13车辆电控与机电液一体化技术1PPT课件
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• 校正元件：用以稳定控制系统，提高性能。有反馈校正和串联校 正两种形式。
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测控概述
• 2.2 控制理论在机电领域的广泛应用，主要体 现在以下几个方面：
• 1）机械制造过程正向着自动化、最优化相结 合的方向，以及机电一体化方向发展。例如计 算机集成制造系统CIMS等。
• 2）为了安全性、并为了降低人们的劳动强度， 车辆、船舶、航空航天器等产品的自动控制及 其智能化。
7
测控概述
• 经典控制理论阶段
• 建立在奈奎斯特的频率响应法及伊万斯的根轨迹法基 础上的理论目前统称为经典控制理论。
4
测控概述
• 现代控制理论 • 在现代数学和数字计算机的基础上，于1960年
前后开始形成现代控制理论，它的主要标志是 贝尔曼等人提出的状态空间法(state space methods)、庞特里亚金极大值原理(pontryagn’s maximum princp1e)、贝尔曼动态规划法 (bellman’s dynamic programming methods)、卡 尔曼的可控性可观测性理论 (controllability and observability)及最佳滤波理论(optimal filtering theory)。
• 6）在动态过程或参数测试方面，正在以控制理论作为基础，向着 动态测试方向发展。动态精度、动态位移、振动、噪声、动态力 与动态温度等的测量，从基本概念，测试手段到测试数据的处理 方法无不同控制理论息息相关。
• 总之，控制理论，微处理机技术同机电一体化的结合，同机械制 造技术的结合，将促使这一领域中的试验、研究、设计、制造、 管理等各个方面发生巨大的变化。
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测控概述
• 大系统理论和智能控制理论 • 20世纪70年代以来控制理论的新发展。 • 所谓大系统，就是规模十分庞大的信息与控制系统，
如大型交通运输系统、大型电力网、大型通信网、大 型空间控测系统等，它们大都包括若干子系统，并与 有控制能力的电子计算机相结合，采用多级递阶控制， 以实现多指标综合最优化。 • 智能控制系统则是与人工智能相结合的信息与控制系 统，例如模糊控制、人工神经网络等。 • 20世纪90年代末以来，不少研究者提出充分利用现在 的一切技术，同时从时间域和频域两种方法来设计控 制系统，即择优控制(elective control)。
• 2 周云山，于秀敏.汽车电控系统理论与设计. 北京：北京理工大学出版社，1999年
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测控概述
Baidu Nhomakorabea
• 1测试系统及其组成
图1.1 测试系统的组成
• 测试系统由以下几部分组成：传感器、信号变换与测 量电路、显示与记录器、数据处理器，以及打印机等 外围设备，如图1.1所示。
• 2控制系统及其组成
• 2.1 控制理论的发展阶段
• 控制系统主要有开环控制与闭环控制。反馈控制系统的基本组成 如图1.4所示。该图表示了这些元件在系统中的位置和其相互间的 关系。由图可以看出，作为一个典型的反馈控制系统应该包括反 馈元件、给定元件、比较元件(或比较环节)、放大元件、执行元 件及校正元件等。
• 给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号，例如，调速系 统的给定电位计。
图1.2 恒温箱的自动控制系统 9
测控概述
• 系统要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差，在自动控制系 统中，这一偏差是通过反馈建立起来的。图1.3 为恒温箱温度自动 控制系统职能方块图。图中⊕代表比较元件，箭头代表作用的方 向。给定量也叫控制系统的输入量，被控制量称为系统的输出量。 从图中可以看到反馈控制的基本原理。也可以看到，各职能环节 的作用是单向的，每个环节的输出是受输入控制的。总之，实现 自动控制的装置可各不相同，但反馈控制的原理却是相同的，可 以说，反馈控制是实现自动控制最基本的方法。
8
测控概述
• 图1.2是一个恒温箱的自动控制系统。其中，恒温箱的温度是由 给 测 去 经定量与过信元给电号件定压信电的、号压热功uu电率11相控偶放比制，大较的把 后，。温 ，所当度用得外转以结界换改果因成变即素对电为引应机温起的的度箱电转的内压速偏温信和差度号方信变向u2号化，，Δ时并并u，反通=作馈u过1-为回传u2。 动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流 的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有 在偏差信号Δu=0时，电机才停转。这样就完成了所要求的控制 任务。而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。
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图1.4 典型的反馈控制系统方块图
测控概述
• 放大元件：对偏差信号进行信号放大和功率放大的元件。例如伺 服功率放大器、电液伺服阀等。
• 执行元件：直接对控制对象进行操作的元件。例如执行电机，液 压马达等。
• 控制对象：控制系统所要操纵的对象。它的输出量即为系统的被 调量(或被控制量)，例如机床、工作台等。
• 4）制造和加工过程的动态研究。因为高速切削、强力切削、高速 空程等正在日益广泛地应用，同时，加工精度越来越高，0.01μm 乃至0.001μm精度相继出现，这就要求把加工过程如实地作为动 态系统加以研究，包括计算机仿真及优化。
• 5）在产品设计方面，充分考虑产品与设备的动态特性，然后建立 它们的数学模型，进行优化设计。包括计算机辅助设计和试验的 研究。
车辆电控与机电液一体化技术
（第一部分）测控概述，状态空间 法基础，线性系统的可控性与可观
测性
1
整体概况
+ 概况1
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概况2
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概况3
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主要参考书
• 1 张孝祖 主编.车辆控制理论基础及应用.北京： 化学工业出版社，2007年
图1.3 恒温箱温度自动控
制系统职能方块图
10
测控概述
• 反馈元件：它量测被调量或输出量，产生主反馈信号，该信 号与输出量存在确定的函数关系(通常为比例关系)。例如，调 速系统的测速发电机。
• 比较元件：用来比较输入信号和反馈信号之间的偏差。可以 是一个差接的电路，它往往不是一个专门的物理元件，有时 也叫比较环节。而自整角机，旋转变压器、机械式差动装置 却是物理的比较元件。
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测控概述
• 2.2 控制理论在机电领域的广泛应用，主要体 现在以下几个方面：
• 1）机械制造过程正向着自动化、最优化相结 合的方向，以及机电一体化方向发展。例如计 算机集成制造系统CIMS等。
• 2）为了安全性、并为了降低人们的劳动强度， 车辆、船舶、航空航天器等产品的自动控制及 其智能化。
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测控概述
• 经典控制理论阶段
• 建立在奈奎斯特的频率响应法及伊万斯的根轨迹法基 础上的理论目前统称为经典控制理论。
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测控概述
• 现代控制理论 • 在现代数学和数字计算机的基础上，于1960年
前后开始形成现代控制理论，它的主要标志是 贝尔曼等人提出的状态空间法(state space methods)、庞特里亚金极大值原理(pontryagn’s maximum princp1e)、贝尔曼动态规划法 (bellman’s dynamic programming methods)、卡 尔曼的可控性可观测性理论 (controllability and observability)及最佳滤波理论(optimal filtering theory)。
• 6）在动态过程或参数测试方面，正在以控制理论作为基础，向着 动态测试方向发展。动态精度、动态位移、振动、噪声、动态力 与动态温度等的测量，从基本概念，测试手段到测试数据的处理 方法无不同控制理论息息相关。
• 总之，控制理论，微处理机技术同机电一体化的结合，同机械制 造技术的结合，将促使这一领域中的试验、研究、设计、制造、 管理等各个方面发生巨大的变化。
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测控概述
• 大系统理论和智能控制理论 • 20世纪70年代以来控制理论的新发展。 • 所谓大系统，就是规模十分庞大的信息与控制系统，
如大型交通运输系统、大型电力网、大型通信网、大 型空间控测系统等，它们大都包括若干子系统，并与 有控制能力的电子计算机相结合，采用多级递阶控制， 以实现多指标综合最优化。 • 智能控制系统则是与人工智能相结合的信息与控制系 统，例如模糊控制、人工神经网络等。 • 20世纪90年代末以来，不少研究者提出充分利用现在 的一切技术，同时从时间域和频域两种方法来设计控 制系统，即择优控制(elective control)。
• 2 周云山，于秀敏.汽车电控系统理论与设计. 北京：北京理工大学出版社，1999年
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测控概述
Baidu Nhomakorabea
• 1测试系统及其组成
图1.1 测试系统的组成
• 测试系统由以下几部分组成：传感器、信号变换与测 量电路、显示与记录器、数据处理器，以及打印机等 外围设备，如图1.1所示。
• 2控制系统及其组成
• 2.1 控制理论的发展阶段
• 控制系统主要有开环控制与闭环控制。反馈控制系统的基本组成 如图1.4所示。该图表示了这些元件在系统中的位置和其相互间的 关系。由图可以看出，作为一个典型的反馈控制系统应该包括反 馈元件、给定元件、比较元件(或比较环节)、放大元件、执行元 件及校正元件等。
• 给定元件：主要用于产生给定信号或输入信号，例如，调速系 统的给定电位计。
图1.2 恒温箱的自动控制系统 9
测控概述
• 系统要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差，在自动控制系 统中，这一偏差是通过反馈建立起来的。图1.3 为恒温箱温度自动 控制系统职能方块图。图中⊕代表比较元件，箭头代表作用的方 向。给定量也叫控制系统的输入量，被控制量称为系统的输出量。 从图中可以看到反馈控制的基本原理。也可以看到，各职能环节 的作用是单向的，每个环节的输出是受输入控制的。总之，实现 自动控制的装置可各不相同，但反馈控制的原理却是相同的，可 以说，反馈控制是实现自动控制最基本的方法。
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测控概述
• 图1.2是一个恒温箱的自动控制系统。其中，恒温箱的温度是由 给 测 去 经定量与过信元给电号件定压信电的、号压热功uu电率11相控偶放比制，大较的把 后，。温 ，所当度用得外转以结界换改果因成变即素对电为引应机温起的的度箱电转的内压速偏温信和差度号方信变向u2号化，，Δ时并并u，反通=作馈u过1-为回传u2。 动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流 的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有 在偏差信号Δu=0时，电机才停转。这样就完成了所要求的控制 任务。而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。
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图1.4 典型的反馈控制系统方块图
测控概述
• 放大元件：对偏差信号进行信号放大和功率放大的元件。例如伺 服功率放大器、电液伺服阀等。
• 执行元件：直接对控制对象进行操作的元件。例如执行电机，液 压马达等。
• 控制对象：控制系统所要操纵的对象。它的输出量即为系统的被 调量(或被控制量)，例如机床、工作台等。
• 4）制造和加工过程的动态研究。因为高速切削、强力切削、高速 空程等正在日益广泛地应用，同时，加工精度越来越高，0.01μm 乃至0.001μm精度相继出现，这就要求把加工过程如实地作为动 态系统加以研究，包括计算机仿真及优化。
• 5）在产品设计方面，充分考虑产品与设备的动态特性，然后建立 它们的数学模型，进行优化设计。包括计算机辅助设计和试验的 研究。
车辆电控与机电液一体化技术
（第一部分）测控概述，状态空间 法基础，线性系统的可控性与可观
测性
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整体概况
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概况2
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概况3
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主要参考书
• 1 张孝祖 主编.车辆控制理论基础及应用.北京： 化学工业出版社，2007年
图1.3 恒温箱温度自动控
制系统职能方块图
10
测控概述
• 反馈元件：它量测被调量或输出量，产生主反馈信号，该信 号与输出量存在确定的函数关系(通常为比例关系)。例如，调 速系统的测速发电机。
• 比较元件：用来比较输入信号和反馈信号之间的偏差。可以 是一个差接的电路，它往往不是一个专门的物理元件，有时 也叫比较环节。而自整角机，旋转变压器、机械式差动装置 却是物理的比较元件。