《机械控制工程基础》课程教学资源（PPT课件）第一章 绪论

第一章 绪论绪论第一章本章学习要点1.1 引言1.2 控制系统简介

第一章 绪论 第一章 绪论 本章学习要点 ◆ 1.1 引言 ◆ 1.2 控制系统简介

第一章绪论1.1引言1.1.1控制工程发展史18世纪，詹姆斯·瓦特设计了离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果1922年，迈纳斯基证明了如何从描述系统的微分方程中确定系统的稳定性1932年，奈魁斯特提出了根据稳态正弦输入的开环响应，确定闭环系统的稳定性1948年，美国数学家N·维纳所著的《控制论》一书出版，标志着控制论的正式建立1954年，我国科学家钱学森发表《工程控制论》，奠定了工程控制论的基础

第一章 绪论 1.1.1 控制工程发展史 1.1 引言 1954年，我国科学家钱学森发表《工程控制 论》，奠定了工程控制论的基础。 18世纪，詹姆斯·瓦特设计了离心调节器，是 自动控制领域的第一项重大成果。 1922年，迈纳斯基证明了如何从描述系统的微 分方程中确定系统的稳定性。 1932年，奈魁斯特提出了根据稳态正弦输入的 开环响应，确定闭环系统的稳定性。 1948年，美国数学家N·维纳所著的《控制论》 一书出版，标志着控制论的正式建立

第一章绪论1.1.2机械工程控制的研究对象与任务1.机械工程控制的研究对象机械工程控制研究的对象特指机械工程领域的系统（如数控机床、机器人等）。2.机械工程控制的研究任务工程控制论主要研究控制系统与其输入、输出之间的动态关系。(1）系统分析：当系统已定、输入已知时，求出系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身的有关问题

第一章 绪论 1. 机械工程控制的研究对象 1.1.2 机械工程控制的研究对象与任务 机械工程控制研究的对象特指机械工程领域 的系统（如数控机床、机器人等）。 2．机械工程控制的研究任务 工程控制论主要研究控制系统与其输入、输 出之间的动态关系。 (1) 系统分析：当系统已定、输入已知时，求出 系统的输出(响应)，并通过输出来研究系统本身 的有关问题

第一章绪论(2）最优控制：当系统已定、输出已知时，确定输入使得输出尽可能符合给定的最佳要求。(3）最优设计：当输入已知、输出已知时，确定系统使其输出尽可能符合给定的最佳要求(4）滤波与预测：当系统已定、输出已知时，要识别输入或输入中的有关信息。(5)系统辨识：当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。机械工程控制以古典控制论为核心，全要研究线性控制系统的分析问题

第一章 绪论 (3) 最优设计：当输入已知、输出已知时，确 定系统使其输出尽可能符合给定的最佳要求。 机械工程控制以古典控制论为核心， 主要研究线性控制系统的分析问题。 (4) 滤波与预测：当系统已定、输出已知时， 要识别输入或输入中的有关信息。 (5) 系统辨识：当输入与输出均已知时，求出 系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。 (2) 最优控制：当系统已定、输出已知时，确 定输入使得输出尽可能符合给定的最佳要求

第一章 绪论开环控制系统既不需要对输出量进行测量1也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进1行比较移劫量工作台（输出）步进电机控制指令驱动电路(输入）

第一章 绪论 (1) 开环控制系统 1.2 控制系统简介 1.2.1 控制系统的分类 1．按系统的结构分类 开环控制系统是指系统的输出量对控制作用 没有影响的系统。 驱 动 电 路 步进电机 工作台 控制指令 (输入） 移动量 （输出） 图1.1 开环系统的数控机床驱动系统 开环控制系统既不需要对输出量进行测量， 也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进 行比较

第一章 绪论(2)闭环控制系统检测装置工作台移动量(输出）伺服电机比较器今控制指（输入）放大器

第一章 绪论 （2）闭环控制系统 闭环控制系统通常也称反馈控制系统。此种 系统是指将输出信号部分或全部通过反馈装置 （通常为检测装置）传送到输入端，与输入信 号进行比较，将比较的差值送入系统中的控制 器，产生控制信号控制系统的输出达到希望的 输出值。 检测装置 比较器 放大器 伺服电机 工作台 控制指令 (输入） 移动量 （输出） 图1.2 闭环控制的数控机床驱动系统

第一章绪论(3）闭环控制系统与开环控制系统的比较开环控制系统结构简单、容易维护、相应的成本也较低，因为没有反馈，所以稳定性较好，另外因为没有反馈，使得开环系统无法抑制扰动信号对输出的影响。当输出量难以测量、或测量成本太高、或者没有必要测量，又不存在扰动信号或扰动可以忽略时，才可采用开环控制系统

第一章 绪论 （3）闭环控制系统与开环控制系统的比较 开环控制系统结构简单、容易维护、相应的 成本也较低，因为没有反馈，所以稳定性较好， 另外因为没有反馈，使得开环系统无法抑制扰动 信号对输出的影响。 当输出量难以测量、或测量成本太高、或 者没有必要测量，又不存在扰动信号或扰动可 以忽略时，才可采用开环控制系统

第一章绪论闭环控制系统的输出信号被反馈到输入端所以系统的外部干扰和内部参数的变化最终都可以通过输出反馈到输入端，利用差值对系统的输出进行调解，从而抑制干扰对输出的影响，因为闭环控制系统引入了反馈，在调节的过程中，可能引起系统的等幅振荡或发散振荡所以闭环控制系统稳定性问题非常重要。另外闭环控制系统相对复杂一些，使用的元器件数量要多一些，因此成本要比开环系统高

第一章 绪论 闭环控制系统的输出信号被反馈到输入端， 所以系统的外部干扰和内部参数的变化最终都 可以通过输出反馈到输入端，利用差值对系统 的输出进行调解，从而抑制干扰对输出的影响。 因为闭环控制系统引入了反馈，在调节的 过程中，可能引起系统的等幅振荡或发散振荡， 所以闭环控制系统稳定性问题非常重要。另外， 闭环控制系统相对复杂一些，使用的元器件数 量要多一些，因此成本要比开环系统高

第一章 绪论太阳环境温度传感器辐射热传感器客舱温度要求的温度加热器控制器客舱（输入）(输出)或空调器传感器

第一章 绪论 传 感 器 辐射热传感器 控制器 加热器 或空调器 客 舱 传 感 器 要求的温度 （输入） 客舱温度 （输出） 太阳 环境温度 图1.3 汽车客舱温度控制系统原理图

第一章 绪论2.按输入量的变化规律分类(1)恒值控制系统输入量：恒定值。任务：在扰动信号作用下，输出量恒定不变(2）程序控制系统输入量：按已知的规律编制的程序。任务：按照控制指令的要求运动(3)随动系统（伺服系统）输入量：变化规律未知。任务：输出量复现控制信号的变化规律

第一章 绪论 （1）恒值控制系统 2．按输入量的变化规律分类 输入量：恒定值。 任务：在扰动信号作用下，输出量恒定不变。 （2）程序控制系统 输入量：按已知的规律编制的程序。 任务：按照控制指令的要求运动。 （3）随动系统（伺服系统） 输入量：变化规律未知。 任务：输出量复现控制信号的变化规律