机械工程控制第一章绪论.ppt

控制原理机械工程控制基础机械工程控制基础中 南 大 学 机 电 工 程 学 院中 南 大 学 机 电 工 程 学 院2012年9月机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院机械工程控制基础机械工程控制基础—自动控制理论自动控制理论主讲人主讲人 魏文元魏文元2012年年9月月-12月月机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院本课程在机械设计制造及自动化专业本课程在机械设计制造及自动化专业课程体系中的地位课程体系中的地位学科基础学科基础 力学力学 热力学热力学 材料学材料学 电工电子学电工电子学 工程控制论工程控制论自然科学自然科学 物理学物理学 化学化学 基础与工具基础与工具 数学数学 工程图学工程图学 计算机技术计算机技术 外语外语专业方向专业方向 机电机电 制造（模具）制造（模具） 车辆车辆 工程机械工程机械 智能机械智能机械机械设计学机械设计学 制造学制造学 强度学强度学 振动学振动学 测试技术测试技术 液液压传动与控制压传动与控制 摩擦学摩擦学 机械工程控制技术机械工程控制技术! 机械工程控制基础机械工程控制基础是一门是一门技术基础技术基础课课专业技术专业技术基础基础机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院课程安排课程安排总学时：总学时：48. 其中讲课其中讲课42学时，实验学时，实验6学时学时教材：教材：杨叔子，杨克冲等编著杨叔子，杨克冲等编著杨叔子，杨克冲等编著杨叔子，杨克冲等编著. . . .机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础机械工程控制基础 （第五版）（第五版）（第五版）（第五版）. . . .华中科技大学出版社华中科技大学出版社华中科技大学出版社华中科技大学出版社.2005.2005.2005.2005年年年年. . . .参考书：杨咸启，常宗瑜编著参考书：杨咸启，常宗瑜编著参考书：杨咸启，常宗瑜编著参考书：杨咸启，常宗瑜编著. . . .机电工程控制基础机电工程控制基础机电工程控制基础机电工程控制基础. . . . 国防工业出版社国防工业出版社国防工业出版社国防工业出版社.2005.2005.2005.2005年年年年. . . .机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院考核办法考核办法平时成绩：占平时成绩：占30％。

主要考核出勤率、课堂表现、％主要考核出勤率、课堂表现、期终考试：占期终考试：占70%，闭卷考试，闭卷考试作业和实验其中：实验课可必须参加作业和实验其中：实验课可必须参加并提交报告，否则平时成绩记并提交报告，否则平时成绩记零零分，分，并取消期终考试资格并取消期终考试资格机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院主要内容与讲课学时分配主要内容与讲课学时分配第第一一章章 绪论绪论 2学时学时第第二二章章 系统的数学模型系统的数学模型 10学时学时第第三三章章 系统的时间响应分析系统的时间响应分析 8学时学时第第四四章章 系统的频率特性分析系统的频率特性分析 6学时学时第第五五章章 系统的稳定性系统的稳定性 7学时学时 第第六六章章 系统的性能指标与校正系统的性能指标与校正 7学时学时 机机 动动 2学时学时机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院第一章第一章 绪绪 论论本章主要教学内容本章主要教学内容1.1 自动控制理论的发展脉络自动控制理论的发展脉络1.2 控制工程的研究对象和任务控制工程的研究对象和任务1.3 反馈和反馈控制反馈和反馈控制 1.4 控制系统的基本要求控制系统的基本要求1.5 基本概念和课程主要内容基本概念和课程主要内容机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院引引 言言1.古典古典（（经典经典））控制理论控制理论研究对象：单输入研究对象：单输入—单输出（单输出（SISO）、线性时不变）、线性时不变 （（LIT）系统）系统研究工具：微分方程研究工具：微分方程—时域，时域，t 传递函数传递函数— 复数域，复数域，s2. 现代控制理论现代控制理论研究对象：多输入研究对象：多输入—多输出（多输出（MIMO）、时变、非）、时变、非 线性、随机系统线性、随机系统研究工具：状态空间法研究工具：状态空间法 — 时域时域机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.1 自动控制理论的发展脉络自动控制理论的发展脉络工程界将工程界将工程控制论工程控制论称为称为自动控制理论自动控制理论.1.1.1 自动控制技术和理论的早期发展自动控制技术和理论的早期发展1.中国古代在控制技术上的实践与成就中国古代在控制技术上的实践与成就2. ● 东汉张衡东汉张衡:候风地动仪候风地动仪3. ● 1027年宋代燕肃年宋代燕肃:指南车指南车4. ● 1086-1089年苏颂和韩公廉年苏颂和韩公廉:水运仪象台水运仪象台2.工业革命以后自动控制技术和理论的发展工业革命以后自动控制技术和理论的发展 ● 17841784年年年年J.WattJ.Watt( (瓦特瓦特瓦特瓦特) ): : 蒸汽机离心调速器蒸汽机离心调速器蒸汽机离心调速器蒸汽机离心调速器 机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院● ● J.C.MaxwellJ.C.Maxwell( (麦克斯韦尔麦克斯韦尔麦克斯韦尔麦克斯韦尔) )总结出一些总结出一些总结出一些总结出一些调速器调速器调速器调速器的理的理的理的理 论论论论● 18771877英国人劳斯和德国人赫尔维茨的系统英国人劳斯和德国人赫尔维茨的系统英国人劳斯和德国人赫尔维茨的系统英国人劳斯和德国人赫尔维茨的系统稳定性稳定性稳定性稳定性 判据判据判据判据● ● 18921892年俄年俄年俄年俄· ·李亚普诺夫的李亚普诺夫的李亚普诺夫的李亚普诺夫的一般稳定性一般稳定性一般稳定性一般稳定性理论理论理论理论● ● 19321932年瑞典年瑞典年瑞典年瑞典H.NyquistH.Nyquist研制了电子管振荡器研制了电子管振荡器研制了电子管振荡器研制了电子管振荡器, , 提出提出提出提出 以传递函数为依据的以传递函数为依据的以传递函数为依据的以传递函数为依据的稳定性判别准则稳定性判别准则稳定性判别准则稳定性判别准则● ● 1930s1930s末末末末米哈依诺夫米哈依诺夫米哈依诺夫米哈依诺夫（（（（苏苏苏苏））））应用频率法的应用频率法的应用频率法的应用频率法的稳定性稳定性稳定性稳定性 判据判据判据判据（（（（柯西幅角原理柯西幅角原理柯西幅角原理柯西幅角原理））））● ● 1940s1940s伊文思伊文思伊文思伊文思（（（（美美美美））））— — 根轨迹法根轨迹法根轨迹法根轨迹法● ● 19451945年美国人伯德年美国人伯德年美国人伯德年美国人伯德（（（（H.W.BodeH.W.Bode））））的对数频率性的对数频率性的对数频率性的对数频率性 ——伯德法伯德法伯德法伯德法机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院● 第二次世界大战中，对火炮第二次世界大战中，对火炮第二次世界大战中，对火炮第二次世界大战中，对火炮﹑﹑雷达雷达雷达雷达﹑﹑战斗机等设计战斗机等设计战斗机等设计战斗机等设计 和生产需要，研究者在总结以往自动调节器和生产需要，研究者在总结以往自动调节器和生产需要，研究者在总结以往自动调节器和生产需要，研究者在总结以往自动调节器﹑﹑反馈反馈反馈反馈 放大器等控制技术的基础上，逐渐形成了放大器等控制技术的基础上，逐渐形成了放大器等控制技术的基础上，逐渐形成了放大器等控制技术的基础上，逐渐形成了调节原调节原调节原调节原 理理理理﹑﹑伺服系统理论伺服系统理论伺服系统理论伺服系统理论● ● 19471947年美国年美国年美国年美国MITMIT物理学家物理学家物理学家物理学家H.M.JamesH.M.James﹑﹑工程师工程师工程师工程师 N.B.NicholsN.B.Nichols和数学家和数学家和数学家和数学家R.S.PhilipsR.S.Philips出版了出版了出版了出版了《《《《伺服机伺服机伺服机伺服机 构原理构原理构原理构原理》》》》一书，系统总结了战时共同研究的成果，一书，系统总结了战时共同研究的成果，一书，系统总结了战时共同研究的成果，一书，系统总结了战时共同研究的成果， 从而促进了向民用工业的转移从而促进了向民用工业的转移从而促进了向民用工业的转移从而促进了向民用工业的转移. .机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3. 控制论学科建立以后自动控制理论的发展控制论学科建立以后自动控制理论的发展﹡﹡ 19401940s s：最优滤波，采样数据系统，：最优滤波，采样数据系统，：最优滤波，采样数据系统，：最优滤波，采样数据系统，控制论控制论控制论控制论的建立的建立的建立的建立﹡﹡ 1950s1950s：最大原理，动态规划，数值优化，：最大原理，动态规划，数值优化，：最大原理，动态规划，数值优化，：最大原理，动态规划，数值优化，工程控工程控工程控工程控 制论制论制论制论的建立的建立的建立的建立﹡﹡ 1960s1960s：：：：现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论的建立，阿波罗数字导航的建立，阿波罗数字导航的建立，阿波罗数字导航的建立，阿波罗数字导航 仪，飞机稳定性增量，仪，飞机稳定性增量，仪，飞机稳定性增量，仪，飞机稳定性增量，LQGLQG设计，惯性导航，微设计，惯性导航，微设计，惯性导航，微设计，惯性导航，微 处理器处理器处理器处理器﹡﹡ 1970s1970s：汽车发动机的反馈控制，飞机自动着陆：汽车发动机的反馈控制，飞机自动着陆：汽车发动机的反馈控制，飞机自动着陆：汽车发动机的反馈控制，飞机自动着陆﹡﹡ 1980s1980s：计算机辅助控制设计，内模控制：计算机辅助控制设计，内模控制：计算机辅助控制设计，内模控制：计算机辅助控制设计，内模控制﹡﹡ 1990s1990s：全球定位系统，无人驾驶飞机，高精度磁：全球定位系统，无人驾驶飞机，高精度磁：全球定位系统，无人驾驶飞机，高精度磁：全球定位系统，无人驾驶飞机，高精度磁 盘控制盘控制盘控制盘控制﹡﹡ 2000s 2000s：汽车稳定性增量系统，借助：汽车稳定性增量系统，借助：汽车稳定性增量系统，借助：汽车稳定性增量系统，借助GPSGPS的农场的农场的农场的农场 拖拉机自动操纵系统拖拉机自动操纵系统拖拉机自动操纵系统拖拉机自动操纵系统机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.1.2 控制论的建立和发展控制论的建立和发展 控制论的创立控制论的创立控制论的创立控制论的创立 19481948年年年年, MIT, MIT的数学家维纳的数学家维纳的数学家维纳的数学家维纳(N.Wienner,1894-1864)(N.Wienner,1894-1864)出版了出版了出版了出版了《《《《Cybernetics:orCybernetics:or Control and Control and Communication in the Animal and the Communication in the Animal and the Machine Machine》》》》一书，把一书，把一书，把一书，把“ “控制论控制论控制论控制论” ”( (CyberneticsCybernetics) )定定定定义为义为义为义为“ “关于机器和生物的通讯和控制的科学关于机器和生物的通讯和控制的科学关于机器和生物的通讯和控制的科学关于机器和生物的通讯和控制的科学” ”，宣，宣，宣，宣告告告告控制论控制论控制论控制论的诞生的诞生的诞生的诞生. .控制论控制论生物控制论生物控制论工程控制论工程控制论经济控制论经济控制论社会控制论社会控制论机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院生物控制论生物控制论 19541954年英国生物学家艾比什的年英国生物学家艾比什的年英国生物学家艾比什的年英国生物学家艾比什的《《《《大脑设计大脑设计大脑设计大脑设计》》》》为为为为代表作。

生物控制论用控制论的观点和方法，从信代表作生物控制论用控制论的观点和方法，从信代表作生物控制论用控制论的观点和方法，从信代表作生物控制论用控制论的观点和方法，从信息和反馈的角度去研究生物机体内各种生理调节系息和反馈的角度去研究生物机体内各种生理调节系息和反馈的角度去研究生物机体内各种生理调节系息和反馈的角度去研究生物机体内各种生理调节系统尤其是神经系统的控制机理统尤其是神经系统的控制机理统尤其是神经系统的控制机理统尤其是神经系统的控制机理 延伸发展：仿生学，人工智能，神经网络理论延伸发展：仿生学，人工智能，神经网络理论延伸发展：仿生学，人工智能，神经网络理论延伸发展：仿生学，人工智能，神经网络理论机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院工程控制论工程控制论—自动控制理论自动控制理论 19541954年年年年钱学森钱学森钱学森钱学森的英文著作的英文著作的英文著作的英文著作《《《《工程控制论工程控制论工程控制论工程控制论》》》》一书是这一学一书是这一学一书是这一学一书是这一学科的奠基性著作科的奠基性著作科的奠基性著作科的奠基性著作. . . . 工程控制论工程控制论工程控制论工程控制论是在控制论的基本概念和方法是在控制论的基本概念和方法是在控制论的基本概念和方法是在控制论的基本概念和方法以及伯德的反馈放大理论以及伯德的反馈放大理论以及伯德的反馈放大理论以及伯德的反馈放大理论﹑﹑﹑﹑奈奈奈奈奎斯特的伺服机器的理论基础奎斯特的伺服机器的理论基础奎斯特的伺服机器的理论基础奎斯特的伺服机器的理论基础上产生的上产生的上产生的上产生的. . . .经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论现代控制理论机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 经典控制理论经典控制理论经典控制理论经典控制理论 截至截至截至截至1950s1950s的工程控制论，以自动调节为基础，的工程控制论，以自动调节为基础，的工程控制论，以自动调节为基础，的工程控制论，以自动调节为基础，主要处理单输入单输出的线性自动调节系统，采用建主要处理单输入单输出的线性自动调节系统，采用建主要处理单输入单输出的线性自动调节系统，采用建主要处理单输入单输出的线性自动调节系统，采用建立在传递函数或频率特性上的动态系统分析和综合方立在传递函数或频率特性上的动态系统分析和综合方立在传递函数或频率特性上的动态系统分析和综合方立在传递函数或频率特性上的动态系统分析和综合方法。

截至今日，经典控制理论在控制工程中应用仍然法截至今日，经典控制理论在控制工程中应用仍然法截至今日，经典控制理论在控制工程中应用仍然法截至今日，经典控制理论在控制工程中应用仍然十分广泛，也是所有控制课程的基础十分广泛，也是所有控制课程的基础十分广泛，也是所有控制课程的基础十分广泛，也是所有控制课程的基础. . ● ● 以以以以LTILTI（（（（Linear Time InvariantLinear Time Invariant）系统为研究对）系统为研究对）系统为研究对）系统为研究对 象象象象 ● ● 以以以以输入输入输入输入/ /输出输出输出输出模型为工具模型为工具模型为工具模型为工具 ● ● 以以以以RouthRouth判据判据判据判据和和和和根轨迹根轨迹根轨迹根轨迹（时域法）、（时域法）、（时域法）、（时域法）、NyuistNyuist图图图图和和和和 BodeBode图图图图（频域法）为分析和设计方法（频域法）为分析和设计方法（频域法）为分析和设计方法（频域法）为分析和设计方法机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 经典控制理论经典控制理论 经典名著经典名著经典名著经典名著Ed.S.Smith:Ed.S.Smith:《《《《AutomaticAutomatic CongtrolCongtrol Engineering Engineering》》》》 (1942) (1942)H.W.Bode:H.W.Bode:《《《《NetworkNetwork Analysis and Feedback Analysis and Feedback Amplifier Amplifier》》》》(1945)(1945)H.M.JameH.M.Jame and and R.S.Phillips:R.S.Phillips:《《《《TheoryTheory of Servo- of Servo- mechanisms mechanisms》》》》(1947)(1947)H.S.TsienH.S.Tsien( (钱学森钱学森钱学森钱学森): ):《《《《Engineering CyberneticsEngineering Cybernetics》》》》 (1954 (1954) )机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 现代控制理论现代控制理论 19601960年代以后，由于导弹年代以后，由于导弹年代以后，由于导弹年代以后，由于导弹﹑﹑航天技术和空间技航天技术和空间技航天技术和空间技航天技术和空间技术发展的需要和计算机的出现，以时域法为主的多术发展的需要和计算机的出现，以时域法为主的多术发展的需要和计算机的出现，以时域法为主的多术发展的需要和计算机的出现，以时域法为主的多输入多输出的多变量系统的研究得以迅猛发展。

它输入多输出的多变量系统的研究得以迅猛发展它输入多输出的多变量系统的研究得以迅猛发展它输入多输出的多变量系统的研究得以迅猛发展它使用状态空间法和微分方程组，以计算机作为技术使用状态空间法和微分方程组，以计算机作为技术使用状态空间法和微分方程组，以计算机作为技术使用状态空间法和微分方程组，以计算机作为技术手段，并发展了最优控制理论七十年代的大系统手段，并发展了最优控制理论七十年代的大系统手段，并发展了最优控制理论七十年代的大系统手段，并发展了最优控制理论七十年代的大系统理论是控制论向广度的发展，是综合自动化的理论理论是控制论向广度的发展，是综合自动化的理论理论是控制论向广度的发展，是综合自动化的理论理论是控制论向广度的发展，是综合自动化的理论基础 重要成就重要成就重要成就重要成就● ● 19571957年美国数学家年美国数学家年美国数学家年美国数学家R.BellmanR.Bellman提出的动态规划提出的动态规划提出的动态规划提出的动态规划 (Dynamic (Dynamic ProgranmmingProgranmming) ) 机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院● 1958年前苏联数学家年前苏联数学家L.S.Pontryagin提出的求解控提出的求解控 制受约束的极大值原理制受约束的极大值原理(Maximum Principle)● 1960年美籍匈牙利科学家年美籍匈牙利科学家R.E.Kalman引入状态空引入状态空 间描述模型、能控性、能观性、最佳滤波、间描述模型、能控性、能观性、最佳滤波、 Lyapunov稳定性等概念和方法，奠定了稳定性等概念和方法，奠定了现代控制现代控制 理论理论的基础的基础● 1967年，瑞典学者年，瑞典学者K.J.Astrom提出最小二乘辨提出最小二乘辨 识算法，解决了识算法，解决了LTI系统参数估计和定阶问题；系统参数估计和定阶问题； 1973年，他又提出自校正调节器，将现代控制理论年，他又提出自校正调节器，将现代控制理论 和方法成功地应用于工业生产过程和方法成功地应用于工业生产过程机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院● 1979年，加拿大学者年，加拿大学者G.Zames从早期的频域控制从早期的频域控制 理论中借鉴了一些关键思想，基于严格的现代数理论中借鉴了一些关键思想，基于严格的现代数 学理论，提出求解最佳扰动抑制问题的学理论，提出求解最佳扰动抑制问题的 优化优化 控制理论控制理论 – 鲁棒控制鲁棒控制，解决模型不确定性问题。

解决模型不确定性问题● 1976年，美国学者年，美国学者R.Brockett提出用微分几何研提出用微分几何研 究非线性控制系统的方法，经过意大利学者究非线性控制系统的方法，经过意大利学者 A.Isidori等人的完善和发展，至等人的完善和发展，至1980年代中期，年代中期， 建立了较为完整的非线性控制理论体系至此，建立了较为完整的非线性控制理论体系至此， 以以多变量、非线性、时变和随机多变量、非线性、时变和随机系统系统为研究对为研究对 象，以象，以状态空间法状态空间法为主要分析和设计工具的现代为主要分析和设计工具的现代 控制理论体系基本构建完毕控制理论体系基本构建完毕机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院● 1970年代中期以来，基于模糊逻辑（源于年代中期以来，基于模糊逻辑（源于 L.Zadah在在1965年提出的模糊数学理论年提出的模糊数学理论）、神经）、神经 元网络模型和遗传算法等智能控制方法得到充分元网络模型和遗传算法等智能控制方法得到充分 研究并取得成效。

研究并取得成效1983年，哈佛大学的华裔学者年，哈佛大学的华裔学者 Y.C.Ho等还提出了离散事件系统控制理论等还提出了离散事件系统控制理论.经济控制论经济控制论社会控制论社会控制论机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.1.3 1.1.3 控制论与信息论控制论与信息论控制论与信息论控制论与信息论﹑﹑系统论系统论系统论系统论1 1 信息论信息论信息论信息论— — 19481948年，美国应用数学家年，美国应用数学家年，美国应用数学家年，美国应用数学家申农申农申农申农 （（（（C.E.Shannon,1916-C.E.Shannon,1916-））））发表了发表了发表了发表了《《《《通信的数学理通信的数学理通信的数学理通信的数学理 论论论论》》》》 , , 宣告了信息论的诞生信息论主要研究信宣告了信息论的诞生信息论主要研究信宣告了信息论的诞生信息论主要研究信宣告了信息论的诞生信息论主要研究信 息的传输和变换问题息的传输和变换问题息的传输和变换问题。

息的传输和变换问题2 2 系统论系统论系统论系统论——19401940s s年代以来年代以来年代以来年代以来，，，，系统论与信息论和控系统论与信息论和控系统论与信息论和控系统论与信息论和控 制论一起蓬勃发展制论一起蓬勃发展制论一起蓬勃发展制论一起蓬勃发展，，，， 它按两条线发展：它按两条线发展：它按两条线发展：它按两条线发展： 1 1））））系统工程系统工程系统工程系统工程—— ﹡﹡泰勒的科学管理方法泰勒的科学管理方法泰勒的科学管理方法泰勒的科学管理方法 ﹡﹡贝尔公司的系统工程方法贝尔公司的系统工程方法贝尔公司的系统工程方法贝尔公司的系统工程方法 ﹡﹡运筹学的产生与发展运筹学的产生与发展运筹学的产生与发展运筹学的产生与发展 机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院﹡﹡﹡﹡19561956年年年年, , , , 杜邦与兰德公司研究出杜邦与兰德公司研究出杜邦与兰德公司研究出杜邦与兰德公司研究出““““关键路线法关键路线法关键路线法关键路线法””””, , , , 一年后美国海军将其发展为一年后美国海军将其发展为一年后美国海军将其发展为一年后美国海军将其发展为““““计划评价技术计划评价技术计划评价技术计划评价技术”””” ( ( ( (PERTPERT) ) ) )﹡﹡﹡﹡19601960年代后期开始，系统工程的应用从年代后期开始，系统工程的应用从年代后期开始，系统工程的应用从年代后期开始，系统工程的应用从工程工程工程工程系统系统系统系统 推广发展到推广发展到推广发展到推广发展到经济经济经济经济系统和系统和系统和系统和社会社会社会社会系统系统系统系统2)2) 一般系统论一般系统论一般系统论一般系统论﹡﹡ 出生于奥地利的美国生物学家贝塔朗菲创立的一出生于奥地利的美国生物学家贝塔朗菲创立的一出生于奥地利的美国生物学家贝塔朗菲创立的一出生于奥地利的美国生物学家贝塔朗菲创立的一 门逻辑和数学领域的科学。

门逻辑和数学领域的科学门逻辑和数学领域的科学门逻辑和数学领域的科学19481948年出版了年出版了年出版了年出版了《《《《生命生命生命生命 问题问题问题问题》》》》一书，概括论述了一般系统论一书，概括论述了一般系统论一书，概括论述了一般系统论一书，概括论述了一般系统论, , 描述了系描述了系描述了系描述了系 统思想在哲学史上的发展，标志一般系统论的问统思想在哲学史上的发展，标志一般系统论的问统思想在哲学史上的发展，标志一般系统论的问统思想在哲学史上的发展，标志一般系统论的问 世：不论系统种类世：不论系统种类世：不论系统种类世：不论系统种类﹑﹑组成部分的性质及关系有何组成部分的性质及关系有何组成部分的性质及关系有何组成部分的性质及关系有何 机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院不同，存在着适用于一般化系统或子系统的模式；不同，存在着适用于一般化系统或子系统的模式；不同，存在着适用于一般化系统或子系统的模式；不同，存在着适用于一般化系统或子系统的模式；提出了系统论和机体论极类似的基本原则，即整体提出了系统论和机体论极类似的基本原则，即整体提出了系统论和机体论极类似的基本原则，即整体提出了系统论和机体论极类似的基本原则，即整体性原则性原则性原则性原则﹑﹑相互联系的原则相互联系的原则相互联系的原则相互联系的原则﹑﹑有序性原则和动态原有序性原则和动态原有序性原则和动态原有序性原则和动态原则，强调系统的开放性。

则，强调系统的开放性则，强调系统的开放性则，强调系统的开放性 19721972年发表年发表年发表年发表《《《《一般系统论的历史和现状一般系统论的历史和现状一般系统论的历史和现状一般系统论的历史和现状》》》》，对，对，对，对一般系统论重新加以定义，认为它是一种新的科学一般系统论重新加以定义，认为它是一种新的科学一般系统论重新加以定义，认为它是一种新的科学一般系统论重新加以定义，认为它是一种新的科学规范，应该包括：规范，应该包括：规范，应该包括：规范，应该包括： a. a. 关于关于关于关于“ “系统系统系统系统” ”的科学和数学系统；的科学和数学系统；的科学和数学系统；的科学和数学系统； b. b. 系统技术，包括系统工程及其应用；系统技术，包括系统工程及其应用；系统技术，包括系统工程及其应用；系统技术，包括系统工程及其应用； c. c. 系统哲学系统哲学系统哲学系统哲学机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3 3 控制论控制论控制论控制论﹑﹑信息论和系统论的关系信息论和系统论的关系信息论和系统论的关系信息论和系统论的关系 ﹡﹡ 从不同的侧面处理同一个问题从不同的侧面处理同一个问题从不同的侧面处理同一个问题从不同的侧面处理同一个问题——系统中的信息问系统中的信息问系统中的信息问系统中的信息问 题：历史背景相似，产生年份相同，而且有类似题：历史背景相似，产生年份相同，而且有类似题：历史背景相似，产生年份相同，而且有类似题：历史背景相似，产生年份相同，而且有类似 的发展过程，有共同的术语和对象的发展过程，有共同的术语和对象的发展过程，有共同的术语和对象的发展过程，有共同的术语和对象 ﹡﹡ 结合更加紧密，一般认为控制论和系统论正在成结合更加紧密，一般认为控制论和系统论正在成结合更加紧密，一般认为控制论和系统论正在成结合更加紧密，一般认为控制论和系统论正在成 为同一门科学为同一门科学为同一门科学为同一门科学﹡﹡19651965年美国数学家查德（年美国数学家查德（年美国数学家查德（年美国数学家查德（L.A.ZadehL.A.Zadeh, 1921-) , 1921-) 提出提出提出提出 了模糊集（了模糊集（了模糊集（了模糊集（fuzzy setsfuzzy sets）概念，奠定了模糊理论的）概念，奠定了模糊理论的）概念，奠定了模糊理论的）概念，奠定了模糊理论的 基础，为研究一般系统论的原理和方法提供了新的基础，为研究一般系统论的原理和方法提供了新的基础，为研究一般系统论的原理和方法提供了新的基础，为研究一般系统论的原理和方法提供了新的 有力工具。

有力工具有力工具有力工具机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院4 4 控制论控制论控制论控制论﹑﹑信息论和系统论的重大意义信息论和系统论的重大意义信息论和系统论的重大意义信息论和系统论的重大意义 ﹡﹡ “ “三论三论三论三论” ”不仅是重要的具有现实意义的学科，而不仅是重要的具有现实意义的学科，而不仅是重要的具有现实意义的学科，而不仅是重要的具有现实意义的学科，而且且且且 是卓越的方法论，是对牛顿机械唯物论的超越是卓越的方法论，是对牛顿机械唯物论的超越是卓越的方法论，是对牛顿机械唯物论的超越是卓越的方法论，是对牛顿机械唯物论的超越 ﹡﹡用统计的观点来说明通信和控制问题，可以处理用统计的观点来说明通信和控制问题，可以处理用统计的观点来说明通信和控制问题，可以处理用统计的观点来说明通信和控制问题，可以处理 现实世界随机性现实世界随机性现实世界随机性现实世界随机性﹑﹑更复杂性的问题，因而更具有更复杂性的问题，因而更具有更复杂性的问题，因而更具有更复杂性的问题，因而更具有 一般性一般性一般性一般性机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 控制系统的研究对象和任务控制系统的研究对象和任务1.2.1 系统与控制系统与控制1 系统：由相互系统：由相互联系联系和和制约制约的的环节环节组成的具有组成的具有特定特定 功能功能的的整体。

整体系统系统工程系统：机械、电气、机电、工程系统：机械、电气、机电、 热力、化工等热力、化工等非工程系统：经济、社会、管理、非工程系统：经济、社会、管理、 交通、生态等交通、生态等机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院2 控制与自动控制控制与自动控制 在许多过程或设备在许多过程或设备（（系统系统））运行中，为了保证正运行中，为了保证正常的工作条件，往往需要对某些物理量（如温常的工作条件，往往需要对某些物理量（如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等）进度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等）进行调节，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按行调节，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化要满足这种需要，就应该对设备进一定规律变化要满足这种需要，就应该对设备进行及时的操作，这种操作称为行及时的操作，这种操作称为控制控制用人工操作称用人工操作称为人工控制，用自动装置来完成称为为人工控制，用自动装置来完成称为自动控制自动控制。

输入输入输出输出系统系统机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 汽车定速巡航控制系统汽车定速巡航控制系统(Cruse Control System).ECU：：ElectronicControl Unita））人工控制人工控制b））自动控制自动控制机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院控制系统的基本术语控制系统的基本术语被控量被控量（（Controlled Variable，输出量）：，输出量）：--车速车速控制量控制量（（Controlling Variable）：）： --节气门开度节气门开度对象对象（（Plant）：被控物体（设备））：被控物体（设备） --汽车发动机汽车发动机过程过程（（Process）：被控物体的运行状态）：被控物体的运行状态控制控制（（Control）：为了改善系统的性能或达到特定）：为了改善系统的性能或达到特定 的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统的目的，通过信息的采集和加工而施加到系统 的作用的作用参考值参考值（（Reference）：指令值或设定值）：指令值或设定值扰动扰动（（Disturbance）：内扰（参数变化）和外扰）：内扰（参数变化）和外扰信息信息（（Information）：信号中所包含的内容）：信号中所包含的内容机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院反馈反馈/反馈控制反馈控制（（Feedback/feedback control））反馈控制系统反馈控制系统（（Feedback Control System））调节调节（（Regulation）：通过反馈信号自动调节改变偏）：通过反馈信号自动调节改变偏 差进而使输出保持在给定的范围内差进而使输出保持在给定的范围内开环控制开环控制（（Open-Loop Control））前馈控制前馈控制（（Feedfoward））1.2.2 自动控制理论的研究对象和任务自动控制理论的研究对象和任务 主要研究工程系统中主要研究工程系统中广义的系统动力学广义的系统动力学问题。

问题即在外界即在外界输入输入作用下，系统从一定的作用下，系统从一定的初始初始条件（状条件（状态）出发，所经历的整个态）出发，所经历的整个动态动态过程，亦即系统与输过程，亦即系统与输入、输出之间的关系入、输出之间的关系机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院例例1 质量质量-阻尼阻尼-弹簧系统弹簧系统.以位移以位移y(t)为输出，以外力为输出，以外力 f(t)为输入为输入. 列出系统的动力学方程列出系统的动力学方程.m·y(t)f(t)ck图图1-11-1阻尼力阻尼力弹性力弹性力 小车的运动方程小车的运动方程：：，，(1)系统的系统的输出响应输出响应y(t)取决于取决于:1)输入输入信号；信号； 2)系统系统结构参数结构参数；；3)初始初始条件；条件； 4)输入与系统的关系输入与系统的关系.机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院my(t)图图1-21-2ckx(t)例例2 质量质量- -阻尼阻尼- -弹簧系统弹簧系统. . 以位移以位移 为输入为输入, ,求小求小 车的位移车的位移 . .【【解解】】(2)小车运动方程：小车运动方程：机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院系统、输入、输出三者之间的关系系统、输入、输出三者之间的关系1. 已知系统、输入、求输出（响应）已知系统、输入、求输出（响应）—系统分析系统分析2. 已知系统，根据尽可能优化的输出，求输入已知系统，根据尽可能优化的输出，求输入--最优最优控制控制 3.已知输入，根据最优输出来设计系统已知输入，根据最优输出来设计系统—最优设计最优设计4. 已知输出，确定系统，识别输入中的信息已知输出，确定系统，识别输入中的信息——滤波与滤波与（预）测量（预）测量5. 已知输入、输出，求系统的数学模型，并估计参数已知输入、输出，求系统的数学模型，并估计参数----系统辨识和参数估计系统辨识和参数估计 机械工程控制的任务：机械工程控制的任务：运用古典控制理论进行控制系运用古典控制理论进行控制系统统建模建模、、分析分析和和综合综合（（设计设计），重点是），重点是系统分析系统分析。

机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2.3 控制系统的分类控制系统的分类1 按反馈分按反馈分1) 开环控制系统：开环控制系统：输出和输入之间无反馈，输出对输出和输入之间无反馈，输出对 系统的控制作用无影响系统的控制作用无影响 特点特点：结构简单，不产生振荡，但控制：结构简单，不产生振荡，但控制 精度不高，抗干扰能力差精度不高，抗干扰能力差2) 闭环控制系统：闭环控制系统：输入、输出之间有反馈，输出对输入、输出之间有反馈，输出对 控制作用有影响，反馈的作用就控制作用有影响，反馈的作用就 是减小偏差是减小偏差 特点特点：精度高，抗干扰能力强，易产生：精度高，抗干扰能力强，易产生 振荡。

振荡机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院2 按输出变化规律来分按输出变化规律来分1) 自动调节系统自动调节系统：在外界干扰存在情况下，输出基本：在外界干扰存在情况下，输出基本 恒定（给定输入信号为恒值）如恒定（给定输入信号为恒值）如恒温恒温、、 恒压恒压、、恒速控制系统恒速控制系统等2) 随动系统随动系统：输出在宽范围内跟随输入任意变化：输出在宽范围内跟随输入任意变化 （给定输入信号是预先未知的时间函数）给定输入信号是预先未知的时间函数） 如如自动火炮跟踪目标的控制系统等自动火炮跟踪目标的控制系统等 3) 程序控制系统程序控制系统：输出量按预先程序变化（给定输：输出量按预先程序变化（给定输 入信号是已知的时间函数）入信号是已知的时间函数）机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3 按控制方式来分按控制方式来分 1). 连续控制系统连续控制系统：各环节输入和输出信号均为连续：各环节输入和输出信号均为连续 信号信号.2). 离散控制系统离散控制系统：系统中有一处或数处的信号是离：系统中有一处或数处的信号是离 散的（脉冲序列或数字信号）散的（脉冲序列或数字信号）.机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.3.1 自动控制系统的构成自动控制系统的构成1 测量单元测量单元（（Sensing Unit）） 用于检测被控量大小的各种传感器（如速度、用于检测被控量大小的各种传感器（如速度、 位置、流量、压力、电流、温度等，给出系统位置、流量、压力、电流、温度等，给出系统 反馈信号。

反馈信号1.3 反馈和反馈控制反馈和反馈控制机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3 执行器执行器（（Actuator））对控制命令进行功率放大，推动被控对象，如电磁对控制命令进行功率放大，推动被控对象，如电磁阀、节气门、控制电动机、液压缸、气压缸阀、节气门、控制电动机、液压缸、气压缸提供参考指令，接受传感器的反馈信号，计算给定提供参考指令，接受传感器的反馈信号，计算给定值与反馈信号之间的偏差，通过进行存储、计算和值与反馈信号之间的偏差，通过进行存储、计算和分析处理后向执行器发出指令，完成系统的控制功分析处理后向执行器发出指令，完成系统的控制功能2 控制单元控制单元（（control Unit））机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.3.2 反馈与反馈控制反馈与反馈控制输入输入x xi i输出输出x xo oG G▪图图1-31-31. 反馈反馈 反馈是自动控制系统的要素扰动引起的不确定反馈是自动控制系统的要素。

扰动引起的不确定性是采用反馈控制系统的主要原因之一即使不知道性是采用反馈控制系统的主要原因之一即使不知道系统准确的工作状态，通过测量系统的输出量和参考系统准确的工作状态，通过测量系统的输出量和参考量相比较，调整可用的控制变量，就能够使系统恢复量相比较，调整可用的控制变量，就能够使系统恢复到正常的工作状态到正常的工作状态 反馈分为反馈分为正反馈正反馈和和负反馈负反馈机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院2. 反馈控制反馈控制 测量、计算测量、计算和和执行执行环节构成的反馈回路是自动控制环节构成的反馈回路是自动控制的基本结构的基本结构控制器控制器通过参考输入值和和系统输出值通过参考输入值和和系统输出值计算出校正值，并作用于被控系统使其产生期望的变计算出校正值，并作用于被控系统使其产生期望的变化控制的关键是采用反馈方法消除或减少系统的化控制的关键是采用反馈方法消除或减少系统的不不确定性确定性不确定性不确定性包括：传感器的测量噪声、系统负包括：传感器的测量噪声、系统负载扰动、系统本身的不确定性（参数变化、模型简化载扰动、系统本身的不确定性（参数变化、模型简化引起的误差）。

引起的误差） 反馈控制反馈控制可以使互联系统的可以使互联系统的整体性整体性高于高于子系统子系统当系统存在不确定性时，反馈控制将提供高性能、高可系统存在不确定性时，反馈控制将提供高性能、高可靠性及可重复的工作状态例如电子系统利用反馈机靠性及可重复的工作状态例如电子系统利用反馈机制制补偿补偿元件或参数的变化元件或参数的变化机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院比较得温度偏差比较得温度偏差 的大小2））与给定温度与给定温度 （期望的）（期望的）3 反馈控制实例反馈控制实例电阻丝电阻丝温度计温度计恒温箱恒温箱调压器调压器-220V-220V图图1-41-4a. 人工恒温调节系统人工恒温调节系统1））目测温度计温度目测温度计温度 （实际的）（实际的）（（1））自动恒温自动恒温调节系统调节系统机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3）根据）根据ΔT的大小和方向，调节调压器，控制供电的大小和方向，调节调压器，控制供电 电压，最终实现温度控制。

电压，最终实现温度控制ΔT<0 ΔT<0 T TI I0 ΔT>0 TI>TO>TO 增大增大电压电压 T0↑T0↑ 因此，人工程制的过程就是测量因此，人工程制的过程就是测量→求偏差求偏差→再再控制以纠正偏差的过程（使控制以纠正偏差的过程（使ΔT=0），简言之，即），简言之，即为为“检测偏差并用以纠正偏差检测偏差并用以纠正偏差”的过程机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院热电偶热电偶调压器调压器-220V-220V> >> >减减速速器器执行执行电机电机功率功率放大器放大器电压电压放大器放大器ΔuΔuu u1 1u u2 2b. 自动恒温调节系统自动恒温调节系统恒温箱的温度由给定电压信号恒温箱的温度由给定电压信号u1控制控制机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院自动调节过程：自动调节过程：1）温度信号）温度信号u1 电压信号电压信号u22）比较：）比较：  = u1-u2，， 为偏差信号为偏差信号3）控制：）控制： 经放大后，驱动执行电机，调节调节器，经放大后，驱动执行电机，调节调节器，控制供电电压，最终控制温度。

控制供电电压，最终控制温度因此，人工控制与自动控制恒温控制系统因此，人工控制与自动控制恒温控制系统均为均为反馈控制反馈控制，都要检测偏差并用以纠正偏差，在自动，都要检测偏差并用以纠正偏差，在自动控制系统中，这一偏差是通过反馈来建立的控制系统中，这一偏差是通过反馈来建立的机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院结定结定x xi i= =u u1 1εε放放 大大u ua a电电 机机减速器减速器调压器调压器被控被控对象对象x x0 0温温度度测量环节测量环节热热 电电 偶偶x xb b= =u u2 2结定结定环节环节比较比较环节环节放大及运算环节放大及运算环节执行执行环节环节图图1-61-6职能方框图职能方框图机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院: 表示比较元件表示比较元件→：表示作用方向：表示作用方向 负反馈负反馈 正反馈正反馈典型的典型的闭环反馈控制闭环反馈控制系统由以下环节组成：系统由以下环节组成：给定给定环节环节执行执行环节环节测量测量环节环节被控被控对象对象比较比较环节环节放大运算放大运算环节环节机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院（（2）速度控制系统）速度控制系统发动机的瓦特式速发动机的瓦特式速度调节器：允许进度调节器：允许进入到发动机的燃料入到发动机的燃料的数量，根据希望的数量，根据希望的发动机速度与实的发动机速度与实际的发动机数量之际的发动机数量之差进行调整。

差进行调整被控对象被控对象—发动机发动机被控量被控量—发动机的发动机的速度速度图图1-7 发动机速度控制系统发动机速度控制系统机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院（（3）汽车客舱温度控制系统）汽车客舱温度控制系统—反馈与前馈控制反馈与前馈控制工作原理工作原理：要求的：要求的温度被转变为电信温度被转变为电信号，作为输入量；号，作为输入量；客舱的实际温度作客舱的实际温度作为被控量，并且被为被控量，并且被反馈到控制器与输反馈到控制器与输入量进行比较入量进行比较 –反反馈控制馈控制 当汽车行使时，当汽车行使时，周围环境的温度和周围环境的温度和太阳辐射的热量都太阳辐射的热量都不时恒定的，因此不时恒定的，因此可被看成扰动量可被看成扰动量它们都被引入控制它们都被引入控制器器 – 前馈控制前馈控制图图1-8 汽车客舱的温度控制系统汽车客舱的温度控制系统机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院（（4）业务运作系统的反馈控制）业务运作系统的反馈控制机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.4 控制系统的基本要求控制系统的基本要求1．．稳定性稳定性：恢复和保持系统平衡状态能力。

恢复和保持系统平衡状态能力2．．快速性快速性：当系统输出量与给定输入量相应的：当系统输出量与给定输入量相应的稳态输出量之间产生偏差时，消除稳态输出量之间产生偏差时，消除这种偏差的快慢程度这种偏差的快慢程度3．．准确性准确性：调整过程结束后，：调整过程结束后， 实际输出量与给实际输出量与给定输入量相对应的稳态输出量之间定输入量相对应的稳态输出量之间的偏差又称静态精度又称静态精度※※4. 鲁棒性鲁棒性（（Robustness））机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.5 基本概念和课程主要内容基本概念和课程主要内容1.5.1 自动控制理论的基本概念自动控制理论的基本概念控制是一门工程科学，与自然科学不同，其目的控制是一门工程科学，与自然科学不同，其目的在于理解和发展造福人类的新系统，如交通系统在于理解和发展造福人类的新系统，如交通系统和通信系统工程科学的重要成果是发现了能够和通信系统工程科学的重要成果是发现了能够作为分析和设计复杂系统的作为分析和设计复杂系统的反馈控制理论反馈控制理论自动控制理论提供了分析和设计控制系统的自动控制理论提供了分析和设计控制系统的原原理、方法理、方法和和工具工具，使系统可以自动地适应环境，，使系统可以自动地适应环境，并保持期望的性能。

并保持期望的性能机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院控制理论的控制理论的四个重要概念四个重要概念1 动态动态实际系统一般具有惯性，即系统的输出量总是滞后实际系统一般具有惯性，即系统的输出量总是滞后于输入量的变化在变化输入量的作用下，系统的于输入量的变化在变化输入量的作用下，系统的输出变量有初始状态达到最终稳态的变化过程，成输出变量有初始状态达到最终稳态的变化过程，成为为动态动态过程动态过程结束以后的输出响应称为过程动态过程结束以后的输出响应称为稳稳态态响应2 模型模型模型是动态系统分析和设计的基础依据独特的模型是动态系统分析和设计的基础依据独特的输输入入/输出输出建模方法，以新的角度考察系统行为建模方法，以新的角度考察系统行为机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院3 互联互联将复杂的系统分解成简单的系统（若干个典型的将复杂的系统分解成简单的系统（若干个典型的单元），然后相互连接起来，可以简化计算系单元），然后相互连接起来，可以简化计算。

系统的特性不仅取决于各基本单元的统的特性不仅取决于各基本单元的动态动态特性，也特性，也与这些单元的与这些单元的互联互联结构密切相关结构密切相关4 不确定性不确定性不确定性是控制理论的最显著特征当系统存在不确定性是控制理论的最显著特征当系统存在干扰和参数不确定性因素时，应用传统的动力学干扰和参数不确定性因素时，应用传统的动力学和动态系统理论是难以解决的而基于和动态系统理论是难以解决的而基于反馈反馈原原理，控制理论为解决系统的理，控制理论为解决系统的不确定性不确定性问题提供了问题提供了基本方法基本方法机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.5.2 课程主要内容课程主要内容输入输入输出输出系统系统系统的系统的建模建模 / 互联互联动态特性分析动态特性分析--系统的稳定性系统的稳定性--响应的快速性响应的快速性--响应的准确性响应的准确性时间响应时间响应误差分析误差分析频率特性频率特性稳定性稳定性改善系统性能的设计（校正）方法改善系统性能的设计（校正）方法机械工程控制基础机械工程控制基础第一章绪论第一章绪论第一章第一章 绪绪 论论中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院带料马达马达放大器测量元件TTGPL角位移练习题练习题如图表示一个张力控如图表示一个张力控制系统，当送料速度制系统，当送料速度在短时间内突然变化在短时间内突然变化时，试说明控制系统时，试说明控制系统的工作原理。