【文章內(nèi)容簡介】 ，即使無輸入，系統(tǒng)的狀態(tài)也不斷改變，這就是自由運動。工程控制論的內(nèi)容可歸納為如下 5個方面：（ 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，設計輸入，即最優(yōu)控制問題； （ 3）已知輸入和理想輸出時，設計系統(tǒng)，即最優(yōu)設計問題； （ 4）輸出已知，確定系統(tǒng)，以識別輸入或輸入中的有關信息，此即濾波與預測問題； （ 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)辨識問題。 第一章 緒論三、 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，而且還與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關； （ 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)出在時域、頻域或復域等域內(nèi)的動態(tài)特性。 機械系統(tǒng) : 實現(xiàn)一定的機械運動、輸出一定的機械能，以及承受一定的機械載荷為目的的系統(tǒng)，稱為機械系統(tǒng)。對于機械系統(tǒng)，其輸入和輸出分別稱為 “激勵 ”和 “響應 ”。 第一章 緒論系統(tǒng)模型: 模型是研究系統(tǒng)、認識系統(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)學方法所描述的抽象的理論模型，用來表達一個系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間，或系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間的關系，故又稱為數(shù)學模型。 系統(tǒng)的模型包括實物模型、物理模型、和數(shù)學模型等等。而數(shù)學模型又包括靜態(tài)模型和動態(tài)模型。動態(tài)模型在一定的條件下可以轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模型。在控制理論或控制工程中，一般關心的是系統(tǒng)的動態(tài)特性，因此，往往需要采用動態(tài)數(shù)學模型。 靜態(tài)模型反映系統(tǒng)在恒定載荷或緩變作用下或在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時輸出僅由其現(xiàn)時輸入所決定，一般以代數(shù)公式描述。第一章 緒論 動態(tài)模型反映系統(tǒng)在迅變載荷或在系統(tǒng)不平衡狀態(tài)下的特性，現(xiàn)時輸出還由受其以前輸入的歷史的影響，一般以微分方程或差分方程描述。例 :可見書 P6圖 。四、 反饋 定義 :系統(tǒng)的輸出不斷地，直接或間接地、全部或部分地返回，并作用于系統(tǒng)，其實質(zhì)就是信息的傳遞與交互。第一章 緒論內(nèi)反饋與外反饋外反饋：在自動控制系統(tǒng)中，為達到某種控制目的而人為加入的反饋，稱為外反饋。 內(nèi)反饋：在系統(tǒng)或過程中存在的各種自然形成的反饋，稱為內(nèi)反饋。它是系統(tǒng)內(nèi)部各個元素之間相互耦合的結(jié)果。內(nèi)反饋是造成機械系統(tǒng)存在一定的動態(tài)特性的根本原因，紛繁復雜的內(nèi)反饋的存在使得機械系統(tǒng)變得異常復雜。例： mck系統(tǒng)第一章 緒論顯然這是一個內(nèi)反饋，因為沒有附加反饋控制裝置。內(nèi)反饋是系統(tǒng)內(nèi)部的信息交互，反映了系統(tǒng)的動態(tài)特性。系統(tǒng)方框圖及其組成 系統(tǒng)方框圖由許多對信號（量）進行單向傳遞的元件方框和一些連線組成，表征了系統(tǒng)各元件之間及系統(tǒng)與外界之間進行信息交換的過程。它包括三個基本的單元，即： 1)引出點（分支點）：表示信號的引出或信號的分支，箭頭表示信號的傳遞方向，線上標記信號的名稱。第一章 緒論 比較點（相加點）：表示兩個或兩個以上的信號進行相加或相減運算。 “+”表示信號相加； “”表示信號相減。 　 　 元件方框：方框中寫入元、部件的名稱，進入箭頭表示其輸入信號；引出箭頭表示其輸出信號。第一章 緒論例：見書 P23頁 解：當?shù)毒咭赃M給量 s進行切削時，在切削過程中產(chǎn)生切削力 Py，而使機床 工件系統(tǒng)發(fā)生變形退讓，減少了刀具的實際進給 a，此時 a=sy,進而影響到切削力的變化，如此循環(huán)，使得切削過程為一個動態(tài)過程，其過程如下圖所示的方框圖表示：切削過程機床 工件系統(tǒng)第一章 緒論例：見書 P24頁 解：人騎自行車時，總是希望自行車具有一定的理想狀態(tài)（如速度，方向等），人腦根據(jù)這個理想狀態(tài)指揮四肢動作，使自行車按預定的狀態(tài)運動，此時，路面的狀況等因素會對自行車的實際狀態(tài)產(chǎn)生影響，使得自行車偏離理想狀態(tài)，人的感覺器官感覺車子的狀態(tài)，并將此信息返回到大腦，大腦根據(jù)實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差調(diào)整四肢動作，如此循環(huán)往復。其信息流動與反饋的過程如下圖所示：運動系統(tǒng)感覺器官自行車第一章 緒論五、控制系統(tǒng)的工作原理及其組成加熱電阻絲~220V調(diào)壓器人工控制的恒溫箱 溫度計例：人 工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過程 ：216。 觀測恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）216。 與要求的溫度（給定值）進行比較，得到溫度 偏差的大小和方向第一章 緒論216。 根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電 阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復到要求值 。人工控制過程的實質(zhì)： 檢測偏差再糾正偏差 。大腦 手 調(diào)壓器 恒溫箱眼睛實際溫度期望溫度人工控制恒溫箱系統(tǒng)功能框圖溫度計第一章 緒論加熱電阻絲~220V調(diào)壓器熱電偶給定信號比較 電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動機減速器u2u1++?u恒溫箱自動控制系統(tǒng)例：第一章 緒論恒溫箱自動控制系統(tǒng)工作原理：216。恒溫箱實際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對應的電壓 u2 216。恒溫箱期望溫度由電壓 u1給定，并與實際溫度 u2比較得到溫度偏差信號 ?u＝ u1? u2216。溫度偏差信號經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動 執(zhí)行電動機，并通過傳動機構(gòu)拖動調(diào)壓器動觸 頭。當溫度偏高時，動觸頭向減小電流的方向 運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值為 止，此時，偏差 ?u＝ 0，電機停止轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)功能框圖如下所示 ：第一章 緒論給定信號電壓功率放大器控制電機減速器調(diào)壓器恒溫箱(控制對象 )熱電偶?u1u2?u ua n v u溫度 t(被控量)擾動恒溫箱自動控制系統(tǒng)功能框圖從恒溫箱控制系統(tǒng)功能框圖可見 ：216。 給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為 系統(tǒng)輸入量 。 也稱為 參考輸入量 （ 信號 ）。216。 被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為 系統(tǒng)輸出量 。第一章 緒論216。 輸出量（全部或一部分）通過測量裝置返回系 統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進行比較，產(chǎn)生 偏 差 （給定信號與返回的輸出信號之差）信號。 輸出量的返回過程稱為 反饋 。返回的全部或部 分輸出信號稱為 反饋信號 。綜上所述，控制系統(tǒng)的工作原理：216。檢測輸出量（被控制量）的實際值216。將輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比 較得出偏差； 216。用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得 輸出量維持期望的輸出。第一章 緒論 由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預計擾動的情況下，自動減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為 反饋控制 。顯然： 反饋控制建立在偏差基礎上 ，其控制方式是 “檢測偏差再糾正偏差 ”。 這種基于反饋原理，能對輸出量與參考輸入量進行比較，并力