流体控制工程 1 绪 论.doc

第一章绪论

【教学目的】
※了解控制理论的发展史。
※掌握控制理论中的一些基本概念及控制理论的分类。
※了解对控制系统的基本要求。
【教学重点】
开环与闭环系统(或反馈系统)的特征。
【教学难点】
对复杂控制系统的分析
【教学方法及手段】
采用多媒体教学,补充大量关于控制理论发展史的内容,丰富学生的知识,通过课堂授课讲解典型例题使学生对概念能够理解,建立负反馈概念,并举一些生活例子来说明。
【学时分配】
2课时
【教学内容】
1-1 概述
自动控制是一个非常有吸引力的研究领域,在工农业生产、军事领域及航空航天方面,都得到了充分的应用。正因如此,各工程专业都对大学生和研究生开设了相关的课程。
自动控制理论发展史
18世纪,James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器。是自动控制领域的第一项重大成果。在控制理论发展初期,做出过重大贡献的众多学者中有迈纳斯基、黑曾和奈魁斯特。
1922年,Minorsky研制船舶操纵自动控制器,并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性。
1932年,Nyquist提出了一种相当简便的方法,根据对稳态正弦输入的开环响应,确定闭环的稳定性。
1934年,Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念。讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的继电式伺服机构。
19世纪40年代,频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法,从20世纪40年代末到50年代初,伊凡思Evans提出并完善了根轨迹法。
频率响应法和根轨迹法是古典控制理论的核心。由这两种方法设计出来的系统是稳定的,并且或多或少地满足一组适当的性能要求。一般来说,这些系统是令人满意的,但它不是某种意义上的最佳系统。
由于具有多输入和多输出的现代设备变得愈来愈复杂,所以需要大量方程来描述现代控制系统。古典控制理论只涉及单输入、单输出系统,对于多输入、多输出系统就无能为力了。
19世纪60年代,数字计算机的出现为复杂系统的时域分析提供了可能。因此,利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应运而生,从而适应了现代设备日益增加的复杂性,同时也满足了军事、空间技术和工程应用领域对精确度、重量和成本方面的严格要求。
从1960年到1980,不论是确定性系统的最佳控制、还是随机系统的最佳控制,及复杂系统的自适应和学习控制,都得到充分的研究。
从1980年到现在,现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。
如今,数字计算机的价格比较便宜,而且体积也变得更为紧凑,它们已成为控制系统中不可缺少得组成部分。现代控制理论的近期应用已经扩充到非工程系统,诸如生物系统、生物医学系统、经济系统和社会经济系统。
如将自动控制运用于机械工程,这就是要学习的机械控制理论。它是研究用控制理论的基本原理来解决机械工程中的实际技术问题。具体就是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系。比如:数控机床就是系统,控制指令就是输入,而数控机床有关的运动就是输出。
本门课程主要介绍经典控制理论,研究怎样将其与机械相结合,并应用于机械。
1-2 基本概念
反馈大家在模拟电子电路中曾经涉及到反馈的概念。反馈有正反馈和负反馈之分。
反馈把取出的输出量送回输入端,并与输入信号相比较产生偏差信号的过程,称为反馈。若反馈的信号与输入信号相