lái)越小 ， 則稱為 負(fù)反饋 ；反之 ， 則稱為 正反饋 。說(shuō)明的是： 輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用的影響 稱為 “ 反饋 ” 。閉環(huán)的作用就是：應(yīng)用反饋來(lái)減少偏差。 2. 反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語(yǔ)和定義 （ 1） ? 反饋控制系統(tǒng)的概念 ? 反饋是控制系統(tǒng)中一個(gè)最基本、最重要的概念。 自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望液位，然后通過(guò)電機(jī)來(lái)調(diào)整閥門的開(kāi)度，對(duì)夜面誤差（夜面高度轉(zhuǎn)換位電壓）進(jìn)行修正，從而達(dá)到保持液位不變的目的 。在上述系統(tǒng)中水箱的 夜面高度 ，便是輸出量。 ? 這兩個(gè)信號(hào)在控制器中比較得到輸出量與給定值之間的一個(gè)偏差信號(hào) (正或負(fù) )， 控制器對(duì)該偏差信號(hào)按設(shè)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出控制指令信號(hào)，送入執(zhí)行器。上述系統(tǒng)中的 浮子、杠桿和電位器 。 ? 如果反饋信號(hào)符號(hào)取得與給定值同向，便是正反饋，它不能減少或消除偏差，系統(tǒng)也不能穩(wěn)定工作，因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)中幾乎不用正反饋。 ? 控制量 u: 從控制器輸出并作用于被控制對(duì)象的信號(hào)； ? 擾動(dòng) n： 來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或外部 ， 對(duì)系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號(hào)； 反饋控制系統(tǒng)的組成、名詞術(shù)語(yǔ)、定義（ 2） ?輸出 c： 反饋控制系統(tǒng)的被控制量，即被控制對(duì)象的輸出量； ?比較環(huán)節(jié)： 將參考輸入與主反饋信號(hào)進(jìn)行比較的環(huán)節(jié) ， 它的輸出等于參考輸入與主反饋信號(hào)的差值 ，即偏差 e,比較環(huán)節(jié)又稱為偏差檢測(cè)器 。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控制量（即系統(tǒng)的輸出量）保持在給定或希望的數(shù)值上。其動(dòng)態(tài)性能可用線性微分方程描述，系統(tǒng)滿足疊加原理。反之，稱之為本質(zhì)非線性，它只能用非線性理論分析研究。 而用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器控制的系統(tǒng)又稱為數(shù)字控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 。 ?對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求一般可以歸納為： 穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性， 統(tǒng)稱為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差通常與系統(tǒng)的增益或放大倍數(shù)有關(guān) ， 而反饋控制系統(tǒng) （ 閉環(huán)系統(tǒng) ） 的控制精度主要取決于它的反饋深