机械控制工程基础课件(1)..

以理论控制论为中心的四大分支（也有不同分 法）：
• • • • 工程控制论 生物控制论 社会控制论 智能控制论 （技术系统、工程系统） （生物系统） （社会系统） （思维系统）
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1.1
概
述
“信息论”简介（1） 定义
• 作为一种研究方法，就是运用信息论观点，把系统看 作是借助于信息的获取、加工、处理、传递而实现其 目的的运动过程。 • 1948年申农发表的代表作<<通信的数学理论>>被视为 信息论的奠基之作。
研究范围
• 主要研究一切与信息有关的概念、理论及信息传播的 各种要素与效果问题。
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1.1
概
述
“信息论”简介（2）
信息要素
• 在信息论中，信息被视为客观世界的第三大要素。 • 它与第一大要素物质，第二大要素能量相并列。就是 说，世界由物质,能量和信息三者构成。
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1.1
概
述
控制理论分类 古典控制理论
4
1.1
概
述
研究对象和任务
高压供油路
发动机
喷油泵
离心式飞球调速器
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1.1
概
述
研究对象和任务
可见，控制工程实质是研究工程技术中广义系统的动力 学问题:

研究系统在外界条件作用下，从系统的一定初始状态
出发，所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历
程。

研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。 本课程主要研究当系统已定，输入已知时，求出系统
多种变化因素 人造卫星
第三个时期 ：大系统理论时期 70年代
规模庞大 目标不单一 结构复杂 变量参数多 生物系统 社会系统 机器人
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1.1
发展前景：
概
述
控制论的发展及现状（2）
• 向大系统理论发展: 规模庞大、结构复杂、功能综合、因数众 多…… • 向智能控制系统发展：自组织、自学习、自修复、自繁殖……
系统论核心思想
• 是寻找建立一定结构形式联结构成的具有某种功能的 有机整体。
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1.1
概
述
“控制论”简介（1）
控制论的诞生
• 1948年，美国数学家诺伯特.维纳（Norbert Wiener） 发表了专著《控制论（或关于在动物和机器中控制和通 讯的科学）》，标志着控制论这一学科的诞生。
控制论的基点就是把控制系统当作一种信息系统。
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1.1
概
述
研究对象和任务
当前机械制造一个新的发展方向，是运用控制 理论、微电子、计算机技术和机械工程等学科 方面的理论和技术来提高生产效能、质量并推 出新产品。 “机械控制工程”是一门控制理论和机械工程 结合的新兴的技术科学，是一门边缘学科，它 是研究用控制理论的基本原理解决机械工程中 的实际技术问题。
11Байду номын сангаас
1.1
概
述
“控制论”简介（2）
维纳定义
• “控制论”是关于动物和机器中控制和通信的科学。
普通定义
• 控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋 势，控制系统的稳定，揭示包括机器、生物、社会在 内的各种不同系统的共同的控制规律，使系统按预定 目标运行的技术科学。
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1.1
概
述
控制论产生的基础 来源于社会实践活动，有它产生的实践和 理论基础
控制技术与人类进步
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1.1
概
述
控制论的发展及现状（1）
以维纳的《控制论》为标志，1948年正式形成。 三个时期：
第一个时期 ：经典控制理论时期 40年代末到50年代
单机自动化 自动调节器 多变量控制 航天系统 局部自动化 伺服系统 最优控制 导弹系统 单变量控制
第二个时期 ：现代控制理论时期 60年代
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1.1 概 述 “系统论”简介（2）
贝塔朗菲的系统论观点
• 认为复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简 单总和.一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一 个系统,保持动态稳定是系统向环境充分开放，获得物 质、信息、能量交换的结果。
系统论三大基本特征
• 系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外 部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系，具有 目的性、动态性、有序性三大基本特征。
用频域法、时域法解决单输入、单输出线性定常系统 的问题。 时域法→在时间域内解决问题 频域法→在频率域内解决问题
现代控制理论
用时域法（状态空间法）解决多输入、多输出的线性 及非线性时变系统的问题及最优控制问题。
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1.1 课程简介
课程范围
概
述
• 课程以反馈控制理论为核心，突出基本概念和基本方 法，介绍控制系统建模方法，线性系统的时域、频域 和根轨迹的分析与设计方法，介绍基于MATLAB的控制 系统分析、设计和仿真。
• 人类很早就有“风磨漏斗”、“蒸汽机的调节 器”。 • 19世纪以来，出现了以电信号传递信息为主的 控制过程，如：数控机床、控制炼钢等等。 • 第二次世界大战以前，在美国，一些不同学科 的科学家自发地建立组织讨论会，研究各学科 之间的交叉资料问题。维纳参加了这样的讨论， 得到了启迪，形成了控制论的思想基础。
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1.1
系统论的创始人
概
述
“系统论”简介（1）
• 美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。 系统论定义 • 系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究，并 用数字模型去描述和确定系统的结构和行为。 • 所谓系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部 分结合成的、具有特定功能的有机整体；而系统本 身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
的输出，并通过输出来研究系统本身的有关问题，即系统 分析。
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1.1
概
述
研究对象和任务
例：水钟（如右图所示）
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1.1
概
述
工程控制论的学科背景
控制理论在工程技术领域中体现为工程控制论。
-----《工程控制论》，钱学森，1954.
学科背景：老“三论”（SCI论） 系统论
控制论 信息论
机械控制工程基础
JIANZHU RUODIAN YINGYONG JISHU JIXIE KONGZHI GONGCHENG JICHU
第一章
绪论
1
第一章
绪
论
1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
概述 基本概念 控制系统分类 控制系统的基本要求 控制系统的应用
2
2
3
4
5
1.1 引 言
概
述
• 随着生产的发展和科学技术的进步，自动控制技术已 广泛地应用于工农业生产、交通运输和国防、宇航等 领域，并成为当今被受重视的高技术之一。 • 现代生活之中同样享受自动化技术。 • 现代自动化技术的科学基础是工程控制论的理论和方 法，各种自动化元部件和计算机则是它的物质基础。 • 掌握和了解工程控制论的基本理论和方法，对各专业 的科学技术人员都是十分必要的。