《机械工程控制基础》ppt课件
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三、控制理论在工程中的应用
1、军事 2、数控机床、加工中心 3、机器人 4、机电一体化系统 5、动态测试 6、机械动力系统性能分析 7、液压系统的动态特性分析 8、生产过程控制
16
四、控制理论特点及学习方法
本课程特点： （1）比较抽象 （2）起点高 （3）系统性强 学习本门课程应以新的视角分析和考虑问题。 学习本门课程要能以系统的而不是孤立的、动
研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关 系．
输入 系统 输出
7
学习控制工程基础要解决的两个问题
学习控制工程基础要解决两个问题： 一是如何分析某个给定控制系统的工作原
理、稳定性和过渡过程品质； 二是如何根据实际需要来进行控制系统的
设计，并用机、电、液、光等设备来实现 这一系统。 前者主要是分析系统，后者是综合与 设计，无论解决哪类问题，都必须具有丰 富的控制理论知识。
百度文库 具体的讲研究用控制理论的基本原理解决电 气、机械、测控、化工等一切工程系统中的 控制技术问题。（图1-1）
5
离心调速器原理示意图(图1-1)
稳定、准确、快速
6
工程控制理论的实质
工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的
动力学问题．具体地说，它研究的是工程技术中 的广义系统在一定的外界条件(即输入或激励， 包括外加控制与外加干扰)作用下，从系统的一 定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特 性(即由系统的结构与参数所决定的特性)所决定 的整个动态历程；
随着科技进步特别是计算机科学的发展，
控制论无论是在三要素的内涵上，还是在其深
度与广度上都在发展变化着，对促进生产的发
展和社会进步产生着深远的影响。
12
二、控制理论的发展
控制理论发展大体可分三个阶段： 第一阶段： 20世纪40～50年代为经典控制论发展时期。经
典控制论的内容是以微分方程、传递函数为基 础，主要研究单输入、单输出控制系统的分析 和设计问题，对线性定常系统，这种方法是成 熟而有效的。
8
二、控制理论的发展
1、控制理论的产生可以追朔到1788年瓦特(J.Watt) 为控制蒸汽机速度而发明的蒸汽机离心调速器，其原 理示意图如图1-1所示。
2、1868年，英国物理学家马克斯威尔（J.C.Maxwell） 发表了第一篇关于“论调速器”的文章，首先提出了 “反馈控制”的概念。
3、1884年和1895年,劳斯（E.J.Routh）和霍尔维茨 (A.Hurwitz)把马克斯威尔的理论扩展到用高阶微分方 程描述的更为复杂的系统，并分别提出了两种著名的 代数稳定性判据。1932年奈奎斯特（H.Nyquist）研 制出电子管振荡器，同时提出了著名的Nyquist稳定 性判据。
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二、控制理论的发展
第三阶段：
20世纪70年代末至今，控制论向着“大系统理论”和 “智能控制论”发展。
“大系统理论”是用控制和信息的观点研究大系统的 结构方案、总体设计中的分析方法和协调问题。
“智能控制论”是研究与模拟人类活动的机理。 现 代科学揭示，人体是一个具有高度自组织、自适应、 自调节能力的生命有机体，是具有非线性、时变和随 机性、模糊性的特大系统。研究具有仿人智能的工程 控制和信息处理问题，以使具有高度复杂性、高度不 确定性的系统达到人们对控制系统越来越高的要求。
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二、控制理论的发展
5、我国著名科学家钱学森从控制论这一 总题目中，把已被当时科学技术和工程 实践所证明的部分分离出来，创立了 “ 工 程 控 制 论 ” ， 并 于 1954 年 出 版 了 《工程控制论》这一名著，这对控制理 论的发展与应用起到了很大的推动作用。
11
二、控制理论的发展
6、50年代末与60年代初，一方面由于工业生 产、火箭和空间技术的发展，出现了多变量、 非线性和时变参数系统，经典控制理论已经不 能满足要求；另一方面由于电子计算机技术的 发展与应用，半导体和电子技术、计算技术的 发展，各种传感器和自动检测技术的发展，使 控制理论发展到了一个新阶段，从而产生了现 代控制理论。
机械控制工程基础
黄文怡 主讲
工程学院机械设计系
1
机械设计制造(教材)
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
绪论 拉普拉斯变换的数学方法 系统的数学模型 系统的瞬态响应与误差分析 系统的频率特性 系统的稳定性分析 机械工程控制系统的校正与设计
2
第一章 绪论
第一节 第二节 第三节 第四节
13
二、控制理论的发展
第二阶段： 20世纪60—70年代为现代控制论发展时期，这期间随
着计算机技术的发展和空间技术的进步，产生了把经 典控制论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组 来描述系统的方法，即所谓状态空间法，这种方法可 以解决多输入、多输出问题，对非线性、时变系统也 有效。 该方法是自适应控制、自学习控制、最优控制、最优 滤波（卡尔曼滤波）的基础。
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二、控制理论的发展
4、1948年美国数学家维纳（N.Wiener）出版了 著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通 讯的科学》一书，他揭示了无论机器系统、生命 系统甚至社会和经济系统中，都存在一个共同本
质的特点，它们都是通过信息的传递、处理与反 馈这三个要素来进行控制，这就是控制论的中心
思想。1950年伊万斯（W.R.Evans）提出的根轨 迹法提供了寻找特征方程根的比较简易的图解方 法，至此，形成了完整的经典控制理论。
概述 控制系统的基本概念 控制系统的基本类型 对控制系统的基本要求
3
第一节 概述
一、控制工程研究的主要内容 二、控制理论的发展 三、控制理论在工程中的应用 四、控制理论的学习方法
4
一、控制工程研究的主要内容
控制工程主要研究有关自动控制和系统动力 学的基础理论及其在工程中的应用。它是一 门新兴技术科学，也是一门边缘科学，它的 理论基础是控制理论。
态的而不是静态的观点和方法来思考和解决问 题。 掌握控制理论的基本概念、基本理论和基本方 法并注意结合实际，为解决工程中的控制问题 打下基础。
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五、本课程参考书
杨叔子主编 版社
朱骥北主编 胡寿松主编 董景新编著
三、控制理论在工程中的应用
1、军事 2、数控机床、加工中心 3、机器人 4、机电一体化系统 5、动态测试 6、机械动力系统性能分析 7、液压系统的动态特性分析 8、生产过程控制
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四、控制理论特点及学习方法
本课程特点： （1）比较抽象 （2）起点高 （3）系统性强 学习本门课程应以新的视角分析和考虑问题。 学习本门课程要能以系统的而不是孤立的、动
研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关 系．
输入 系统 输出
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学习控制工程基础要解决的两个问题
学习控制工程基础要解决两个问题： 一是如何分析某个给定控制系统的工作原
理、稳定性和过渡过程品质； 二是如何根据实际需要来进行控制系统的
设计，并用机、电、液、光等设备来实现 这一系统。 前者主要是分析系统，后者是综合与 设计，无论解决哪类问题，都必须具有丰 富的控制理论知识。
百度文库 具体的讲研究用控制理论的基本原理解决电 气、机械、测控、化工等一切工程系统中的 控制技术问题。（图1-1）
5
离心调速器原理示意图(图1-1)
稳定、准确、快速
6
工程控制理论的实质
工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的
动力学问题．具体地说，它研究的是工程技术中 的广义系统在一定的外界条件(即输入或激励， 包括外加控制与外加干扰)作用下，从系统的一 定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特 性(即由系统的结构与参数所决定的特性)所决定 的整个动态历程；
随着科技进步特别是计算机科学的发展，
控制论无论是在三要素的内涵上，还是在其深
度与广度上都在发展变化着，对促进生产的发
展和社会进步产生着深远的影响。
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二、控制理论的发展
控制理论发展大体可分三个阶段： 第一阶段： 20世纪40～50年代为经典控制论发展时期。经
典控制论的内容是以微分方程、传递函数为基 础，主要研究单输入、单输出控制系统的分析 和设计问题，对线性定常系统，这种方法是成 熟而有效的。
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二、控制理论的发展
1、控制理论的产生可以追朔到1788年瓦特(J.Watt) 为控制蒸汽机速度而发明的蒸汽机离心调速器，其原 理示意图如图1-1所示。
2、1868年，英国物理学家马克斯威尔（J.C.Maxwell） 发表了第一篇关于“论调速器”的文章，首先提出了 “反馈控制”的概念。
3、1884年和1895年,劳斯（E.J.Routh）和霍尔维茨 (A.Hurwitz)把马克斯威尔的理论扩展到用高阶微分方 程描述的更为复杂的系统，并分别提出了两种著名的 代数稳定性判据。1932年奈奎斯特（H.Nyquist）研 制出电子管振荡器，同时提出了著名的Nyquist稳定 性判据。
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二、控制理论的发展
第三阶段：
20世纪70年代末至今，控制论向着“大系统理论”和 “智能控制论”发展。
“大系统理论”是用控制和信息的观点研究大系统的 结构方案、总体设计中的分析方法和协调问题。
“智能控制论”是研究与模拟人类活动的机理。 现 代科学揭示，人体是一个具有高度自组织、自适应、 自调节能力的生命有机体，是具有非线性、时变和随 机性、模糊性的特大系统。研究具有仿人智能的工程 控制和信息处理问题，以使具有高度复杂性、高度不 确定性的系统达到人们对控制系统越来越高的要求。
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二、控制理论的发展
5、我国著名科学家钱学森从控制论这一 总题目中，把已被当时科学技术和工程 实践所证明的部分分离出来，创立了 “ 工 程 控 制 论 ” ， 并 于 1954 年 出 版 了 《工程控制论》这一名著，这对控制理 论的发展与应用起到了很大的推动作用。
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二、控制理论的发展
6、50年代末与60年代初，一方面由于工业生 产、火箭和空间技术的发展，出现了多变量、 非线性和时变参数系统，经典控制理论已经不 能满足要求；另一方面由于电子计算机技术的 发展与应用，半导体和电子技术、计算技术的 发展，各种传感器和自动检测技术的发展，使 控制理论发展到了一个新阶段，从而产生了现 代控制理论。
机械控制工程基础
黄文怡 主讲
工程学院机械设计系
1
机械设计制造(教材)
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
绪论 拉普拉斯变换的数学方法 系统的数学模型 系统的瞬态响应与误差分析 系统的频率特性 系统的稳定性分析 机械工程控制系统的校正与设计
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第一章 绪论
第一节 第二节 第三节 第四节
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二、控制理论的发展
第二阶段： 20世纪60—70年代为现代控制论发展时期，这期间随
着计算机技术的发展和空间技术的进步，产生了把经 典控制论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组 来描述系统的方法，即所谓状态空间法，这种方法可 以解决多输入、多输出问题，对非线性、时变系统也 有效。 该方法是自适应控制、自学习控制、最优控制、最优 滤波（卡尔曼滤波）的基础。
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二、控制理论的发展
4、1948年美国数学家维纳（N.Wiener）出版了 著名的《控制论—关于在动物和机器中控制和通 讯的科学》一书，他揭示了无论机器系统、生命 系统甚至社会和经济系统中，都存在一个共同本
质的特点，它们都是通过信息的传递、处理与反 馈这三个要素来进行控制，这就是控制论的中心
思想。1950年伊万斯（W.R.Evans）提出的根轨 迹法提供了寻找特征方程根的比较简易的图解方 法，至此，形成了完整的经典控制理论。
概述 控制系统的基本概念 控制系统的基本类型 对控制系统的基本要求
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第一节 概述
一、控制工程研究的主要内容 二、控制理论的发展 三、控制理论在工程中的应用 四、控制理论的学习方法
4
一、控制工程研究的主要内容
控制工程主要研究有关自动控制和系统动力 学的基础理论及其在工程中的应用。它是一 门新兴技术科学，也是一门边缘科学，它的 理论基础是控制理论。
态的而不是静态的观点和方法来思考和解决问 题。 掌握控制理论的基本概念、基本理论和基本方 法并注意结合实际，为解决工程中的控制问题 打下基础。
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五、本课程参考书
杨叔子主编 版社
朱骥北主编 胡寿松主编 董景新编著