机械工程控制基础论文

目录

摘要 (2)

关键词 (2)

引言 (2)

1机械控制理论的研究对象及任务 (2)

1.1机械控制理论的研究对象 (2)

1.2机械控制理论的任务 (3)

2机械控制理论的系统稳定性 (3)

2.1什么是稳定性 (3)

3机械制造 (4)

3.1先进制造技术分类 (4)

3.2虚拟制造系统 (5)

3.3虚拟制造技术应用 (5)

4机械制造的发展及控制理论的应用 (6)

4.1机械制造的发展 (7)

4.2控制理论 (7)

结论 (8)

参考文献 (9)

机械制造系统的发展及应用

冯强

（合肥学院机械设计制造及其自动化专业2008级）

摘要：了解控制理论在机械控制工程中的应用主要在对控制理论本质反面的理解。随着人类的物质文化水平的不但提高，控制在我们的生活学习当中处处可见，就我们的身体就是一个很好的控制系统。我们的每一个器官完成不同功能的同时又存在着相互的协调、辅助和制约。控制理论在机械控制工程中也是一样的只不过是由我们给它设定应作方式而已。一个好的控制系统就一定是相对比较稳定的控制系统，所以系统的稳定性在系统中是非常重要的。而系统要稳定必定于反馈有关。内容包括：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，控制系统的校正与设计，以及离散系统分析基础等。

关键词：控制理论；稳定性；系统反馈；系统

引言

“机械工程控制论”是一门技术科学，它是研究“控制论”在“机械工程”中应用的科学。当前机械制造技术正向着高度自动化的方向发展，各种先进的自动控制加工系统不断出现，过去那种只侧重于局部和静态的研究方法已不能符合要求，应将机械加工过程各个环节的组合看作是一个动力系统，从控制论的角度来研究和解加工中所出现的各种技术问题。1机械控制理论的研究对象及任务

机械控制理论的研究对象和理论范畴在不断扩大。近20年来该学科的各个方面都有了很大的发展。到目前为止,它所包含的主要理论和方法有下列6个方面。系统辨识和信息处理由于工程控制论中所有的概念和方法都是建立在定量研究的基础之上，为了实现对工程系统的控制，精密地定量描述它的行为和结构就具有决定性的意义。找出能够完全描述系统状态的全体变量，区分为输入量、受控量和控制量等不同类别，把表现为机械的、电的、光的、声的各种物理信号形式的变量从各种随机因素和噪声中提取出来，确定各变量在各种不同条件下的变化规律，这就是系统辨识理论的任务。用滤波、预测、相关处理、逼近等方法从噪声中分离出具有本质意义的信息以及寻求各变量之间的相互关系，这是属于信息处理理论和方法的范畴。近年来发展起来的模式识别理论和方法能够对已经提取出来的物理信号进行更精细的分析,以便用机器手段去理解它的含义,并用文字或图形显示出来，为管理和操作人员提供准确的信息，这是信息处理理论的新成就。

1.1 机械工程控制论的研究对象

机械工程控制论是研究以机械工程技术为对象的控制论问题。具体地讲，是研究在这一工程领域中广义系统的动力学问题，即研究系统在一定的外界条件（即输入与干扰）作用下，系统从某一初始状态出发，所经历的整个动态历程，也就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。例如，机床数控技术中，调整到一定状态的数控机床就是系统，数控指令就是输入，而数控机床的运动就是输出。

因为输入的结果是改变系统的状态，并使系统的状态不断改变，这就是力学中所讲的强迫运动；而当系统的初始状态不为零时，即使没有输入，系统的状态也会不断改变，这也就是力学中所讲的自由运动。因此从使系统的状态不断发生改变这点来看，将系统的初始状态看作为一种特殊的输入，即“初始输入”或“初始激励”也是十分合理的。

机械工程控制论所研究的系统是极为广泛的，这个系统可大可小，可繁可简，完全由研究的需要而定。例如，当研究机床在切削加工过程中的动力学问题时，切削加工本身可作为一个系统；当研究此台机床所加工工件的某些质量指标时，这一工件本身又可作为一个系统。

1.2机械控制理论的任务

欲使工程系统按希望的方式运行，完成预定的任务，应该正确地选择控制方式。几乎所有的工程系统都有共同的特性：为达到同一个目标，存在着许多控制策略。不同的控制策略所付出的代价也各异，例如能量消耗，所费时间的长短，材料、人力和资金的消耗等均不相同。研究如何以最小的代价达到控制的目的的原理和方法称为最优控制理论。寻求以最短时间达到控制目的的理论称为最速控制理论。线性规划、动态规划、极大值原理、最优化理论等都是经过实践证明具有严密结构的最优控制理论。为了解决最优控制的工程实现问题，科学家们又创造了很多适用于计算机程序的算法，称为最优化技术。最优控制理论和最优化技术的建立是工程控制论中最突出的成就。

受控系统的工作环境、任务和目标常发生变化。为了使工程系统能自动适应这些变化，科学家们创立了一系列设计原理和方法，赋予系统以自我进化的能力，即根据变化了的环境条件或工作任务，系统能够自动地改变自己的结构、参数和获得新的功能。最早出现的是自稳定系统，它能在环境条件发生剧烈变化时自动地改变自己的结构，始终保持稳定的工作状态而无需操作人员去干预。用自适应控制理论（见适应控制系统）设计的工程系统能自动地对外界条件变化作出反应，改变自己的结构参数，保持优良的性能和高精度。计算机用于工程系统后，由于具有信息存储能力，出现了自学习系统。经过有经验的操作人员示教以后，系统把一切操作细节都记忆下来，从此就能准确地自动再现已学到的操作过程，完成指定的任务。只要存储容量足够大，同一工程系统可记忆若干种操作过程，就成为多功能系统。把专家们在某一专门领域中的知识和经验存储起来，工程系统就获得处理复杂问题的能力，这种系统称为专家系统。为完成不同的任务而能自动重组结构的系统称为自组织系统。工程控制论的研究工作还一直受着仿生学新成就的启发和鼓舞，不断引进新的概念，发明新的理论，以求工程系统部分地模仿生物的技能。能够辨识人的声音，认识和翻译文字，具有不断增长的逻辑判断和自动决策能力的智能系统已在工业生产领域和服务行业中采用，这是具有自我进化能力的工程控制论系统的最新成就。

2机械控制理论的系统稳定性

在机械控制理论中系统稳定性是非常重要的概念。我们都知道无论是什么系统如果不能相对的稳定那么系统最终会出问题，就那电力系统稳定性说。系统稳定性可分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定

(1)电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。

(2)电力系统暂态稳定指的是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或恢得到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二摆不失步。

(3)电力系统动态稳定是指系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。

远距离输电线路的输电能力受这3种稳定能力的限制，有一个极限。它既不能等于或超过静态稳定极限，也不能超过暂态稳定极限和动态稳定极限。在我国，由于网架结构薄弱，暂态稳定问题较突出，因而线路输送能力相对国外来说要小一些。

2.1什么是稳定