系统性能指标
系统校正
课程章节
绪论
（2学时） （8+2学时） （8+2学时） （8+2学时）
拉普拉斯变换（2学时） 系统的数学模型
系统的时间响应分析 系统的频率特性分析 系统的稳定性
（4学时）
复习
（2学时）
第一章 绪 论
1.1 1.2 1.3
机械工程控制论的研究对象与任务
系统及其模型
一、反馈的定义
系统的输出不断直接或经过中间变换后全部或部分 系统之所以有动态历程，系统及其输入、输出之间之所 以有动态关系，就是由于系统本身存在着信息的反馈。 地返回到输入端，并与输入共同作用于系统的过程。 二、反馈的种类
1. 内反馈与外反馈 例1-2 发动机离心调速系统
3. 对于确定的输入，系统应具有什么特性，
才能使系统实现预期的响应？ 求系统(结构参数)
基本的动力学问题
第一章 绪论
研究任务:
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
已知系统和输入，求系统的响应(或输出)， 并通过响应来研究系统本身的问题 已知系统和系统的理想输出，设计输入 已知输入和理想输出时，设计系统 输出已知，确定系统，以识别 输入或输入中的的有关信息
授课方式与考核方式
授课方式
以电子工业出版社、玄兆燕编写的《机械工程控制
基础》为指导，利用多媒体课件为主、板书为辅进行
理论教学；
利用MATLAB/Simulink软件开展实验教学。
考核方式
平时作业5次，占总评成绩的20%；
实验2次，占总评成绩的10%；
期末闭卷考试，占总评成绩的70%。 出勤率低于1/3取消期末考试资格。
第一章 绪论
经济学 控制论 社会学 生物学 工程技术 机械工程
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。
经济控制论 社会控制论 生物控制论 工程控制论 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)系统分析问题
(2)最优控制问题
(3)最优设计问题
(4)滤波与预测问题
(5)系统辨识问题
已知系统的输入与输出，求系统的结构 与参数，即建立系统的数学模型
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
一、系统
1.2 系统及其模型
系统具有如下特性：
(1)系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统的 结构有关； (2) 系统的内容比组成系统的各元素的内容要丰富很多; (3) 系统往往具有表现在时间域、频率域或空间域等领
输入——激励（外界对系统的作用，如载荷等） 输出——响应（系统对外界的作用，如变形、位移）
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
激 控制输入——人为地、有意识地加上去； 励 扰动——偶然因素产生而一般无法完全人为
控制的（干扰）；
三、数学模型
模型的定义——研究系统、认识系统、描述系统与分
析系统的一种工具。 模型的种类——实物模型、物理模型和数学模型等。
（ b）
y(t)即微分方程的解，它是由系统的初始条件、系统的 固有特性、系统的输入及系统与输入之间的关系所决定。
第一章 绪论
问题：
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
1. 系统的输入与系统的固有特性如何影响y(t)？ 三者之间表现为何种关系？ 求输出 2. 系统确定并已知时，对系统施加何种输入， 能使系统实现预期的响应（即y(t)）？ 求输入
道路交通的应用——车牌自动识别
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
人形机器人
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
勇气号火星探测器（美国，2004）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
自动火炮、导弹制导等高新领域的应用
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
控制工程基础
主讲教师：王晓云
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
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
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
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
在农业机械领域的应用
第一章 绪论
在日常生活中的应用
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
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。
主要教学内容
基本概念
机 械 控 制 工 程 基 础
基础知识
控制系统结构体系
控制系统数学模型 时域分析
分析方法
频域分析 系统稳定性判据
工程应用
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。
教学重点：反馈的基本概念、控制系统工作原理分析、
域内的动态特性。
第一章 绪论
1.2 系统及其模型
二、机械系统 定义——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。 如：
•当研究某台机床切削加工过程中的动力学问题时； 切削加工过程 •当研究此台机床加工的工件的某些质量指标时；工件
•当研究此台机床的操作者在加工过程中的作用时； 操作者
功率 电压 放大器 放大器 u
执行 电动机
减速器
u2 调压器
热电偶 加热电阻丝
~220V
恒温箱自动控制系统
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
根据自己的生活和学习经验，列举控制系统的例子 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
系统——按一定规律联系在一起的元素的集合 元素之间的联系 外界对系统的作用 系统与外界的交互作用 系统对外界的作用 系统的要素
输入(激励) 干扰(扰动)
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:
课程性质
控制论
经典控制理论
本课程的主要内容
现代控制理论 “机械控制工程基础”是控制论(Cybernetics)与机械工程 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。
在雷达领域的应用
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
海洋探测机器人
1990年日本海洋科技中心 研制的“海沟号”缆控式 无人潜水器（左）及其在大海中工作时的情况（右）
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
瑞典博福斯公司研制的“双鹰”水下扫雷机器人
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
பைடு நூலகம்
生产系统
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
非控制系统 系统 控制系统
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
人工控制系统 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）
液面控制
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
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
应用范围
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：
系统（a）
系统（b）
m-c-k单自由度系统
同一系统，不同的输入
第一章 绪论
1.1 机械工程控制论的研究对象与任务
动力学方程： （a）解： (t ) m (t ) 令 p=d/dtf （微分算子） (t ) ky(t ) cy y 2( ( m y t )cp c y t) )y 整理得： 系统 (a) (mp + + k (tky )=( ft() t) f (t )
控制系统的分类
第一章 绪论
一、控制论概述
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
控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究