机械控制工程基础-自动控制原理 第一章-绪论
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控制论
控制论、相对论和量子论---20世纪上半叶的三项科学革命， 也是人类认识客观世界的三大飞跃。
控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，是由 自动控制、电子技术、计算机科学、神经生理学、医学、统 计学等多种学科相互渗透而产生的一门交叉科学，是在20世 纪40年代逐渐形成的。
1948年，美国数学家N·维纳发表了《控制论》，基本上 形成了经典控制理论，维纳在他的《控制论》一书的副标题
下，从一定初始状态出发，所经历由内部的固有特性（由系 统结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）
12
第一章 绪论
自动控制原理
汽车自动焊装生产线
第一章 绪论
自动控制原理
汽车风挡玻璃涂胶机器人
第一章 绪论
自动控制原理
人造卫星
源自文库
第一章 绪论
自动控制原理
导弹
第一章 绪论
洗衣机
自动控制原理
第一章 绪论
第一节 机械工程控制论的基本含义 第二节 控制系统的工作原理与组成 第三节 对控制系统的基本要求与分类 第四节 本课程的特点及学习方法
7
学习重点
❖ 理解掌握自动控制和自动控制系统的基本概念； ❖ 重点掌握闭环控制系统的原理和组成；
❖ 掌握反馈控制系统的基本要求；
8
第一章 绪论
自动控制原理
第一节 机械工程控制论的基本含义
5）滤波与预测：系统已定，输出已知，要识别 输入或输入中的有关信息。
20
三、反馈及反馈控制
控制论的核心内容是通过信息的传递、加工处理和反馈 来进行控制。
反馈：将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输入信号共
同作用于系统的过程。
负（正）反馈：如果反馈回去的信号与系统的输入信号方向相反，称之
第二节 控制系统的工作原理与组成
火 准炮 系自 统动
• 无人直接参与 • 机器、设备或生产过程的工作状态或参数若发生变化 • 自动实现某种规律运行
自动控制技术应用实例：
• 数控车床按照规定程序自动地切削工件； • 化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定； • 导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方目标；
二、机械工程控制论的研究对象与任务
1、机械工程控制论的研究对象
1、能满足自动化技术高度发展的需要
2、与信息科学和系统科学紧密相关
3、提供了辩证的系统分析方法
不但从局部，而且从整体认识和分析机械系统，改进 和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。
课程的体系结构
1
一般 概念
2
系统 模型
时域法 3
复域法* 性 能 频域法 4 指标
6
5
稳定性
6
第一章 绪论
这样写道，控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科 学”。
1954年我国科学家钱学森运用控制论的思想和方法，首 创了工程控制论，把控制论推广到工程控制领域，奠定了工 程控制论这一技术科学的基础。
9
一、自动控制原理的发展概况
经典控制理论 ( 20世纪30-50年代 )
SISO
时域、复域、频域
反馈控制 分析法
3
第一章 绪论
二、成绩评定：
自动控制原理
• 平时成绩30% 按100分制：出勤30分，缺课扣分； 课堂表现10分； 作业+笔记35分，只允许补上一次的作业； 实验25分，实验操作表现和实验报告。
• 考试成绩70%：闭卷
4
第一章 绪论
自动控制原理
机械工程控制论
随着工业生产和科学技术的不断发展，机械工程控制 论—自动控制原理这门新兴学科越来越为人们所重视：
转换 机构
阀 门
蒸汽 q 系统
T 蒸汽机
实际n
离心机构
蒸汽机离心调速器调速系统 原理方框图
23
第四节 本课程的特点及学习方法
课程特点： 内容抽象、概括性强、涉及知识范围广。
学习方法： 1、准确使用数学结论，不必过分追求数学论证 2、对物理概念要明确掌握 3、做好笔记、作业、实验，有利于概念的理解
和基本方法的运用。
机械控制工程基础
（自动控制原理）
1
第一章 绪论
自动控制原理
一、课程的性质
• 课程地位：电气工程及自动化专业的主干课程， 也是一些硕士点考研的必修课程，各个专业方向的 专业课，均离不开自动控制理论。
• 课程特点：学时多，理论性强，是一门专业基础 课（核心课程），以高数、物理、复变函数、电工 电子等课程为基础，同时又是后续一些课程的基础 课和先导课，因而起着承上启下的作用。
自动控制原理
普通车床
第一章 绪论
自动控制原理
数控加工中心
2、机械工程控制论的任务 1）系统分析：系统已定、输入已知，求输出。
2）最优控制：系统已确定、输出已知，求输入， 要求输出符合给定最佳值。 3）最优设计：已知输入，输出给定，要确定系统， 使输出尽可能符合给定最佳要求。
4）系统辨识： 系统的输入、输出均已知，分析 系统由哪些环节组成，并求出各环节参数，建立 系统的数学模型。
• 课程类型：专业限选课。
2
课程的性质和特点
机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的科
学。它是一门技术科学，也是一门跨控制论和机械工程
领域的边缘学科。《机械控制工程基础》是本学科的技
术基础课。
电工电子 复变函数
理论力学
线性代数 微积分
机械控制工程基础
电机与拖动
检测技术 数控技术
等
理论性非常强但又和实际应用紧密结合。
线性定常系统
系统稳定
微分方程 拉氏变换
现代控制理论 ( 20世纪60-70年代 )
传递函数
MIMO 非线性系统、时变系统
最优控制 状态空间分析法
矩阵理论 （线性代数）
状态 方程
智能控制理论 ( 20世纪70年代至今 )
模糊控制
神经网络 人工智能
遗传算法
10
第一章 绪论
自动控制原理
自动控制的特点：
是机械工程技术中广义系统的动力学问题。即研究系统及其 输入、输出三者之间的动态关系。
系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成且有一定运动规律的有机
整体。
广义系统：通常机械工程控制论简称机械控制工程，其所研究的系统
可大可小，可繁可简，完全由研究的需要决定，因而称之为广义系统。
动态关系：系统在外界条件作用（输入或激励、包括控制与外界干扰）
为负反馈；如果方向相同，则称之为正反馈。
内（外）反馈： 反馈控制：利用反馈信号对系统进行控制。
21
英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
蒸汽机离心调速器调速系统 结构示意图
22
英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
给定n0 比较 机构 -
控制论、相对论和量子论---20世纪上半叶的三项科学革命， 也是人类认识客观世界的三大飞跃。
控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，是由 自动控制、电子技术、计算机科学、神经生理学、医学、统 计学等多种学科相互渗透而产生的一门交叉科学，是在20世 纪40年代逐渐形成的。
1948年，美国数学家N·维纳发表了《控制论》，基本上 形成了经典控制理论，维纳在他的《控制论》一书的副标题
下，从一定初始状态出发，所经历由内部的固有特性（由系 统结构与参数所决定）所决定的动态历程（输出或响应）
12
第一章 绪论
自动控制原理
汽车自动焊装生产线
第一章 绪论
自动控制原理
汽车风挡玻璃涂胶机器人
第一章 绪论
自动控制原理
人造卫星
源自文库
第一章 绪论
自动控制原理
导弹
第一章 绪论
洗衣机
自动控制原理
第一章 绪论
第一节 机械工程控制论的基本含义 第二节 控制系统的工作原理与组成 第三节 对控制系统的基本要求与分类 第四节 本课程的特点及学习方法
7
学习重点
❖ 理解掌握自动控制和自动控制系统的基本概念； ❖ 重点掌握闭环控制系统的原理和组成；
❖ 掌握反馈控制系统的基本要求；
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第一章 绪论
自动控制原理
第一节 机械工程控制论的基本含义
5）滤波与预测：系统已定，输出已知，要识别 输入或输入中的有关信息。
20
三、反馈及反馈控制
控制论的核心内容是通过信息的传递、加工处理和反馈 来进行控制。
反馈：将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输入信号共
同作用于系统的过程。
负（正）反馈：如果反馈回去的信号与系统的输入信号方向相反，称之
第二节 控制系统的工作原理与组成
火 准炮 系自 统动
• 无人直接参与 • 机器、设备或生产过程的工作状态或参数若发生变化 • 自动实现某种规律运行
自动控制技术应用实例：
• 数控车床按照规定程序自动地切削工件； • 化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定； • 导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方目标；
二、机械工程控制论的研究对象与任务
1、机械工程控制论的研究对象
1、能满足自动化技术高度发展的需要
2、与信息科学和系统科学紧密相关
3、提供了辩证的系统分析方法
不但从局部，而且从整体认识和分析机械系统，改进 和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。
课程的体系结构
1
一般 概念
2
系统 模型
时域法 3
复域法* 性 能 频域法 4 指标
6
5
稳定性
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第一章 绪论
这样写道，控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科 学”。
1954年我国科学家钱学森运用控制论的思想和方法，首 创了工程控制论，把控制论推广到工程控制领域，奠定了工 程控制论这一技术科学的基础。
9
一、自动控制原理的发展概况
经典控制理论 ( 20世纪30-50年代 )
SISO
时域、复域、频域
反馈控制 分析法
3
第一章 绪论
二、成绩评定：
自动控制原理
• 平时成绩30% 按100分制：出勤30分，缺课扣分； 课堂表现10分； 作业+笔记35分，只允许补上一次的作业； 实验25分，实验操作表现和实验报告。
• 考试成绩70%：闭卷
4
第一章 绪论
自动控制原理
机械工程控制论
随着工业生产和科学技术的不断发展，机械工程控制 论—自动控制原理这门新兴学科越来越为人们所重视：
转换 机构
阀 门
蒸汽 q 系统
T 蒸汽机
实际n
离心机构
蒸汽机离心调速器调速系统 原理方框图
23
第四节 本课程的特点及学习方法
课程特点： 内容抽象、概括性强、涉及知识范围广。
学习方法： 1、准确使用数学结论，不必过分追求数学论证 2、对物理概念要明确掌握 3、做好笔记、作业、实验，有利于概念的理解
和基本方法的运用。
机械控制工程基础
（自动控制原理）
1
第一章 绪论
自动控制原理
一、课程的性质
• 课程地位：电气工程及自动化专业的主干课程， 也是一些硕士点考研的必修课程，各个专业方向的 专业课，均离不开自动控制理论。
• 课程特点：学时多，理论性强，是一门专业基础 课（核心课程），以高数、物理、复变函数、电工 电子等课程为基础，同时又是后续一些课程的基础 课和先导课，因而起着承上启下的作用。
自动控制原理
普通车床
第一章 绪论
自动控制原理
数控加工中心
2、机械工程控制论的任务 1）系统分析：系统已定、输入已知，求输出。
2）最优控制：系统已确定、输出已知，求输入， 要求输出符合给定最佳值。 3）最优设计：已知输入，输出给定，要确定系统， 使输出尽可能符合给定最佳要求。
4）系统辨识： 系统的输入、输出均已知，分析 系统由哪些环节组成，并求出各环节参数，建立 系统的数学模型。
• 课程类型：专业限选课。
2
课程的性质和特点
机械控制工程是研究控制论在机械工程中应用的科
学。它是一门技术科学，也是一门跨控制论和机械工程
领域的边缘学科。《机械控制工程基础》是本学科的技
术基础课。
电工电子 复变函数
理论力学
线性代数 微积分
机械控制工程基础
电机与拖动
检测技术 数控技术
等
理论性非常强但又和实际应用紧密结合。
线性定常系统
系统稳定
微分方程 拉氏变换
现代控制理论 ( 20世纪60-70年代 )
传递函数
MIMO 非线性系统、时变系统
最优控制 状态空间分析法
矩阵理论 （线性代数）
状态 方程
智能控制理论 ( 20世纪70年代至今 )
模糊控制
神经网络 人工智能
遗传算法
10
第一章 绪论
自动控制原理
自动控制的特点：
是机械工程技术中广义系统的动力学问题。即研究系统及其 输入、输出三者之间的动态关系。
系统：由相互联系、相互作用的若干部分构成且有一定运动规律的有机
整体。
广义系统：通常机械工程控制论简称机械控制工程，其所研究的系统
可大可小，可繁可简，完全由研究的需要决定，因而称之为广义系统。
动态关系：系统在外界条件作用（输入或激励、包括控制与外界干扰）
为负反馈；如果方向相同，则称之为正反馈。
内（外）反馈： 反馈控制：利用反馈信号对系统进行控制。
21
英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
蒸汽机离心调速器调速系统 结构示意图
22
英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)。
给定n0 比较 机构 -