绪论机械工程控制基础.pptx
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1、控制实例控制实例控制三要素:施控者、被控对象、控制目标控制三要素:施控者、被控对象、控制目标控制实质:控制实质:第1页/共30页第2页/共30页控制理论体系:经典控制理论 、现代控制理论研究对象研究对象单输入单输出定常线性系统单输入单输出定常线性系统多输入多输出时变系统(主要线性)多输入多输出时变系统(主要线性)数学工具数学工具LaplaceLaplace变换变换,传递函数传递函数矩阵、向量空间矩阵、向量空间研究领域研究领域复数域、频率域复数域、频率域时间域时间域基本内容基本内容传递函数、时间响应特性、频率特性传递函数、时间响应特性、频率特性(NyquistNyquist图、图、BodeBod
2、e图)、稳定判据、图)、稳定判据、系统校正环节设计系统校正环节设计线性控制理论、系统辨识、线性控制理论、系统辨识、最优滤波、最优控制最优滤波、最优控制性能指标性能指标稳定性、响应快速性、响应准确性稳定性、响应快速性、响应准确性最优性最优性控制器控制器RC(RC(无源滤波网络)无源滤波网络)数字机数字机着眼点着眼点 系统输出系统输出/输入输入系统状态系统状态分析分析&综合综合1 1)给定输入、系统,分析输出)给定输入、系统,分析输出2 2)指定指标下,研究系统参数)指定指标下,研究系统参数1 1)揭示控制(输入)和初始条件对)揭示控制(输入)和初始条件对系统的作用影响系统的作用影响2 2)在一定
3、条件下,最佳状态(最优)在一定条件下,最佳状态(最优控制)控制)第3页/共30页第一节第一节 机械工程控制论研究的对象与任机械工程控制论研究的对象与任务务机械工程控制论机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。研究机械工程中广义系统的动力学问题。研究的对象:研究的任务:研究的领域:机械工程领域第4页/共30页第5页/共30页(b)(a)同一同一系统系统,不同的不同的输入输入第6页/共30页(a)(b)整理得:整理得:(a)解:解:(b)解:解:第7页/共30页求输出求输出求输入求输入求系统(结构参数)求系统(结构参数)第8页/共30页定常线性系统第9页/共30页 1.系统由相互联系、相
4、互作用的若干部分组成有一定 的目的或一定的运动规律的一个整体。系统的组成要素 线性系统 元件子系统非线性系统第二节第二节 系统及其模型系统及其模型元素元素之间的联系第10页/共30页系统具有如下系统具有如下特性特性:(1)(1)系统的性能不仅与系统的要素有关,而且还与系统的系统的性能不仅与系统的要素有关,而且还与系统的 结构有关;结构有关;(2)(2)系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂得多。得多。如下面的 m-k系统。第11页/共30页图1.2.1 m-k简单系统此系统由两个元件此系统由两个元件:质块与弹簧组成质块与弹簧组成 m
5、 m质块的质量;质块的质量;k k弹簧的刚度弹簧的刚度.对弹簧对弹簧 由虎克定律由虎克定律孤立考虑孤立考虑:对质块:对质块 由牛顿第二定律由牛顿第二定律对二者组成的系统对二者组成的系统 系统的动力学方程为系统的动力学方程为系统在外力作用下,从初始位移系统在外力作用下,从初始位移y y0 0或初始速度或初始速度 开始作开始作“简简谐振动谐振动”。分别研究两个元件,无论如何得不出这一结论。分别研究两个元件,无论如何得不出这一结论。第12页/共30页当研究某台机床当研究某台机床切削加工过程切削加工过程中的动力学问题时,中的动力学问题时,当研究此台机床加工的当研究此台机床加工的工件工件的某些质量指标时
6、,的某些质量指标时,当研究此台机床的当研究此台机床的操作者操作者在加工过程中的作用时,在加工过程中的作用时,如:如:机械工程中的广义系统:机械工程中的广义系统:以实现一定的机械运动、承受一定的机械载荷为目的,以实现一定的机械运动、承受一定的机械载荷为目的,由机械元件组成的系统,称为由机械元件组成的系统,称为机械系统机械系统。切削加工过程工件操作者2.广义系统比如:、。第13页/共30页3.3.模型模型模型模型研究、认识、描述、分析系统的一种工具。研究、认识、描述、分析系统的一种工具。数学模型用数学方法描述的抽象的理论模型,用用数学方法描述的抽象的理论模型,用来来表达系统内部各部分之间或系统与外
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