机械工程控制基础(绪论)

02240机械工程控制基础第一章绪论1.1控制理论的发展简史（了解）1.2机械工程控制论的研究对象1）机械工程控制理论主要是研究机械工程技术为对象的控制论问题。

2）当系统已经确定，且输出已知而输入未知时，要求确定系统的输入以使输出并根据输出来分析和研究该控制系统的性能，此类问题称为系统分析°3）最优控制制：当系统已经确定，且输出已知而输入已施加但未知时，要求识别系统的输入以使输出尽可能满足给定的最佳要求。

4）滤波与预测问题当系统已经确定，且输出已知，输入已施加当未知时，要求识别系统的输入（控制）或输入中的有关信5）当输入与输出已知而系统结构参数未知时，要求确定系统的结构与参数，即建立系统的数学模型，此类问题及系统辨识。

6）当输入与输出已知而系统尚未构建时，要求设计系统使系统在该输入条件下尽可能符合给定的最佳要求，此类问题即最优设计。

1.3控制系统的系统的基本概念1）信息传递是指信息在系统及过程中以某种关系动态地传递的过程。

2）系统是指完成一定任务的一些部件的组合。

3）制制系统是指系统的可变输出能按照要求的参考输入或控制输入进行调节的系统。

4）系统分类：按照控制系统的微分方程进行分类分为线性系统、非线性系统。

按照微分方程系数是否随时间变化分为定常系统和时变系统。

按照控制系统传递信号的性质分类分为连续、离散系统。

按照系统中是否存在反馈将系统分为开环控制、闭环控制系统。

5）对控制系统的基本要求有稳定性、快速性、准确性第二章拉普拉斯变换的数学方法2.3典型时间函数的拉式变换（必须牢记）1）单位阶跃函数为，2）单位脉冲函数为，单位脉冲函数具有以下性质3）单位斜坡函数为，L（t）?第三章系统的数学模型....3.1概述1）数学模型概念在控制系统中为研究系统的动态特性而建立的一种模型。

2）建立数学模型的方法有分析法和实验法。

3）线性系统最重要的特性是叠加原理,具体内容是系统在几个外加作用下所产生的响应等于各个外加作用单独作用下的响应之和。

科技信息“机械工程控制基础”是机械类本科专业学生必修的一门重要专业基础课，课程的主要内容是根据控制论的理论基础，研究机械工程技术中广义系统的动力学问题[1]。

本课程的主要目的在于培养学生以动态、整体、联系的观点研究分析一个机械工程系统，运用控制论中的基本概念和方法，解决机械工程领域中有关自动控制及系统动力学方面的问题，并且也可为后续的机械类相关课程的学习，如测试技术、数控机床、机电一体化系统设计等打下一定的理论基础。

机械工程控制基础研究的问题带有普遍性，对工程实践具有重要的指导意义，该课程的开设对培养学生运用控制原理的基本方法，提高分析和解决各种工程问题的能力奠定扎实的理论基础。

但是，由于该门课程比较抽象，学生的学习热情不高，学习效果也不理想，甚至产生厌学的情绪。

“万事开头难”，而良好的开端，是成功的一半。

教学实践表明，认真讲好绪论课，是激发学生学习兴趣，提高其学习动力的重要途径之一。

通过绪论能让学生明白课程研究的主要内容，了解所学内容的发展过程和重要性，了解课程的特点和学习方法，激发学习兴趣，掌握科学的学习方法。

控制论不仅是一门重要的学科，而且是科学方法论之一[2]。

1.绪论内容安排人的各种活动都是由一定的动机所引发的，学生学习也总是为一定的学习动机所支配。

研究证明，学习动机与学习效率之间遵循“耶尔克兹—道德逊”定律，即一般说来，动机强度大，学习积极性高，学习的潜能就会得到最好的发挥，学习效率也高，而动机强度小或完全缺乏动机，则学习效率就差[3]。

因此，要使学生较好地掌握“机械工程控制基础”的知识乃至此学科方面的理论，那么激发他们的学习兴趣、学习动机至关重要。

绪论是课程的第一堂课，认真上好这堂课，能够极大地激发学生学习兴趣和动机。

绪论课程的教学内容，可以完全抛开课本原有的内容，结合机械类学生的特点，有的放矢地组织内容，循序渐进地安排顺序。

1.1内容一：这门课程讲授的主要内容是什么这是在讲这门课时必须首先要向学生解释清楚的问题。

《机械工程控制基础》课程教学大纲课程名称：机械工程控制基础英文名称：Control Fundamental of Mechanical Engineering课程编码：51510502学时/学分：36/2课程性质：必修课适用专业：机械类各专业先修课程：高等数学，理论力学，电工与电子技术，复变函数与积分变换（可选）一、课程的目的与任务《机械工程控制基础》是机械设计制造及其自动化专业的机械电子工程及相近专业方向的一门技术基础课。

本课程是在高等数学和工程数学（复变函数与积分变换）的知识基础上，结合力学、电学等相关知识，介绍机械工程类专业的重要理论基础之一——工程控制论。

这门学科既是一门广义的系统动力学，又是一种合乎唯物辩证法的思想论和方法论，对启迪与发展人们的思维与智力有很大的作用。

本课程的基本任务是将自动控制理论应用于机械工程实际，基本要求是在阐明机械工程控制论的基本概念、基本知识与基本方法的基础上，使学生学会建立和变换系统的数学模型，掌握控制系统的时间响应分析和频率特性分析方法，并在此基础上具备讨论控制系统的稳定性，以及系统分析和校正、系统辨识等问题的能力。

使学生以辩证方法冲破形而上学的思想方法，推动这一领域的生产与学科向前发展。

在学习本课程之前，学生应当从先修课程中获得动力学分析、电路分析的能力，了解微分方程求解知识和复变函数的概念，初步掌握积分变换及其逆变换的基本方法。

学习本课程之后，学生还应当注意结合其它机械工程学的知识，将控制理论应用到工程实践中去。

二、教学内容及基本要求第一章绪论教学目的和要求：本章首先阐述了机械工程控制基础这门课程的重要意义，然后介绍控制工程的基本思想、基本概念、控制系统的分类和基本要求，使学生了解机械工程控制论的研究对象与任务和系统、模型等知识，深刻理解反馈和反馈控制，接下来对控制理论的发展进行简单介绍。

教学重点和难点：1．系统及其模型2.反馈和反馈控制3.系统的基本要求教学方法与手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的课堂练习和课外作业。

机械工程控制基础复习第一章 绪论1.控制理论在工程技术领域中体现为工程控制论，在机械工程领域则体现为机械工程控制论。

2.工程控制论实质上是研究工程技术中广义系统的动力学问题。

具体地说，它研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件（即输入或激励,包括外加控制与外加干扰）作用下，从系统的一定的初始状态出发，所经历的由其内部的固有特性（即由系统的结构与参数所决定的特性）所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的动态关系。

3。

y(t ）称为系统的输出，显然，y(t ）（它就是微分方程的解）是由系统的初始状态、系统的固有特性、系统与输入之间的关系以及输入所决定的。

4.工程控制论(包括机械工程控制论）的内容大致可归纳为如下五个方面：⑴当系统已定、输入（或激励)已知时，求出系统的输出(或响应），并通过输出来研究系统本身的有关问题，此即系统分析问题;⑵当系统已定，确定输入，且所确定的输入应使得输出尽可能符合给定的最佳要求,此即最优控制问题；⑶当输入已知时，确定系统，且所确定的系统应使得输出尽可能符合给定的最佳要求，此即最优设计问题；⑷当输出已知时，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息,此即滤波与预测问题；⑸当输入与输出均已知时，求出系统的结构与参数,即建立系统的数学模型，此即系统识别或系统辨识问题。

5。

反馈:系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分地返回，并作用于系统。

负反馈:输出(被控量)偏离设定值（目标值）时，反馈作用使输出偏离程度减小，并力图达到设定值.反馈的作用：消除偏离正反馈： 输出偏离初始值（或稳定值)时，反馈作用使输出偏离程度加剧。

反馈的作用：加剧偏离。

6.开环控制:只有输入量对输出量产生控制作用,输出量不参与对系统的控制。

特点是 结构简单、维护容易、成本低、不存在稳定性问题；输入控制输出;输出不参与控制; 系统没有抗干扰能力。

适用范围：输入量已知、控制精度要求不高、扰动作用不大。