控制工程基础
主讲人：王晓梅
重庆科技学院 机械与动力工程学院
参考教材
[1] 杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）. 武汉：华中科技大学出版社，2005年7月 [2]熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题 解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月 [3]朱骥北.《机械控制工程基础》 (第15版）.北京：机械 工业出版社，2005年 [4]董景新、赵长德.《控制工程基础》(第3版）.北京： 清华大学出版社，2009年6月 [5]刘叔军、樊京. 《MATLAB控制系统应用与实例》.北 京：清华大学出版社，2008年5月
控制系统——系统的可变输出，能按照要求由参考输 入或控制输入进行调节的系统
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
如: 空调
自动控制系统
教室中的风扇
人工控制系统
温度计
加热电阻丝
调压器
人工控制的恒温箱
~220V
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
给定信号
比较
u1
电压 功率 放大器 放大器
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合
元素 系统的要素
元素之间的联系
输入(激励) 干扰(扰动)
系统与外界的交互作用 外界对系统的作用
系统对外界的作用 输出(响应)
系统的框图
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
广义系统——具备系统要素的一切事物或对象
机器系统
生命系统
社会经济系统
如:
生产系统
主要教学内容
基本概念
机 基础知识 控制系统结构体系
械
控制系统数学模型
控
制
时域分析
工 分析方法 频域分析
程
系统稳定性判据
基
础
系统性能指标 工程应用
系统校正
课程章节
➢绪论 （4学时） ➢系统的数学模型 （9学时） ➢系统的时间响应分析 （10学时） ➢系统的频率特性分析 （9学时） ➢系统的稳定性 （6学时） ➢系统的性能指标与校正（1学时） ➢复习 （1学时）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
应用范围
工业：数控机床、轧钢机、恒温箱等 农业：恒温大棚、农业自动化机械 日常：冰箱、洗衣机、空调 道路交通：信号灯控制、车牌自动识别 宇航：火箭、飞船、卫星 机器人、导弹制导、核动力等高新领域 生物、医学、环境、经济管理等其它
第一章 绪论
工业：
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制论与其它学科结合，形成众多的分支学科。
经济学
经济控制论
控制论
社会学 生物学 工程技术
社会控制论 生物控制论 工程控制论
机械工程
机械工程控制论
控制论的中心思想——通过信息的传递、加工处理
并利用反馈来进行控制。
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
蒸汽机离心调速器
观看视频
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
数控机床进给系统模拟图
第一章 绪论
思维、学习、工作
机械工程中的广义系统: 元件、部件、仪器、设备; 加工过程、操作设备、测量; 车间、部门、工厂、企业、 企业集团、全球制造行业等
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
非控制系统
系统
人工控制系统
控制系统
自动控制系统
非控制系统——仅具有由人工开、关两种状态的系统
如：搅拌机 （视频链接） 教室里的照明系统
第一章 绪 论
➢1.1 机械工程控制论的研究对象与任务 ➢1.2 系统及其模型 ➢1.3 反馈 ➢1.4 系统的分类及对控制系统的基本要求
第一章 绪论
本章教学大纲
本章教学大纲
1. 了解机械工程控制论的基本概念、研究对象与任务； 2. 掌握系统、模型、反馈、偏差等基本概念； 3. 掌握反馈控制系统工作原理的分析； 4. 掌握控制系统的组成、分类及基本性能要求。
1954年我国科学家钱学森出版专著《工程控制论》 (英文版)，首先把控制论推广到工程技术领域。 二、机械工程控制论的研究对象
机械工程控制论 P:—2 —研究机械工程技术中广义系统的动力学问题
研究的对象：系统（广义系统） 研究的任务：动力学问题 研究的领域：机械工程领域
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
u
u2
执行 电动机
热电偶 加热电阻丝
减速器 调压器
恒温箱自动控制系统
~220V
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象 问题：1）普通全自动洗衣机
2）全自动照相机的闪光系统、调焦系统 3）饮水机，微波炉 4）抽水马桶水箱的液面自动调节器
液面控制
技术理论之间的边缘学科，侧重介绍机械工程的控制原
理，同时密切结合工程实际，是一门技术基础课程。
机械制造技术发展的一个明显而重要的趋势——越来
越广泛而深入地引入了控制理论。
数控机床、工业机器人、机床动态分析与测试、电气液压伺服系统
是科学方法论之一，强调用系统的、反馈的、控制的 方法来分析研究工程实际问题。
课程任务与学习要求
课程任务
通过课程教学，使学生掌握经典控制理论的基本原 理和思想方法，初步培养进行系统分析与校正的能力， 结合后续专业课程的学习，为将来在机械电子工程中 解决一些实际问题打下一定的基础。
学习要求
需要大家具备一定的数学、力学、电学方面的基础 知识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要 大家认真对待每次的课后练习环节。
教学重点：反馈的基本概念、控制系统工作原理分析、 控制系统的分类
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
一、控制论概述 控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究
事物变化和发展的一般规律。 “控制论”的两个核心是信息论和反馈控制。 首先创立控制论学科的是美国的数学家、信息理论 家(Norbert Wiener)诺伯特·维纳，他于1948年发表了 “控制论”。
授课方式与考核方式
授课方式
以华中科技大学出版社出版、杨叔子编写的《机械 工程控制基础》（第五版）为指导，利用多媒体课件 为主、板书为辅进行理论教学；
考核方式
平时作业5次，占总评成绩的20%； 期末闭卷考试，占总评成绩的80%。
经典控制理论 控制论
现代控制理论
课程性质
本课程的主要内容
“机械控制工程基础”是控制论(Cybernetics)与机械工程