機(jī)械控制基礎(chǔ)第一章(編輯修改稿)
2025-03-06 11:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 c k f(t) y(t) 圖 12 圖 13 c k y(t) m x(t) 21頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 就輸入 、 輸出 、 系統(tǒng)三者關(guān)系而言 ， 工程控制的內(nèi)容有以下五個方面： 當(dāng)系統(tǒng)一定 ， 輸入已定時 ， 求系統(tǒng)的輸出 (響應(yīng) )， 并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)問題 ， 此即 系統(tǒng)分析 問題； 當(dāng)系統(tǒng)已定時 ， 確定輸入 ， 且所確定的輸入應(yīng)使得輸出盡可能符合給定的最佳要求 ， 此即 最優(yōu)控制 問題： 當(dāng)輸入已知時 ， 確定系統(tǒng) ， 且所確定的系統(tǒng)就使得輸出盡可能符合給定的最佳要求 ， 此即 最優(yōu)設(shè)計(jì) 問題； 系統(tǒng) 輸入 輸出 圖 14 22頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 當(dāng)輸出已知時 ， 確定系統(tǒng) ， 以識別輸入或輸入中的有關(guān)信息 ， 此即 濾波與預(yù)測 問題； 當(dāng)輸入與輸出均已知時 ， 求出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù) ， 即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 ， 此即 系統(tǒng)識別或系統(tǒng)辨識 問題 。 本書主要以經(jīng)典控制理論來研究問題 1。 系統(tǒng) 輸入 輸出 圖 14 23頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 167。 12 167。 13 反饋控制原理與反饋控制系統(tǒng)的組成 一 、 反饋控制概念及控制原理 反饋控制原理是控制論的基本原理 ， 反饋是控制論中一個非常重要的概念 。 反饋： 將系統(tǒng)的輸出 ， 部分或全部地返回到輸入稱為系統(tǒng)反饋 。 其本質(zhì)是系統(tǒng)內(nèi)部元素的相互聯(lián)系 ，信息的交換 。 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 。 在這里人與車構(gòu)成了一個系統(tǒng) 。 在該系統(tǒng)中 ， 眼睛將實(shí)際車速這一信息送入大腦并與大腦中儲存的車速信息進(jìn)行比較 ， 這一過程就是 信息反饋 過程 。 例 1：司機(jī)駕駛汽車過程。 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 25頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 通常 ， 把輸出量返回到輸入端并與輸入量比較的過程稱為 反饋 ， 反饋包括 正反饋 和 負(fù)反饋 。 若反饋信號是與輸入信號相減而使偏差值愈采愈小 ， 則稱 負(fù)反饋 ；反之 ， 則稱 正反饋 。 顯然如圖所示系統(tǒng)中的反饋為負(fù)反饋 。 該系統(tǒng)的控制過程是 利用輸出量與輸入量之間的偏差進(jìn)行控制并最后消除這一偏差的過程 。 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) 。 在自動控制系統(tǒng)中 ， 反饋是用自動控制元件完成的 。 現(xiàn)以 工作臺位置控制系統(tǒng) 和 工作臺速度控制系統(tǒng) 為例 ， 說明自動控制系統(tǒng)的控制過程 。 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 27頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 例 2：工作臺位置控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由指令電位器、反饋電位器、放大器、伺服電機(jī)、齒輪減速器、滾珠絲杠及工作臺組成，其功用是控制工作臺位置按指令電位器給出的規(guī)律變化。 Du 28頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 工作原理如下： 通過指令電位器的滑動觸點(diǎn)給出工作臺的位置指令 xr，并轉(zhuǎn)換為控制電壓 ur 。 被控制工作臺的位移 xc由反饋電位器檢測 ， 并轉(zhuǎn)換為反饋電壓 uc 。 兩電位器接成橋式電路 。 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) 。 Du 29頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 Du 30頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 當(dāng)給出位置指令 xr時 ， 在工作臺改變位置之前的瞬間 ， xc=0， uc=0 ， 則電橋的輸出為 Du= ur– uc= ur– 0= ur ， 該偏差電壓經(jīng)放大器放大后控制直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動 ， 直流伺服電機(jī)通過齒輪減速器和滾株絲杠驅(qū)動工作臺右移 。 隨著工作臺的移動 。 工作臺實(shí)際位置與給定位置之間的偏差逐漸減小 ， 即偏差電壓 Du逐漸減小 。 當(dāng)反饋電位器滑動觸點(diǎn)的位置與給定位置一致 ， 即輸出完全復(fù)現(xiàn)輸入時 ， 電橋平衡 ，偏差電壓 Du= 0 ， 伺服電機(jī)停轉(zhuǎn) ， 工作臺停止在由指令電位器給定的位置上 ， 系統(tǒng)進(jìn)入新的平衡狀態(tài) ， 當(dāng)給出反向指令時 ， 偏差電壓極性相反 ， 伺服電機(jī)反轉(zhuǎn) ， 工作臺左移 ，當(dāng)工作臺移至給定位置時 ， 系統(tǒng)再次進(jìn)入平衡狀態(tài) 。 如果指令電位器滑動觸點(diǎn)的位置不斷改變 ， 則工作臺位置也跟著不斷變化 。 該系統(tǒng)的控制過程可用下面方塊圖表示： 31頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院 W1 放大器 電機(jī) 減速器 絲杠 工作臺 W2 xr ur uc Du qm qc xc Du 32頁 機(jī)電汽車工程學(xué)院
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