控制工程课件1绪论
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控制工程基础(第一章)
三. 研究生产过程的组织和管理
生产过程的组织＋管理＋生产过程＝制造系统
生产过程的组织、管理以及生产过程中的每一个环 节都是整个制造系统的一个环节，任何一个环节都会对 其后面的环节产生影响，而后面的环节可能又反过来影 响前面的环节。这是一个闭环系统。
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
二. 研究反馈控制系统的性能和设计
• 反馈控制系统——系统的输出通过适当的测量装 置将输出信号全部或部分返回到输入端，并与系统的 输入进行比较。 • 如数控机床，自动生产线，精密工作台等。
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
•
•例如：数控机床、焊接机器人、温度控制系统
•北京工业大学机电学
•
§1-1 概述
• 特点：一个或多个被控制的物理量按照给定量的变 化而变化。
给定量：系统的输入量，可以是物理量、也可以是数 字量；
被控量：系统的输出量。
若被控量是恒定的，为恒值调节系统，如稳压电源， 恒温控制系统；
若被控量随给定量的变化而变化，则为调节系统或随 动系统，如转速调节系统，位置随动系统等。
•北京工业大学机电学
•
§1-1 概述
控制论是自动控制、电子技术、计算机科学等多学科相 互渗透的产物：
20世纪40年代酝酿形成，1948年，维纳（Wiener） 《控制论》出版，标志着该学科的诞生；
50年代蓬勃发展，一方面，火药、导弹的控制技术， 以及数控、电力、冶金自动化技术得到极大发展，另一方面 ，控制理论也逐渐成熟；
•北京工业大学机电学
生产过程的组织＋管理＋生产过程＝制造系统
生产过程的组织、管理以及生产过程中的每一个环 节都是整个制造系统的一个环节，任何一个环节都会对 其后面的环节产生影响，而后面的环节可能又反过来影 响前面的环节。这是一个闭环系统。
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
二. 研究反馈控制系统的性能和设计
• 反馈控制系统——系统的输出通过适当的测量装 置将输出信号全部或部分返回到输入端，并与系统的 输入进行比较。 • 如数控机床，自动生产线，精密工作台等。
•北京工业大学机电学
•
§1-2 控制理论在机械制造中的 应用
•
•例如：数控机床、焊接机器人、温度控制系统
•北京工业大学机电学
•
§1-1 概述
• 特点：一个或多个被控制的物理量按照给定量的变 化而变化。
给定量：系统的输入量，可以是物理量、也可以是数 字量；
被控量：系统的输出量。
若被控量是恒定的，为恒值调节系统，如稳压电源， 恒温控制系统；
若被控量随给定量的变化而变化，则为调节系统或随 动系统，如转速调节系统，位置随动系统等。
•北京工业大学机电学
•
§1-1 概述
控制论是自动控制、电子技术、计算机科学等多学科相 互渗透的产物：
20世纪40年代酝酿形成，1948年，维纳（Wiener） 《控制论》出版，标志着该学科的诞生；
50年代蓬勃发展，一方面，火药、导弹的控制技术， 以及数控、电力、冶金自动化技术得到极大发展，另一方面 ，控制理论也逐渐成熟；
•北京工业大学机电学
控制工程基础ppt - 第一章
高压供油路
发动机
喷油泵
离心式飞锤调速器
ห้องสมุดไป่ตู้
自动控制理论的发展过程
§1-1 控制系统的 基本工作原理
一 反馈控制原理
－
＋
给定信号
执行电动机 减速器
ui 比较 ⊿u ub 电压 放大器 功率 放大器
例：恒温炉自动控制系统
－ ＋
∆u = ui − ub
T
热电偶 加热电阻丝 调压器
～220V
恒温炉自动控制系统
开环控制系统的应用： 开环控制系统常用于，预知期望输出且扰动很小，或扰动虽大，但预知其 变化规律，从而能够加以补偿的场合。
扰 动
输入
控制器
被控对象
输出
二 按期望输出的类型分类 1 自动调节系统 若期望输出是常量，系统在有干扰的情况下，能使实际输出相当精确 地保持等于期望输出，则称该系统为自动调节系统（或恒值控制系统）。 自动调节控制系统应该是闭环控制系统。 2 随动系统 若期望输出经常发生变化，且不能预知其变化规律，系统能使实际输 出以一定的精度，及时跟随期望输出，则该系统称为随动系统。 随动系统的输出一般是机械量：位移、速度、加速度，此时又称其为 伺服系统，如： 雷达跟踪系统 火炮瞄准系统 舰船操纵系统
固有反馈（内在反馈） 由于系统本身固有的、内在相互作用而形成的反馈；
§1-2. 自动控制系统的基本类型
一 按反馈的情况分类 1 闭环控制系统 闭环控制系统 具有为控制目的而特意设置的主反馈（负反馈）的 控制系统，又称反馈控制系统。
给定元件
接受指令 指令并将其转换为输入的元件； 指令 指令是表示期望输出的信息。 指令 反馈元件 检测输出并将其转化为反馈的元件； 比较元件 将输入与反馈进行比较，并得出偏差的元件； 从广义上讲，比较元件是对信息进行合成的元件。 放大及运算元件 将比较元件传递来的偏差 偏差，进行转换和放大的元件； 偏差 执行元件 接受放大及运算元件传递来的信息，直接操纵被控对象的 元件； 被控对象 控制系统中需要被控制的某种设备或过程，其输出就是被 控量；
第一章(绪论)控制工程概论
第一章 绪论
[例]
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
开环
控制
方式
原理方框图
输入量
ui
uo
输出量ω
给定电位计
放大器
电动机及负载
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
闭环
控制
方式
输入量
ur 给定电位计
△u
uo
放大器
e
输出量ω 电动机及负载
测速发电机
第一章 绪论
[例]
用于船舶推 进器中的离 心式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
用于船舶推进器 的电子式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
直 流 调 速 系 统
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
第一章 绪论
四. 控制系统举例
(二) 随动系统 随动系统的输入信号是一个随时间任意变化 的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任 务是在有扰动的情况下，保证输出量以一定的精 度跟随输入信号的变化而变化。在这种系统中， 输出量通常是机械位移、速度或加速度。随动系 统也称为自动跟踪系统(或伺服系统)。
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
பைடு நூலகம்
Hi
Ho
浮子、联杆
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
Hi
Ho
浮子、联杆
电位计
电机
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-6
ωi
飞锤、弹簧
[例]
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
开环
控制
方式
原理方框图
输入量
ui
uo
输出量ω
给定电位计
放大器
电动机及负载
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
闭环
控制
方式
输入量
ur 给定电位计
△u
uo
放大器
e
输出量ω 电动机及负载
测速发电机
第一章 绪论
[例]
用于船舶推 进器中的离 心式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
用于船舶推进器 的电子式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
直 流 调 速 系 统
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
第一章 绪论
四. 控制系统举例
(二) 随动系统 随动系统的输入信号是一个随时间任意变化 的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任 务是在有扰动的情况下，保证输出量以一定的精 度跟随输入信号的变化而变化。在这种系统中， 输出量通常是机械位移、速度或加速度。随动系 统也称为自动跟踪系统(或伺服系统)。
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
பைடு நூலகம்
Hi
Ho
浮子、联杆
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
Hi
Ho
浮子、联杆
电位计
电机
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-6
ωi
飞锤、弹簧
控制工程基础2-第1章(绪论)
方框信号
• 方框 • 信号线
控制装置和被控对象分别用方框表示 方框的输入和输出以及它们之间的联接用带
箭头的信号线表示
• 输入信号 进入方框的信号 • 输出信号 离开方框的信号
7
例子2：恒温系统
• 人工控制恒温箱
测量、比较、判断、操 作
[动态过程]
1 2
观测恒温箱内的温度（被控制 量） 与 要 求 的 温 度 （ 给 定 值 ） 进行比较，得到温度偏差的大 小和方向
第三节 控制系统主要任务与研究内容
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系 统的稳定性，求取系统的动态、静态性能指标， 并据此评价系统的过程称为控制系统分析。 控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给 定系统的性能指标，合理的确定控制装置的结构 参数，称为控制系统设计。
41
课程的主要内容及其相互关系
16
开环例3:直流电机速度开环控制系统
17
• 闭环控制
如果系统的输出量与输入量之间具有
反馈联系，即输出量对系统的控制过程有 直接影响，这样的系统称为闭环控制系统。 闭环控制系统是按照反馈控制原理工作的， 又称为反馈控制系统。这种系统的信号传 递路线构成闭合回路（闭环）。 优点：具有自动补偿由于系统内部和外部干 扰所引起的系统误差（偏差）的能力，因 而有效地提高了系统的精度。
恒值控制系统（自动调节系统） 程序控制系统 随动系统(伺服系统）
恒值系统是指参考输入量保持常值的系统。其任务是消除或减少 扰动信号对系统输出的影响，使被控制量（即系统的输出量）保 持在给定或希望的数值上。例如蒸汽机离心调速器系统、恒温箱 温度控制系统等。 随动系统是指参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求 输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度 是随动系统的两项主要性能指标。
控制工程基础第一章绪论
第 15 页
第一章 结 束
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牛头刨床
返回
焊接机器人
返回
内燃机
返回
连杆机构
齿轮机构
返回
凸轮机构
螺旋机构
返回
平面机构
空间机构
返回
机械设计基础 ——
包括机械原理和机械设计， 是研究机械的组成原理、运动学 和动力学以及组成机械的通用零 件设计的学科。
目 录
第一章 第二章
第三章 第四章
第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章
绪论 平面连杆机构
凸轮机构 间歇运动机构
机械的调速和平衡 机械零件设计和计算概论 联接 带传动和链传动 齿轮传动 蜗杆传动 轮系、减速器和无级变速传动 轴 轴承 联轴器、离合器和制动器
学习目的：能选用、分析基本机构， 能分析、使用和维护简单的机械装置， 为学习专业课程中的机械部分打下基础。
第 12 页
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§1-3 机械设计的基本要求和过程
一、设计机械应满足的基本要求 在满足预期功能的前提下，性能好，效率高，
成本低，造型美观。 在预定的使用期限内安全可靠，操作方便，
维修简单。
第8页
构件：运动单元 零件：加工制造单元
● 机构由若干构件组成 ● 构件由零件组成
零件
构件
机构
机器
第9页
机械
通用零件：在各类机械中经常可以遇到的，具有同 一功用及性能的零件。 联接零件：铆钉、焊接、螺纹、键 传动零件：带传动、齿轮传动、链传动等 轴系零件：轴、轴承、联轴器 其它零件：弹簧等
专用零件：只适于特定型式的机械上的零件。 如：内燃机的活塞，汽轮机的叶片等。
控制工程基础第一章绪论资料
(5)滤波与预测：当系统已定， 输出已知时，识别 输入或输入中的有关信息。
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机电工程学院
第一章 绪论
三、控制理论的内容
经典控制理论(19世纪中叶--20世纪50年代)
控制理论 现代控自动”功能的装置自古有之，瓦
制 工
特发明的蒸汽机上的离心调速器是比较自觉
程 基
地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例
础 。 麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于
1868年发表的论文当属最早的理论工作。
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机电工程学院
第一章 绪论
从20世纪20年代到40年代形成了以时
域法，频率法和根轨迹法为支柱的“古典
”控制理论。
控
60年代以来，随着计算机技术的发展
制 工
和航天等高科技的推动，又产生了基于状
自动控制理论与实践的不断发展，为人们提供
了设计最佳系统的方法，大大提高了生产率，同时
促进了技术的进步。
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机电工程学院
第一章 绪论
第一节 控制论的基本含义
一、 控制的含义
控制（Control）：是指由人或用控制装置使受控对
象按照一定目的来动作所进行的操作。
控 制
例：用微型计算机控制热处理炉的炉温使之保持
第一章 绪论
控制的分类
人工控制： 指控制的任务由人来完成。
煤气灶上油煎鸡蛋时的油温控制
控 自行车速度控制 收音机音量调节 汽车驾驶
制
工 程
自动控制：
指控制的任务用控制装置来完成，
基
础
而人不经常直接参与。
电饭煲 空调 抽水马桶 声控光控路灯
电动机转速控制 导弹飞行控制 自动控制系统：一般由控制装置和被控对象组成。
控制工程基础(主编_彭珍瑞_董海棠)课件(精)
第一章 绪论内容提要一、基本概念1.控制：由人或用控制装置使受控对象按照一定目的来动作所进行的操作。
2.输入信号：人为给定的，又称给定量。
3.输出信号：就是被控制量。
它表征对象或过程的状态和性能。
4.反馈信号：从输出端或中间环节引出来并直接或经过变换以后传输到输入端比较元件中去的信号，或者是从输出端引出来并直接或经过变换以后传输到中间环节比较元件中去的信号。
5.偏差信号：比较元件的输出，等于输入信号与主反馈信号之差。
6.误差信号：输出信号的期望值与实际值之差。
7.扰动信号：来自系统内部或外部的、干扰和破坏系统具有预定性能和预定输出的信号。
二、控制的基本方式1.开环控制：系统的输出量对系统无控制作用，或者说系统中无反馈回路的系统，称为开环控制系统。
2.闭环控制：系统的输出量对系统有控制作用，或者说系统中存在反馈回路的系统，称为闭环控制系统。
三、反馈控制系统的基本组成1.给定元件：用于给出输入信号的环节，以确定被控对象的目标值（或称给定值）。
2.测量元件：用于检测被控量，通常出现在反馈回路中。
3.比较元件：用于把测量元件检测到的实际输出值经过变换与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。
4.放大元件：用于将比较元件给出的偏差信号进行放大，以足够的功率来推动执行元件去控制被控对象。
5.执行元件：用于直接驱动被控对象，使被控量发生变化。
6.校正元件：亦称补偿元件，它是在系统基本结构基础上附加的元部件，其参数可灵活调整，以改善系统的性能。
四、控制系统的分类（一）按给定信号的特征分类1. 恒值控制系统2. 随动控制系统3. 程序控制系统（二）按系统的数学描述分类1. 线性系统2. 非线性系统（三）按系统传递信号的性质分类1. 连续系统2. 离散系统（四）按系统的输入与输出信号的数量分类1. 单输入单输出系统2. 多输入多输出系统（五）按微分方程的性质分类1. 集中参数系统2. 分布参数系统五、对控制系统的性能要求1. 稳定性：指系统重新恢复稳态的能力。
控制工程基础(第一章)
北京工业大学机电学院
§1-3 自动控制系统的基本概念
一.自动控制系统工作原理
（1）人工控制系统：如图，人工控制恒温箱。
北京工业大学机电学院 图2 人工控制恒温箱
§1-3 自动控制系统的基本概念
人工观察温度计测得的恒温箱温度，与要求的温度 进行比较，若恒温箱温度高于要求的温度，移动调压器 使电阻丝电流减小以降低恒温箱温度；若恒温箱温度低 于要求的温度，移动调压器使电阻丝电流增加以升高恒 温箱温度。
2.最优控制——系统已确定，确定系统的输入，已使输 出尽可能符合给定的最佳要求；
3. 最优设计——输入已知，确Fra bibliotek系统，以使输出尽可能 符合给定的最佳要求；
4. 滤波与预测——输出已知，确定系统，以识别输入或 输出中的有关信息；
5. 系统辨识——输入、输出均已知，求系统的结构和参 数，也即建立系统的数学模型
§1-1 概述
控制论是自动控制、电子技术、计算机科学等多学科相 互渗透的产物：
20世纪40年代酝酿形成，1948年，维纳（Wiener） 《控制论》出版，标志着该学科的诞生；
50年代蓬勃发展，一方面，火药、导弹的控制技术， 以及数控、电力、冶金自动化技术得到极大发展，另一方面， 控制理论也逐渐成熟；
控制工程基础
第一章 绪论
控制理论 控制理论在机械制造中的作用 自动控制系统的工作原理 反馈控制系统的基本组成 自动控制系统的基本类型
北京工业大学机电学院
§1-1 概述
控制工程基础课程：阐述有关自动控制技术的基础理论
自动控制： 没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控制
对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 例如：数控机床、焊接机器人、温度控制系统
北京工业大学机电学院
§1-3 自动控制系统的基本概念
一.自动控制系统工作原理
（1）人工控制系统：如图，人工控制恒温箱。
北京工业大学机电学院 图2 人工控制恒温箱
§1-3 自动控制系统的基本概念
人工观察温度计测得的恒温箱温度，与要求的温度 进行比较，若恒温箱温度高于要求的温度，移动调压器 使电阻丝电流减小以降低恒温箱温度；若恒温箱温度低 于要求的温度，移动调压器使电阻丝电流增加以升高恒 温箱温度。
2.最优控制——系统已确定，确定系统的输入，已使输 出尽可能符合给定的最佳要求；
3. 最优设计——输入已知，确Fra bibliotek系统，以使输出尽可能 符合给定的最佳要求；
4. 滤波与预测——输出已知，确定系统，以识别输入或 输出中的有关信息；
5. 系统辨识——输入、输出均已知，求系统的结构和参 数，也即建立系统的数学模型
§1-1 概述
控制论是自动控制、电子技术、计算机科学等多学科相 互渗透的产物：
20世纪40年代酝酿形成，1948年，维纳（Wiener） 《控制论》出版，标志着该学科的诞生；
50年代蓬勃发展，一方面，火药、导弹的控制技术， 以及数控、电力、冶金自动化技术得到极大发展，另一方面， 控制理论也逐渐成熟；
控制工程基础
第一章 绪论
控制理论 控制理论在机械制造中的作用 自动控制系统的工作原理 反馈控制系统的基本组成 自动控制系统的基本类型
北京工业大学机电学院
§1-1 概述
控制工程基础课程：阐述有关自动控制技术的基础理论
自动控制： 没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控制
对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。 例如：数控机床、焊接机器人、温度控制系统
北京工业大学机电学院
控制工程基础绪论
控制系统的工作原理和组成
人工控制系统和自动控制系统 人工控制系统 自动控制系统开环控制和闭环控制 开环控制系统 闭环控制系统 反馈控制系统的基本组成 基本组成 名词术语闭环控制系统与开环控制系统比较
开环和闭环控制系统比较
闭环控制系统的优点是采用了反馈，因此对外扰动和系统内部参数的变化引起的偏差能够自动地纠正。这样就可以采用精度不太高而成本比较低的元件组成一个精确的控制系统。开环控制系统则相反，因为没有反馈，故没有纠正偏差的能力，外扰动和系统内部参数的变化将引起系统的精度降低。从稳定性的角度看，开环系统容易解决。而闭环系统的稳定性始终是一个关键问题。如果参数选择不当，就会造成系统振荡，甚至使得系统不稳定，完全失去控制。开环系统容易建造，结构简单，成本低，工作稳定。一般来说，当系统控制量的变化规律能预先知道，并且不存在外部扰动（或有办法抑制）时，采用开环控制较好。特别是被控制量很难进行测量时更是如此。如果系统的控制量和干扰量均无法事先预知时，或系统中元件参数不稳定时，采用闭环控制的优点就显得特别突出。若要求实现复杂而准确度较高的控制任务，则可将开环控制与闭环控制结合起来一起作用，组成一个比较经济而又性能较好的复合控制系统。
主要内容
引言控制系统的工作原理和组成自动控制系统的基本类型对自动控制系统的基本要求自动控制理论的发展简史小结教学大纲
对自动控制系统的基本要求
对自动控制系统的基本要求稳定性稳态精度动态品质鲁棒性（稳健性）自动控制理论主要研究的问题分析综合
稳定性与稳态精度
稳定性是指系统处于平衡状态下，受到扰动作用偏离平衡状态后，系统恢复原有平衡状态的能力。稳定是系统正常工作的前提。为了使系统在环境或参数变化时还能保持稳定，在设计时还要留有一定的稳定裕量。稳态是指稳定的系统在过渡过程（暂态）结束后所处的状态。稳态精度常以稳态误差来衡量。稳态误差是指稳态时系统期望输出量和实际输出量之差。系统设计时希望稳态误差要小。在恒值调速系统中，希望因负载扰动引起的稳态误差的变动要尽量小；在随动系统中，希望输出信号与输入信号尽量一致。
控制工程(自动控制)第一讲 控制工程基础绪论
据 1938年：H. Bode以及Nyquist(1940)提出频 率响应法 1942年：J. G. Ziegler和N. B. Nichols提出 PID参数的最佳调整法 1945年：H. W. Bode提出反馈放大器的一般 设计方法 1948年：N. Wiener发表《控制论》 (Cybernetics)，标志经典控制理论基本形成
中国马钧研制出用齿 轮传动的自动指示方 向的指南车(235年)
引言
1769年：James
Watt发明飞球调节器，用 来控制蒸汽机的转速 C. Maxwell发表《调速器》，提 出反馈控制的概念及稳定性条件
J. Routh提出劳斯稳定性判据 M. Lyapunov提出李雅普诺夫稳
1868年：J.
控制工程基础
陈 青 林
主讲
引言
控制工程应用举例
例：水钟（如右图所示）
引言
例：磁盘驱动器 磁盘驱动器读取装置的目标是要将磁头准确定位， 以便正确读取磁盘磁道上的信息。要精确控制的变量 是磁头的位置。
引言
例：飞球调节器 机械装置用来测量 驱动杆的转速并利用飞 球的转动来控制阀门， 进而控制进入蒸汽机的 蒸汽流量。
引言
1950年：W.
R. Evans提出根轨迹法，并应 用于反馈控制系统的设计 1954年：钱学森发表《工程控制论》 (Engineering Cybernet出极
大值原理 1957年：R. I. Bellman提出动态规划理论 1957年：国际自动控制联合会(IFAC)成立 1960年：R. E. Kalman提出卡尔曼滤波理论 1960～1980年：确定性系统的最优控制、随 机系统的最优控制、复杂系统的自适应和自 学习控制 1980迄今：鲁棒控制、H∞控制、非线性控制、 智能控制等
控制工程绪论
例如 受控对象： 被控量： 干扰： 改变被控量的机构： 测量元件： 给定值： 偏差： 执行机构：
恒温箱 温度（变换成V2） 电源电压波动、环境温度改变等 调压器 热电偶 电压V1 ΔV= V1-V2 电机、减速器等
例：如图是烘炉温度控制系统，控制的任务是保持炉温恒定，试说明工作 原理，并绘制系统方框图。
当m2有位移x2，使m1产生相应位移x1
m1x1 (k1 k2 )x1 k1x2
（1-1）
而x1又反过来影响m2的运动 m2x2 k2 x2 k2 x1
（1-2）
又如车削过程，刀具以名义进给量x切入工件，由 于切削过程产生切削力Py，又使系统发生变形退让y， 将其全部反馈到输入端，从而刀具实际进给量变为 a=x-y。
L [dnf (t) / dtn ] = snF(s) 当初始条件 f(0) =f’(0)=f"(0)=…= 0
例：d3x0(t/) / dt3 + 2d2x0(t) / dt2 + 3dx0(t) / dt + x0(t) = 2dxi(t)/dt + xi(t) 化简 S3X0(s) + 2S2X0(s) + 3SX0(s) + X0(s) = 2SXi(s) + Xi(s)
则
f () lim f (t) lims F (s)
t
s0
条件： lim f (t) 存在 t
应用：确定元件或系统的稳态度，即在t→∞时， f (t) 稳 定在一定值的数值。
例：已知L[ f(t) ] = 1/(s+ α)，求f (∞)
解：
f
()
lims s0
F
(s)
lim s0
工程控制基础 第1章绪论
系统稳定性的方法—— Nyquist稳定性判据； 1948年，出版《控制论》，标志这门学科的正式诞生。 1954年，钱学森出版《工程控制论》
7
经典控制理论
在复数域内利用传递函数研究单输入—单输出线性定常系统的 稳定性、响应快速性与响应准确性的问题。
20世纪50年代及其以前的控制理论属于经典控制理论 数学基础：拉普拉斯变换 基本数学模型：传递函数 主要的分析与综合方法：时域分析法、频率响应法
控制量（给定量）：人为加上去的激励，保证对象的行为达到目标。
扰动量：偶然因素产生而无法完全人为控制的激励， 妨碍对象的行为达到目标。
机械系统的输出量：称为“响应”，指系统的变形或位移。
激励
扰动 机械系统
响应
16
三、数学模型
描述输入量、输出量及系统内部各个变量之间关系的数学表达式。 分动态模型和静态模型。 动态模型：研究系统在迅变载荷作用下或系统不平衡状态下的特性。 以微分方程描述，如
1
第1章 绪论
什么是控制？
控制：为达到某种目的，对某一对象施加所需的操作。 如温度控制、人口控制、压力控制等
2
控制实例1：发电机供电
发电机要正常供电，就必须维持其输出电压恒定， 尽量不受负荷变化和原动机转速波动的影响。 发电机是被控制的设备称为控制对象。 输出电压是被控制的物理量称为被控制量。 额定电压称为输入量。
12
例：质量-阻尼-弹簧单自由度系统
(a) (mp2 cp k ) y(t) f (t)
(b) (mp2 cp k ) y(t) (cp k)x(t)
初始状态：
y(0) y 0
,
. y(0)
. y0
初始状态
系统固有特性： mp2 cp k
7
经典控制理论
在复数域内利用传递函数研究单输入—单输出线性定常系统的 稳定性、响应快速性与响应准确性的问题。
20世纪50年代及其以前的控制理论属于经典控制理论 数学基础：拉普拉斯变换 基本数学模型：传递函数 主要的分析与综合方法：时域分析法、频率响应法
控制量（给定量）：人为加上去的激励，保证对象的行为达到目标。
扰动量：偶然因素产生而无法完全人为控制的激励， 妨碍对象的行为达到目标。
机械系统的输出量：称为“响应”，指系统的变形或位移。
激励
扰动 机械系统
响应
16
三、数学模型
描述输入量、输出量及系统内部各个变量之间关系的数学表达式。 分动态模型和静态模型。 动态模型：研究系统在迅变载荷作用下或系统不平衡状态下的特性。 以微分方程描述，如
1
第1章 绪论
什么是控制？
控制：为达到某种目的，对某一对象施加所需的操作。 如温度控制、人口控制、压力控制等
2
控制实例1：发电机供电
发电机要正常供电，就必须维持其输出电压恒定， 尽量不受负荷变化和原动机转速波动的影响。 发电机是被控制的设备称为控制对象。 输出电压是被控制的物理量称为被控制量。 额定电压称为输入量。
12
例：质量-阻尼-弹簧单自由度系统
(a) (mp2 cp k ) y(t) f (t)
(b) (mp2 cp k ) y(t) (cp k)x(t)
初始状态：
y(0) y 0
,
. y(0)
. y0
初始状态
系统固有特性： mp2 cp k
控制工程基础(王建平)章 (1)
第1章 绪论 图1-8 典型反馈控制系统方框图
第1章 绪论
(1) 给定元件——主要用于产生给定信号或输入信号的 元件，用于确定被控对象的给定量。
(2) 测量元件——或称为反馈元件，主要用于测量被控 变量或输出量，并将其转换为便于传送的另一物理量。 例如 炉温控制系统中的热电偶。
(3) 比较元件——用于比较输入信号和测量环节所测得 的反馈信号，并产生一个小功率的偏差信号，用于对被控对象 进行控制。
第1章 绪论
自动控制技术的应用， 不仅使生产过程实现了自动化， 极大地提高了劳动生产率和产品质量， 改善了劳动条件， 而且在人类征服自然、探索新能源、发展空间技术和改善人民 物质生活等方面起着极为重要的作用。
自动控制的概念和分析问题的方法正向其他领域渗透， 其应用范围逐步扩展到交通管理、生物医学、生态环境、经济 管理、社会科学和其他许多社会生活领域， 并为各学科之间 的相互交流与渗透起到了促进作用。
第1章 绪论 图1-4 电炉炉温控制系统
第1章 绪论
假设系统已调好，处于平衡状态，即u1=u2，Δu=0，电动 机不动，此时炉温T=T0=680℃。 若因某种原因使炉温T高于要 求的炉温T0，即T>T0，则有u1<u2，使得偏差Δu=u1－u2<0。 经 放大后使ud≠0， ud的极性决定直流电动机通过减速器带动调 压器手柄朝减小加热电流的方向转动，使炉温T 及反馈信号u2下降，进而使Δu与ud下降，直到u1=u2，Δu=0时， 电动机才停止转动，电炉的温度恢复到要求的数值。 此时系 统达到新的平衡状态。 炉温控制系统方框图如图1-5所示。
第1章 绪论
到20世纪50年代，经典控制理论已发展的相当成熟，形成 了相对完整的理论体系，并且在工程实践中得到广泛的应用。 经典控制理论主要以传递函数为基础，以时域分析法、根轨迹 法和频域分析法为核心，研究单输入、单输出线性定常系统的 分析和设计问题。 随着生产和科学技术的发展，具有多输入、 多输出的现代设备变得愈来愈复杂，所以需要大量方程来描述 现代控制系统。
控制工程基础—第1章绪论
三 .反馈控制系统的基本组成
一个典型的反馈控制系统应该包括给定元件、反 馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正 元件等。
给定 元件 比较元件 扰动 串联校正 元 件 +放大变 换元件 执行 元件 输出 控制 信号 对象 xo
+输入 偏差 信号 xi 信号 e
并联校正 元 件 局部反馈 反馈元件 主反馈
图1-2 人工控制的恒温箱
人工控制恒温的过程可归结如下：
1. 观测由测量元件（温度计）测出的恒温箱（被 控制元件）的温度； 2. 与要求的温度值（给定值）进行比较，得出偏 差的大小和方向； 3. 根据偏差大小和方向再进行比较控制：当温度 高于所要求的给定温度值时，就调节调压器动 触头使电压减小，温度降低；若温度低于给定 的值，则调节调压器动触头，使电压增加，温 度升高； 4. 如温度还达不到要求时，要反复进行上面的步 骤操作。 因此，人工控制的过程就是测量、求偏差、再控 制以纠正偏差的过程。也就是“检测偏差用以 纠正偏差”的过程。
自动控制？
是指在没有人直接参与的情况下，利用控制器 （机械装臵、电气装臵或电子计算机）使生产 过程或被控制对象（机器、设备）的某一物理 量（温度、压力、液面、流量、速度、位移等） 自动地按照预定的规律运行。
例如： 电冰箱自动地控制冰箱中的温度恒定； 无塔供水系统保证楼宇自动恒压供水； 加工中心根据加工工艺的要求，能够自动地 按照一定的加工程序加工出所需要的工件。
所谓系统的动态性能，主要分如下三类 1.已知系统的参数m、k、f及输入x(t)，确 定输出y(t)； 2.已知输入x(t)及输出y(t)，确定系统的参数 m、k及f； 3.已知系统的参数m、k及f，给定输出y(t)时， 确定输入x(t)。
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机械与动力工程学院
1 绪论
2. 动力学问题 系统在外界作用（输入或激励，包括外加控制与 外界干扰）下，从一定初始状态出发，经历由系 统内部的固有特性（由系统的结构与参数所决定） 所决定的动态历程（输出或响应）。 这一过程中，系统及其输入、输出三者之间的动 态关系即为系统的动力学问题。 机械工程技术中广义系统及其输入、输出三者之 间的动态关系。
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1 绪论
三、反馈控制系统及其组成 在工程技术领域中，越来越多地采用了自动控制 系统。在这种系统中，往往有着“反馈控制”。这 里所说的反馈是指外反馈与负反馈的过程。 1. 定义 一般在自动控制系统中，偏差是基于反馈建立起 来的 。自动控制的过程就是“测偏与纠偏”的过程， 这一原理又称为反馈控制原理。利用此原理组成的 系统称为反馈控制系统。 反馈控制是实现自动控制的最基本的方法。
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1 绪论
静态模型——代数公式描述； 动态模型——微分方程或差分方程来描述。 动态模型是描述系统的动态历程的。机械工程控 制论研究的是机械工程技术中广义系统的动力学问
题，所以往往需要采用动态数学模型，即需要建立
微分方程或差分方程来描述系统的动态特性。
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1 绪论
一、反馈的定义 系统的输出不断直接或经过中间变换后全部或部分地 返回到输入端，并与输入共同作用于系统的过程。 系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间之 所以有动态关系，就是由于系统本身存在着信息的反 馈。 二、反馈的种类 1. 内反馈与外反馈（华中课件） 例1-2：发动机离心调速系统 例1-3：质量－弹簧－阻尼系统
械工业出版社，2005年。
韩利竹、王华.《MATLAB电子仿真与应用》（第
一版）.北京：国防工业出版社，2001年。
机械与动力工程学院
授课方法与考核方式
采用国家级精品课程资源——华中科技大学《机械 控制工程基础》多媒体课件与老师补充课件相结合方 式进行理论教学。
实验课程教学共有2次，利用MATLAB软件来完成。
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1 绪论
2. 反馈控制和自动控制的关系 自动控制系统一定具有反馈控制; 而具有反馈控制的系统不一定是自动控制系统，它 可以是人工控制系统。 3. 反馈控制系统的组成（华中课件 控制系统的分类（华中课件）
闭环系统与开环系统的比较 闭环系统——抗干扰能力强，有自动纠偏的能力； 较开环系统的精度高；设计时要着重考虑稳定性问题， 结构相对复杂，设计与制造较困难。主要用于精度要 求高的系统中。精度和稳定性之间的矛盾是闭环系统 存在的主要矛盾。 开环系统——无抗干扰能力，不能自动纠偏；精度 较低；结构较简单，容易实现。主要用于精度要求不 太高的场合。
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1 绪论
1.2 系统及其模型
一、系统 系统具有如下特性： 系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统
的结构有关；
系统的内容比组成系统的各元素的内容要丰富很多； 系统往往具有表现出在时间域、频率域或空间域等 域内的动态特性。
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1 绪论
二、机械系统 机械系统——以实现一定的机械运动，承受一定的 机械载荷为目的，由机械元件组成的系统。 输入——激励（外界对系统的作用，如载荷等） 输出——响应（系统对外界的作用，如变形、位移） 控制输入——人为地、有意识地加上去； 激励
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1 绪论
1.5 对控制系统的基本要求
稳、快、准（华中课件） 稳定性的要求是控制系统正常工作的首要条件，
而且是最重要的条件。任何一个控制系统，要想完
成令人满意的工作，首先应该是稳定的，也就是说 应该具有这样的性质：输出量对给定输入量的偏离 应该随着时间的增长逐渐趋近于恒定值。可以说， 稳定的系统才是有意义的系统。
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1 绪论
1948年，美国数学家、信息理论家诺伯特· 维纳(Norbert Wiener)首创了控制论(Cybernetics) 这个名词，他认为，到 那时为止，反馈理论已可以解决许多生物控制机理、经济发 展过程等问题。事实证明，从那以后控制理论又有了新的发 展，跨入了“现代控制理论”的阶段。 7. 1954年，钱学森发表了著名的《工程控制论》（英文 版），首先奠定了“工程控制论”的基础； 8. 在“古典控制理论”的基础上，“现代控制理论”于20 世纪 50年代末到60年代初发展起来。现代控制理论主要是在 时域内，利用状态空间来分析与研究多输入多输出系统 的最优控制问题。 Engineering Cybernetics 工程控制论
例1-1：弹簧－质量－阻尼单自由度系统（华中课件）
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1 绪论
三、机械工程控制论的研究任务
从系统、输入、输出三者之间的动态关系出发，根据已知 条件与求解问题的不同，机械工程控制论的研究任务可以分 为以下五种： (1)系统分析问题：已知系统和输入，求系统的响应（或输出）， 并通过响应来研究系统本身的问题； (2) 最优控制问题：已知系统和系统的理想输出，设计输入； (3) 最优设计问题：已知输入和理想输出时，设计系统； (4) 滤波与预测问题：输出已知，确定系统，以识别输入或输 入中的有关信息； (5) 系统辨识问题：已知系统的输入与输出，求系统的结构与 参数，即建立系统的数学模型。
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1.3 反馈
1 绪论
在这两个例子，反馈在本质上都是信息的传递与交
互。但从具体形式上看，则有所不同。
对于发动机离心调速系统来说，离心调速器是人
为附加的反馈控制装置，其目的在于抵抗由于负载 变化这一干扰引起的输出轴转速的变化。这种反馈 称为外反馈。 而质量－弹簧－阻尼系统中存在的反馈则为内反 馈。这种反馈是系统内部的信息交互，反映了系统 内部各元素之间互为因果的联系关系，反映了系统 的动态特性。
平时作业5次，占总评成绩20％；实验2次，占总评
成绩10％；期末考试占总评成绩70％。
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课程简要内容及学习的意义
控制理论——经典控制理论和现代控制理论 “机械工程控制基础”是控制论(Cybernetics) 与机械工程技术理论之间的边缘学科，侧重介绍 机械工程的控制原理，同时密切结合工程实际， 是一门技术基础课程。
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1 绪论
内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反 馈。是系统内部各个元素之间相互耦合的结果，是造 成机械系统存在一定的动态特性的根本原因。 外反馈：在控制系统中，为达到某种控制目的而人 为加入的反馈。 2. 负反馈与正反馈 负反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离 程度减小，并力图达到设定值。（求偏与纠偏） 正反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离 程度加剧。
扰动——偶然因素产生而一般无法完全人为 控制的。（干扰）
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1 绪论
三、系统的模型
定义——是研究系统、认识系统、描述系统与分析系统的一种 工具。 种类——实物模型、物理模型和数学模型等。 数学模型——定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、 参数与动态性能之间关系的数学表达式。 静态模型：反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下 或在系统平衡状态下的特性； 数学模型 动态模型：用于研究系统在迅变载荷作用下或在系 统不平衡状态下的特性。 在一定条件下，动态模型可以转换为静态模型。
控制工程基础
重庆科技学院 机械与动力工程学院
参考教材
杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）. 武汉：华中科技大学出版社，2005年7月。 熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题 解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月。
朱骥北.《机械控制工程基础》 (第15版）.北京：机
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1 绪论
二、机械工程控制论的研究对象
机械工程控制论实质上是研究机械工程技术中广
义系统的动力学问题。
1. 系统与广义系统
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合。
输入 系 统 输出
广义系统——具备系统要素的一切事物或对象。
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1 绪论
系统有控制系统与非控制系统两大类 非控制系统：那些仅仅具有开、关两种状态的系统。 如，搅拌机； 教室里的照明系统。 控制系统：就是指系统的可变输出，能按照要求由 参考输入或控制输入进行调节的系统。 如，数控机床进给系统； 人工控制系统 空调； 全自动照相机的闪光系统； 自动控制系统 液面自动调节器。
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1 绪论
如果用输出响应曲线来表示，系统自由响应曲线
收敛的系统为稳定的系统，反之，自由响应呈等
幅振荡或发散的系统则是非稳定系统。
y y y
t
t
t
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1 绪论
1.6 控制理论发展的简单回顾
我国很早就发明了自动定向指南车及各种天文仪器等自动装置； 1. 1788年，瓦特（J· Watt）发明了蒸气机自动调速器； 2. 1868年，麦克斯韦尔（J· Maxwell）在“论调速器”一文中， C· 首先提出了反馈控制的概念； 3. 1895年，劳斯(Routh)和胡尔维茨(Hurwitz)导出了著名的稳 定性判据，用代数方法定量的描述系统的稳定性； 4. 1932年，奈奎斯特(H· Nyquist)创立了稳定性判据及“稳定裕 量”的概念； 5. 1945年，波德(H· Bode)创立了“频率法” ； W· 6. 1948年，依万斯(W· Evans)创立了“根轨迹法”; R· 到此，“经典控制理论”已经比较完善，并在各行业中广泛 地应用这些理论 ，促进了控制工程的发展。
制，以及机、电、液系统的动态特性，并结合后续专
业课的学习，为将来在机械工程中解决一些实际问题
打下一定的基础。
需要大家具备良好的数学、力学、电学方面的基础知
识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要大 家认真对待每次的课后练习环节，认真对待实验。
1 绪论
2. 动力学问题 系统在外界作用（输入或激励，包括外加控制与 外界干扰）下，从一定初始状态出发，经历由系 统内部的固有特性（由系统的结构与参数所决定） 所决定的动态历程（输出或响应）。 这一过程中，系统及其输入、输出三者之间的动 态关系即为系统的动力学问题。 机械工程技术中广义系统及其输入、输出三者之 间的动态关系。
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三、反馈控制系统及其组成 在工程技术领域中，越来越多地采用了自动控制 系统。在这种系统中，往往有着“反馈控制”。这 里所说的反馈是指外反馈与负反馈的过程。 1. 定义 一般在自动控制系统中，偏差是基于反馈建立起 来的 。自动控制的过程就是“测偏与纠偏”的过程， 这一原理又称为反馈控制原理。利用此原理组成的 系统称为反馈控制系统。 反馈控制是实现自动控制的最基本的方法。
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静态模型——代数公式描述； 动态模型——微分方程或差分方程来描述。 动态模型是描述系统的动态历程的。机械工程控 制论研究的是机械工程技术中广义系统的动力学问
题，所以往往需要采用动态数学模型，即需要建立
微分方程或差分方程来描述系统的动态特性。
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一、反馈的定义 系统的输出不断直接或经过中间变换后全部或部分地 返回到输入端，并与输入共同作用于系统的过程。 系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间之 所以有动态关系，就是由于系统本身存在着信息的反 馈。 二、反馈的种类 1. 内反馈与外反馈（华中课件） 例1-2：发动机离心调速系统 例1-3：质量－弹簧－阻尼系统
械工业出版社，2005年。
韩利竹、王华.《MATLAB电子仿真与应用》（第
一版）.北京：国防工业出版社，2001年。
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授课方法与考核方式
采用国家级精品课程资源——华中科技大学《机械 控制工程基础》多媒体课件与老师补充课件相结合方 式进行理论教学。
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2. 反馈控制和自动控制的关系 自动控制系统一定具有反馈控制; 而具有反馈控制的系统不一定是自动控制系统，它 可以是人工控制系统。 3. 反馈控制系统的组成（华中课件 控制系统的分类（华中课件）
闭环系统与开环系统的比较 闭环系统——抗干扰能力强，有自动纠偏的能力； 较开环系统的精度高；设计时要着重考虑稳定性问题， 结构相对复杂，设计与制造较困难。主要用于精度要 求高的系统中。精度和稳定性之间的矛盾是闭环系统 存在的主要矛盾。 开环系统——无抗干扰能力，不能自动纠偏；精度 较低；结构较简单，容易实现。主要用于精度要求不 太高的场合。
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1.2 系统及其模型
一、系统 系统具有如下特性： 系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统
的结构有关；
系统的内容比组成系统的各元素的内容要丰富很多； 系统往往具有表现出在时间域、频率域或空间域等 域内的动态特性。
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二、机械系统 机械系统——以实现一定的机械运动，承受一定的 机械载荷为目的，由机械元件组成的系统。 输入——激励（外界对系统的作用，如载荷等） 输出——响应（系统对外界的作用，如变形、位移） 控制输入——人为地、有意识地加上去； 激励
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1.5 对控制系统的基本要求
稳、快、准（华中课件） 稳定性的要求是控制系统正常工作的首要条件，
而且是最重要的条件。任何一个控制系统，要想完
成令人满意的工作，首先应该是稳定的，也就是说 应该具有这样的性质：输出量对给定输入量的偏离 应该随着时间的增长逐渐趋近于恒定值。可以说， 稳定的系统才是有意义的系统。
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1 绪论
1948年，美国数学家、信息理论家诺伯特· 维纳(Norbert Wiener)首创了控制论(Cybernetics) 这个名词，他认为，到 那时为止，反馈理论已可以解决许多生物控制机理、经济发 展过程等问题。事实证明，从那以后控制理论又有了新的发 展，跨入了“现代控制理论”的阶段。 7. 1954年，钱学森发表了著名的《工程控制论》（英文 版），首先奠定了“工程控制论”的基础； 8. 在“古典控制理论”的基础上，“现代控制理论”于20 世纪 50年代末到60年代初发展起来。现代控制理论主要是在 时域内，利用状态空间来分析与研究多输入多输出系统 的最优控制问题。 Engineering Cybernetics 工程控制论
例1-1：弹簧－质量－阻尼单自由度系统（华中课件）
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三、机械工程控制论的研究任务
从系统、输入、输出三者之间的动态关系出发，根据已知 条件与求解问题的不同，机械工程控制论的研究任务可以分 为以下五种： (1)系统分析问题：已知系统和输入，求系统的响应（或输出）， 并通过响应来研究系统本身的问题； (2) 最优控制问题：已知系统和系统的理想输出，设计输入； (3) 最优设计问题：已知输入和理想输出时，设计系统； (4) 滤波与预测问题：输出已知，确定系统，以识别输入或输 入中的有关信息； (5) 系统辨识问题：已知系统的输入与输出，求系统的结构与 参数，即建立系统的数学模型。
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在这两个例子，反馈在本质上都是信息的传递与交
互。但从具体形式上看，则有所不同。
对于发动机离心调速系统来说，离心调速器是人
为附加的反馈控制装置，其目的在于抵抗由于负载 变化这一干扰引起的输出轴转速的变化。这种反馈 称为外反馈。 而质量－弹簧－阻尼系统中存在的反馈则为内反 馈。这种反馈是系统内部的信息交互，反映了系统 内部各元素之间互为因果的联系关系，反映了系统 的动态特性。
平时作业5次，占总评成绩20％；实验2次，占总评
成绩10％；期末考试占总评成绩70％。
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控制理论——经典控制理论和现代控制理论 “机械工程控制基础”是控制论(Cybernetics) 与机械工程技术理论之间的边缘学科，侧重介绍 机械工程的控制原理，同时密切结合工程实际， 是一门技术基础课程。
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内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反 馈。是系统内部各个元素之间相互耦合的结果，是造 成机械系统存在一定的动态特性的根本原因。 外反馈：在控制系统中，为达到某种控制目的而人 为加入的反馈。 2. 负反馈与正反馈 负反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离 程度减小，并力图达到设定值。（求偏与纠偏） 正反馈：输出偏离设定值时，反馈作用使输出偏离 程度加剧。
扰动——偶然因素产生而一般无法完全人为 控制的。（干扰）
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三、系统的模型
定义——是研究系统、认识系统、描述系统与分析系统的一种 工具。 种类——实物模型、物理模型和数学模型等。 数学模型——定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、 参数与动态性能之间关系的数学表达式。 静态模型：反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下 或在系统平衡状态下的特性； 数学模型 动态模型：用于研究系统在迅变载荷作用下或在系 统不平衡状态下的特性。 在一定条件下，动态模型可以转换为静态模型。
控制工程基础
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参考教材
杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）. 武汉：华中科技大学出版社，2005年7月。 熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题 解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月。
朱骥北.《机械控制工程基础》 (第15版）.北京：机
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二、机械工程控制论的研究对象
机械工程控制论实质上是研究机械工程技术中广
义系统的动力学问题。
1. 系统与广义系统
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合。
输入 系 统 输出
广义系统——具备系统要素的一切事物或对象。
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1 绪论
系统有控制系统与非控制系统两大类 非控制系统：那些仅仅具有开、关两种状态的系统。 如，搅拌机； 教室里的照明系统。 控制系统：就是指系统的可变输出，能按照要求由 参考输入或控制输入进行调节的系统。 如，数控机床进给系统； 人工控制系统 空调； 全自动照相机的闪光系统； 自动控制系统 液面自动调节器。
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1 绪论
如果用输出响应曲线来表示，系统自由响应曲线
收敛的系统为稳定的系统，反之，自由响应呈等
幅振荡或发散的系统则是非稳定系统。
y y y
t
t
t
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1.6 控制理论发展的简单回顾
我国很早就发明了自动定向指南车及各种天文仪器等自动装置； 1. 1788年，瓦特（J· Watt）发明了蒸气机自动调速器； 2. 1868年，麦克斯韦尔（J· Maxwell）在“论调速器”一文中， C· 首先提出了反馈控制的概念； 3. 1895年，劳斯(Routh)和胡尔维茨(Hurwitz)导出了著名的稳 定性判据，用代数方法定量的描述系统的稳定性； 4. 1932年，奈奎斯特(H· Nyquist)创立了稳定性判据及“稳定裕 量”的概念； 5. 1945年，波德(H· Bode)创立了“频率法” ； W· 6. 1948年，依万斯(W· Evans)创立了“根轨迹法”; R· 到此，“经典控制理论”已经比较完善，并在各行业中广泛 地应用这些理论 ，促进了控制工程的发展。
制，以及机、电、液系统的动态特性，并结合后续专
业课的学习，为将来在机械工程中解决一些实际问题
打下一定的基础。
需要大家具备良好的数学、力学、电学方面的基础知
识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要大 家认真对待每次的课后练习环节，认真对待实验。