绪论机械工程控制基础.ppt

第一章 绪论,控制实例,控制实例,控制三要素：施控者、被控对象、控制目标,控制实质：,控制理论体系：经典控制理论、现代控制理论,第一节 机械工程控制论研究的对象与任务,机械工程控制论研究机械工程中广义系统的动力学问题。,研究的对象：,研究的任务：,研究的领域：,机械工程领域,（b）,（a）,同一系统，不同的输入,（a）,（b）,整理得：,（a）解：,（b）解：,求输出,求输入,求系统（结构参数）,定常线性系统,1.系统由相互联系、相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 系统及其模型,元素,元素之间的联系,系统具有如下特性：(1)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；(2)系统的内容比组成系统的各要素的内容要丰富得多、复杂得多。,如下面的 m-k系统。,图1.2.1 m-k简单系统,此系统由两个元件:质块与弹簧组成 m质块的质量；k弹簧的刚度.,对弹簧 由虎克定律,孤立考虑：对质块 由牛顿第二定律,对二者组成的系统 系统的动力学方程为,系统在外力作用下，从初始位移y0或初始速度 开始作“简谐振动”。分别研究两个元件，无论如何得不出这一结论。,当研究某台机床切削加工过程中的动力学问题时，当研究此台机床加工的工件的某些质量指标时，当研究此台机床的操作者在加工过程中的作用时，,如：,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，由机械元件组成的系统，称为机械系统。,切削加工过程,工件,操作者,2.广义系统,比如：,、,、,、,。,3.模型,模型研究、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，用来表达系统内部各部分之间或系统与外部环境之间的关系。,模型分为：,数学表达式,静态模型动态模型,反映系统在恒定载荷或缓变载荷作用下或在平衡 状态下的特性；用代数公式描述。,反映系统在瞬变载荷作用下或在不平衡状态 下的特性；用微分方程（差分方程）描述。,机器与隔振垫系统：,数学模型示例：,一台机器放在隔振垫上,将机器简化为一刚性质块，设其质量为m；隔振垫近似看为一弹簧和阻尼的作用，弹性系数为k，阻尼系数为c。,图 机器与隔振垫系统简化模型,F(t)作用在质块上的外力 N(t)隔振垫的支反力x(t)质块铅垂方向的振动位移 y(t)地基振动位移,系统的数学模型如下：,(1)以F(t)输入，x(t)输出,系统的数学模型如下：,(2)以y(t)输入，x(t)输出,反馈系统的输出部分或全部地被反过来用于控制 系统的输入。,第三节 反馈,控制的实质,一、反馈的定义、分类,在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈。,内反馈：,外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入 的反馈（依靠外部反馈控制装置）。,外反馈控制系统举例,附加的反馈控制装置,被控对象,油门,反馈控制方框图,内反馈控制系统举例,依靠系统内部各个元素（m、c、k）之间信息交互。,外力作用f(t),作出响应y(t),部分反馈 全闭环反馈,全闭环反馈,部分闭环反馈,正反馈：,如：自激振荡器、机器疲劳破坏,加大偏差,机床伺服系统,如：,检测偏差，并纠正偏差。,负反馈控制方框图,机床伺服控制系统,负反馈举例,负反馈控制原理图,第四节 系统的分类及对控制系统的要求,步进电机驱动的数控机床原理图,步进电机驱动的数控机床开环控制系统方框图,、,、,伺服驱动的数控机床原理图,伺服驱动的数控机床闭环控制系统方框图,一个典型的闭环控制系统由：控制部分和被控部分组成。,控制部分由以下环节组成：,闭环控制系统的组成,给定环节：给出输入信号（给定值）的环节。测量环节：用于测量被控量（输出量），并转换为便于传送的物理量（一般为电量）。比较环节：比较输入信号与反馈信号，并输出偏差信号的环节。放大及运算环节：对偏差信号进行校正、功率放大的环节。执行环节：接收放大环节送来的信号，直接驱动被控对象按预期规律运行。,输出信号,反馈信号,输入信号,偏差,如自动调整系统对稳定性要求较高。,如随动系统对响应快速性要求较高。,如数控机床对定位精度要求高。,控制系统的性能评价指标,本讲小结：机械工程控制论研究的对象与任务；系统（广义系统、机械系统）、动力学问题、模型（静态模型、动态模型）；反馈（正、负反馈，内、外反馈）；控制系统的分类，闭环控制系统的组成；对控制系统的基本要求。,