機(jī)械控制基礎(chǔ)第一章(存儲版)
【正文】 課程所要講解的內(nèi)容都是圍繞“ 穩(wěn)、快、準(zhǔn) ”這三項(xiàng)要求來進(jìn)行的。 圖 114 53頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 執(zhí)行環(huán)節(jié) 給定環(huán)節(jié) 放大運(yùn) 算環(huán)節(jié) 被控對象 xi xb 測量環(huán)節(jié) e xo + 控制部分 放大及運(yùn)算環(huán)節(jié)：將偏差信號做必要的校正 ，然后進(jìn)行功率放大 ， 以便推動執(zhí)行環(huán)節(jié)； 執(zhí)行環(huán)節(jié)：接收放大環(huán)節(jié)來的控制信號 ， 驅(qū)動被控對象按照預(yù)期的規(guī)律進(jìn)行 。 ug 電位器 電動機(jī) 負(fù)載 功 放 ua 47頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 二 、 對自動控制系統(tǒng)還可按輸出變化規(guī)律分 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在外界干擾作用下 ， 系統(tǒng)的輸出仍能基本保持為常量的系統(tǒng) 。 閉環(huán)系統(tǒng)能自動修正被控量的偏差 ， 控制精度高 ， 但系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩 。 37頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 該系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示： 電位器 放大器 伺服閥 液壓缸 工作臺 xr ur uc Q xc(V) 齒輪、齒條 測速發(fā)電機(jī) i n 圖 19 38頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 例：恒溫箱控制系統(tǒng) T RuP 2?t 恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖 恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖 39頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 T 恒溫箱自動控制系統(tǒng)原理圖 40頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 例：機(jī)床工作臺位置控制系統(tǒng) 41頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 由以上各例可知 ， 雖然構(gòu)成各反饋控制系統(tǒng)的元件不同 ， 系統(tǒng)的功用也各不相同 ， 但反饋控制系統(tǒng)的工作原理都是相同的 ， 即都是按 負(fù)反饋 控制原理進(jìn)行工作的 。 Du 33頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 例 3：工作臺速度控制系統(tǒng) 。 當(dāng)工作臺位置 xc與給定位置 xr有偏差時 ， 橋式電路的輸出電壓為 Du= ur – uc ，設(shè)開始時指令電位器和反饋電位器滑動觸點(diǎn)都處于左端 ，即 xr= xc=0， 則 Du= ur– uc=0 ，此時 ， 放大器無輸出 ， 直流伺服電機(jī)不轉(zhuǎn) ， 工作臺靜止不動 ， 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 。 希望車速 y(t) 大腦 偏差 腳、油門踏板 汽車 實(shí)際車速 x(t) 眼睛、轉(zhuǎn)速表 b(t) e(t) 輸入量 輸出量 26頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 在上述系統(tǒng)中 ， 人直接參與了反饋控制過程 ， 因此這是一個人工反饋控制系統(tǒng) 。 24頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 在開車過程中 ， 司機(jī)用眼睛觀察轉(zhuǎn)速表上的實(shí)際車速并由大腦將實(shí)際車速與希望車速進(jìn)行比較 ， 大腦根據(jù)比較后的偏差 對腳發(fā)出指令 ， 控制油門踏板 ， 從而使實(shí)際車速與希望車速一致 。 . ????????002)0()0()()()(yyyytftykcpmp?? ??????002)0()0()()()()(yyyytxkcptykcpmp??20頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 在上例中 ， f(t)與 x(t)稱為系統(tǒng)的輸入或激勵 ， y(t)稱為系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)對輸入的響應(yīng) ， 由以上分析可知系統(tǒng)及其輸入 、 輸出三者之間的關(guān)系如圖 14。 m c k f(t) y(t) 圖 12 圖 13 c k y(t) m x(t) 15頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 圖 1 2中， m ,k , c分別表示質(zhì)量、粘性阻尼、彈簧剛度。 13頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 167。 狀態(tài)空間概念的引入 ，計(jì)算機(jī)的發(fā)展及對現(xiàn)代控制理論起了重要的推動作用 。到50年代中期 ，以反饋控制為中心的理論體系基本形成。 4頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 這就迫使從事該領(lǐng)域研究的科學(xué)家 (振蕩主要從數(shù)學(xué)領(lǐng)域研究 ——數(shù)學(xué)家 )思考并解決這些問題： ? 1868年馬克斯威爾 (Maxwell)從描述系統(tǒng)的微分方程的解中有無增長指數(shù)函數(shù)項(xiàng)，來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性； ? 1884年勞斯 (Routh)提出了系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)； ? 1895年赫爾維茨 (Hurwitz)也獨(dú)立提出了系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)，使自動控制技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。這是一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題，也是一個典型的機(jī)械動力學(xué)問題。 1頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 最 早期的、在工業(yè)中起重要作用的 第一個 自動調(diào)節(jié)裝置是1788年瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)中的離心調(diào)速器。若使速度恢復(fù)較快，就是加強(qiáng)反饋效果（如，即使速度有微小變化也使供汽量的變化較大），但這樣一來，就會出現(xiàn)速度反復(fù)變化頻繁的 振蕩 現(xiàn)象，若其參數(shù)處理不好時，還會使蒸汽機(jī)產(chǎn)生劇烈的振蕩（在反饋控制系統(tǒng)中，振蕩是經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象）。如化工、石油、冶金等部門，實(shí)現(xiàn)了對過程的控制，解決了壓力、溫度、流量與化學(xué)成分的控制問題。 1956年前蘇聯(lián) 特略金 提出的 最優(yōu)控制 ， 1957年美國 貝爾曼 (Bellman)提出的 動態(tài)規(guī)劃理論 ， 和 1960年美國 卡爾曼 (Kalman)提出的 最優(yōu)過濾理論 形成了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ) 。 以數(shù)學(xué) 、 物理及有關(guān)科學(xué)為其理論基礎(chǔ) ， 以機(jī)械工程中有關(guān)系統(tǒng)動力學(xué)為其抽象 、 概括與研究的對象 ， 運(yùn)用信息的傳輸 、 處理與反饋進(jìn)行控制這一正確的思維方法與觀點(diǎn) ， 在 數(shù)理基礎(chǔ)課程 與 專業(yè)課程 之間架起一道橋梁 ， 將兩者緊密 結(jié)合起來 ， 所以我們說它是一門 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課 。 具體地說 ， 它研究的是工程技術(shù)中的廣義系統(tǒng)在一定的外界條件作用下 ， 從系統(tǒng)的一定的初始狀態(tài)出發(fā) ， 所
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