当前课程知识点：机械工程控制基础 > 第一章 绪论 > 1-2 机械工程系统中的信息传递，反馈以及反馈控制的概念 > 第一章 绪论 第二节 机械工程系统中的信息传递，反馈
大家好
上一节课我们了解了控制论的历史和发展现状及应用实例
今天我们一起来探讨机械工程控制论的研究对象
任务及反馈的概念
机械工程控制论研究的是在一定的外界条件作用下
系统从一定的初始状态出发
所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态过程
换句话说，就是研究系统及其输入输出三者之间的动态关系
如图一所示
同一个系统
他们都是由质量阻尼弹簧所构成的机械系统
在不同的外力作用下
最终输出响应的结果就有不同
所对应的系统A
它的动力学方程如式一所示
系统b所对应的动力学方程，如式二所示
那么从动力学方程可以看见
它们所对应的系统的固有特性都是一样的
从这个公式可以看到
系统的固有特性，与外界无关
这两个系统a和b
受到外界的作用分别为xt和ft
外界作用的方式
分别为系统a为一
系统b为CP+k
这两个系统对输入的响应都为yt
从这个例子当中，我们可以看到yt即为微分方程的解
显然
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来决定的
针对系统
输入输出之间的关系
我们可以发现
存在以下问题
系统的输入与系统的固有特性，如何影响输出yt
三者之间表现为何种关系？
系统确定
并且已知时
对系统施加哪一种输入
能使系统实现预期的响应
即期望的输出yt值
三
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
通过上面的问题研究
我们可以将要研究的问题归纳为以下三类
第一类
已知系统
输入求输出
第二类已知系统输出求输入
第三类
已知系统的输入和输出确定系统
针对上述三种情况
就系统输入输出三者之间的动态关系
需研究的问题主要包括以下五种
第一
系统分析问题
该问题是，已知系统
输入
求输出
第二类问题
最优控制问题
已知系统
确定输入
使系统的输出满足要求
第三种
最优设计问题
已知输入设计系统，使输出满足要求
第四种
滤波与预测问题
确定系统
以根据输出识别输入或输入中的有关信息
第五类问题系统辨识问题
已知输入与输出识别系统的结构与参数
建立系统的数学模型
在本课程中
我们主要是以经典控制理论来研究问题一
系统分析问题
下面我们介绍反馈的概念
什么是反馈呢？
反馈就是系统的输出
不断的直接或间接的全部或者是部分的返回
并作用于系统
包括外反馈和内反馈两种
什么叫外反馈呢？
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，我们就称为外反馈
在系统或过程中存在的各种
自然形成的反馈
称为内反馈
内反馈是系统内部各个元素之间相互耦合的结果
它是造成机械系统存在一定的动态特性的根本原因
纷繁复杂的内反馈它的存在，
使得机械系统变得异常复杂
对于机械系统中普遍存在的内反馈现象，应引起足够的重视
针对外反馈而言
相对被控对象而言
由附加的反馈装置引起的信息交互
图一
发动机离心调速系统为例
在该系统中
被控对象是发动机
被控量为角速度欧米伽
被控量的目标值设定是通过预紧弹簧来设定的
该控制信息传递与反馈的关系，如图二所示
图二中
为发动机离心调速系统的工作原理图
其控制原理为
如果负债是角速度，欧米伽增加
会导致一离心机构滑套上移
二液压滑阀上移动力活塞下移
此时，油门关闭是角速度欧米伽减少
三
直到滑阀回复中为
欧米伽回到设定值
通过检测系统的实际输出值
并与设定值进行比较
反过来作用于系统
行程反馈
进而调节系统的输出
反馈就是系统的传递与交互
在上例中
反馈表现为
角速度欧米伽的变化
所引起的信息传递与交互
针对上例的控制原理
就可得到如图三所示的发动机
离心调速系统的框图
反映了其结构组成与反馈原理
通过上例，我们还可以了解
负反馈就是输出偏离设定值时
反馈作用使输出偏离程度减少，
并力图达到设定值
该类的反馈系统还有
液面控制系统
火炮自动瞄准系统
温度控制系统等
其控制目的就是检测偏差并纠正偏差
那什么是正反馈呢？
就是输出偏离设定值时反馈作用
使输出偏离程度加剧
比如三极管
倒立摆
电子加速器，火药爆炸
热核反应等
正反馈不能用于控制系统
它的主要用途是振荡器
起到增强输入信号的作用
正反馈不能进行控制
它会使系统的偏差越来越大
那这么说，是不是控制系统中就不需要正反馈呢？
显然，答案是否定的
正反馈还是可以应用于某些系统中
如原子弹引爆装置中要用到的裂变链式反应
在植物保护中，为了消灭有害的昆虫
大量繁殖，这种害虫的天敌
其减弱输入信号作用的系统就是负反馈系统
只有负反馈控制系统
才能完成自动控制的任务
负反馈控制系统最大的特点
就是检测偏差
纠正偏差
我们在机械工程控制基础这一门课里
就是基于负反馈控制理论
开展各种控制系统的，基于偏差的控制
今天的讲解到这里就结束了，谢谢大家
-1-1 机械工程 控制论的基本含义
-1-2 机械工程系统中的信息传递，反馈以及反馈控制的概念
-1-3 机械控制的应用实例
-第一章 作业
-2-1 复数和复变函数/2-2拉氏变换与拉氏反变换的定义
--2.1复数和复变函数的定义/2.2 拉氏变换与拉氏反变换的定义
--拉式变换和拉式反变换的定义
-2-3 典型时间函数的拉式变换
-- 作业-2.3 典型信号的拉式变换
-2-4 拉氏变换的性质（上）
--作业 2.3拉氏变换的的性质
-2-4 拉氏变换的性质（下）
--作业-24 拉氏变换的性质（下）
-2-5 拉氏反变换的数学方法
--作业-2.5拉氏反变换的数学方法
-2-6 用拉氏变换解常微分方程
--作业-2.5 用拉氏变换解常微分方程
-第一节 概述和系统微分方程的建立
--课后作业
-第二节 系统的传递函数
--课后作业
-第三节 典型环节传递函数
--课后作业
-第四节 系统的传递函数方框图及其简化和反馈控制系统的传递函数
--第五节 系统的传递函数方框图及其简化和反馈控制系统的传递函数
--课后作业
-第五节 信号流图及梅逊公式
--课后作业
-第六节 梅逊公式
--第六节 梅逊公式
--课后作业
-4-1 时间响应
--4-1作业
-4-2 一阶系统得 时间响应
--4-2作业
-4-3 二阶系统的时间响应
--4-3作业
-4-4 高阶系统的动态分析
--4-4作业
-4-5 瞬态响应的性能指标
--4-5作业
-4-6 系统误差分析
--4-6作业
-4-5-1 改善系统性能的措施
-5.1 频率特性的基本概念
--5.1.2 频率特性的基本概念作业
-5.2 频率特性的对数坐标图
--5.2.3 频率特性的对数坐标图作业
--5.2.4 频率特性的对数坐标图作业（2）
-5.3 频率特性的极坐标图
--5.3.3 频率特性的极坐标图作业（1）
--5.3.4 频率特性的极坐标图作业（2）
-5.4 闭环频率特性与频域性能指标
--5.6.2 闭环频率特性与频域性能指标作业
-第五章 主观题
-6.1 稳定性的概念及稳定性的充要条件
--6.1 稳定性的概念及稳定性的充要条件
-6.2 劳斯稳定判据
--6.2.2 劳斯稳定判据作业
-6.3 映射定理
-6.4 Nyquist稳定判据
--6.4.2 Nyquist稳定判据作业
-第六章 主观题
-实验一 典型环节及其阶跃响应
-实验二 二阶系统阶跃响应
-实验三 控制系统的稳定性分析
-实验四 系统频率特性测量
