机械控制概述PPT(共 50张)
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《机器人控制》PPT课件
同样可得活塞位移X与配油器输入信号（位移误 差信号）U间的关系为：
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统
据式（5.5）、（5.6）和图5.4可得系统的传递 函数:
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统 当采用力矩电动机作为位移给定元件时
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5.2 机器人的位置控制
机器人为连杆式机械手，其动态特性具有高度的非线性。 要控制这种由马达驱动的操作机器人，用适当的数学方 程式来表示其运动是十分重要的。这种数学表达式就是 数学模型，或简称模型。控制机器人运动的计算机，运 用这种数学模型来预测和控制将要进行的运动过程。
式中，1很小而又可以忽略时
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统 图5．5表示出一个简单的滑阀控制液压传动系统 的结构框图。其中所用的控制阀为四通滑阀。
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 3．滑阀控制液压传动系统
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统
式中，c＝k1n为闭环系统的自然角振荡频率；
c k1 为闭环系统的阻尼系数：2 1 为k1闭环系统
的第二时间常数；另一时间常数为1。
式（5.25）即为所求闭环系统的传递函数。从此式 可见，此闭环系统为一等价三阶系统。我们往往把 它简化为一个一阶环节与一个二阶环节串联的系统。 这样，便于对系统进行分析与研究。
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PID控制器参数整定的一般规律
机械原理图PPT(44张)
将死的野狗没有人爱
31
飞机的星形发动机
将死的野狗没有人爱
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缝纫机
将死的野狗没有人爱
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舰炮弹药装填系统
将死的野狗没有人爱
34
汽车等速万向节
将死的野狗没有人爱
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V 型发动机 ——汽缸排列在成一定 角度的两个平面上，V6发动机
将死的野狗没有人爱
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直列式发动机——它的汽缸肩并肩地排 成一排，L4发动机，一般的车都用
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拉链工作原理
将死的野狗没有人爱
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无管虹吸原理
将死的野狗没有人爱
44
•
1．从人人自畏、噤若寒蝉的“文革十 年”到 新时期 艺术家 心情畅 达、创 作自由 ，其差 别有如 天壤， 主要是 因为当 代艺术 批评的 失语与 批评家 的缺席 。
•
2．在中国历史上，不乏艺术家特立独 行的故 事，也 不乏统 治者铲 除异端 的故事 ，这些 与艺术 家创作 中重大 主题表 现不够 、历史 进程描 述不力 的缺陷 有很大 关系。
将死的野狗没有人爱
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让人发狂的异型齿轮机构，你能想 象其中的三维啮合和运行状态吗
将死的野狗没有人爱
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除了8
数一数，这是多少缸、多少气门的 发动机
将死的野狗没有人爱
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德国人菲加士·汪克尔在上世纪初 发明的转子发动机
将死的野狗没有人爱
20
•
. 人类在发展基因工程作物时没有充 分考虑 对人体 和环境 可能产 生的长 期影响 ，此方 面研究 有很大 的欠缺 。
•
6．这篇文章围绕一个“乐”字，先叙 事后议 论，语 言如行 云流水 ，洋洋 洒洒， 收纵自 如，得 心应手 ，颇有 大家风 范。
《机械控制技术基础》精品课件-第四章- 系统的频率特性响应1(频率特性概述)
机械控制工程基础精品课件-第四章系统的频率特性响应
3
系统的频率特性响应
频率特性分析法是一种图解的分析方法。 不必直接求解系统输出的时域表达式，可以 间接地运用系统的开环频率特性去分析闭环系 统的响应性能，不需要求解系统的闭环特征根。 系统的频域指标和时域指标之间存在着对应 关系。频率特性分析中大量使用简洁的曲线、 图表及经验公式，使得控制系统的分析十分方 便、直观。
2
系统的频率特性响应
频率响应是时间响应的特例，是控制系 统对正弦输入信号的稳态响应。
频率特性是系统对不同频率正弦输入信 号的响应特性。
频率特性分析法(频域法) 是利用系统的 频率特性来分析系统性能的方法，研究的问 题仍然是系统的稳定性、快速性和准确性等， 是工程上广为采用的控制系统分析和综合的 方法。
12
4.1 频率特性概述
上述定义的幅频特性 A() G(j)
和相频特性 () G( j) 统称为系统的频率
特性，它描述了系统对正弦输入的稳态响应。
机械控制工程基础精品课件-第四章系统的频率特性响应
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4.1 频率特性概述
当输入为非正弦的周期信号时，其输入可利 用傅立叶级数展开成正弦波的叠加，其输出为 相应的正弦波输出的叠加，如下图所示。
机械控制工程基础精品课件-第四章系统的频率特性响应
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4.1 频率特性概述
定义系统输出信号的稳态响应相对其
正弦输入信号的相移 () G(j) 为
系统的相频特性。
相频特性描述系统在稳态下响应不Fra bibliotek频 率的正弦输入时在相位上产生的滞后
（ 0）或超前（ 0 ）特性。
机械控制工程基础精品课件-第四章系统的频率特性响应
响应特性称为频率特性。
《机械工程控制基础》(杨叔子主编)PPT第三章+系统时间响应分析
析系统的特性，时间响应分析（也称之为：时域分析）
是重要的方法之一。 时域分析——给系统施加一输入信号，通过研究系 统的输出（响应）来评价系统的性能。 如何评价一个系统性能的好坏，有一些动态和稳态 的性能指标可以参考。
2
3.1 时间响应及其组成
例1
1 按照微分方程解的结构理论，这一非齐次常微分方程的解由两 部分组成，即： 是与其对应的齐次微分方程的通解 是其一个特解
5
3.1 时间响应及其组成
此方程的解为通解
（即自由响应）与特解
（即强迫响应）所组成，即：
6
3.1时间响应及其组成
这是因为：在定义系统的传递函数时，由于已指明了系统的 初态为零，故取决于系统的初态的零输入响应为零。
7
3.1时间响应及其组成（瞬态响应与稳态响应）
8
3.1时间响应及其组成（瞬态响应与稳态响应）
KH
X o (s) 10K 0 /(0.2 s 1) G(s) K0 X i (s) 1 G ( s ) K H 1 10K H /(0.2s 1) 10K 0 1 10K H 0.2 s 1 1 10K H
若将调节时间减至原来的0.1倍，但 总放大系数保持不变，则：
其拉氏变换的表达式为：
t0 t0
i
式中 , R为常数。 当R＝ 1, x (t)=t为单位斜坡函数 。
通过观察，我们可以发现 因为dx(t)/dt=R, 所以阶 跃函数为斜坡函数对时间的导数。
16
3.2 典型输入信号
3. 抛物线函数（等加速度函数）
抛物线函数(见图)的时域表达式为
Rt 2 xi (t ) 2 0
9
3.1时间响应及其组成（瞬态响应与稳态响应）
1机械工程控制基础(第五版)__第一章绪论概论
①对机电系统中存在的问题能够以控制论 的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题 的本质和有效的解决方法；
②如何控制一个机电系统，使之按预定的 规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实 现最佳控制打下基础。
2020年11月19日2时6分
主要内容介绍
(一) 绪论 控制系统的基本工作原理，控制系统的几种分 类，控制理论的发展史，对控制系统的基本要 求。
(二) 控制系统的数学模型及传递函数 LAPLACE变换，系统的数学模型，传递函数， 典型环节的传递函数，系统的方框图及其联接， 系统的信号流程图。
(三) 线性系统的时域分析 典型输入信号，控制系统的时域性能指标，一 阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应，系 统的稳态误差。
2020年11月19日2时6分
本课程所分析的系统，涉及机械、电气， 所以在建立数学模型时，需运用到理论 力学、电工、机械原理等多门课程的知 识。
2020年11月19日2时6分
第一章 绪论
基本内容
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 控制系统的分类 1.5 对控制系统的基本要求
本章难点
主要内容介绍（续）
(四) 频率特性分析法
频率特性的基本概念，典型环节的频率特性， 系统的开环频率特性的绘制，系统的闭环频率 特性。
(五) 控制系统的稳定性分析
稳定性的基本概念，代数稳定性判据，频域稳 定性判据，系统的相对稳定性。
(六) 系统的校正方法
系统校正的一般概念，串联校正，反馈校正。
2020年11月19日2时6分
中南林业科技大学-机电工程学院
2020年11月19日2时6分
讲授人：龚中良 教 材：《机械工程控制基础》（第五版）
②如何控制一个机电系统，使之按预定的 规律运动，以达到预定的技术经济指标，为实 现最佳控制打下基础。
2020年11月19日2时6分
主要内容介绍
(一) 绪论 控制系统的基本工作原理，控制系统的几种分 类，控制理论的发展史，对控制系统的基本要 求。
(二) 控制系统的数学模型及传递函数 LAPLACE变换，系统的数学模型，传递函数， 典型环节的传递函数，系统的方框图及其联接， 系统的信号流程图。
(三) 线性系统的时域分析 典型输入信号，控制系统的时域性能指标，一 阶系统的时间响应，二阶系统的时间响应，系 统的稳态误差。
2020年11月19日2时6分
本课程所分析的系统，涉及机械、电气， 所以在建立数学模型时，需运用到理论 力学、电工、机械原理等多门课程的知 识。
2020年11月19日2时6分
第一章 绪论
基本内容
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 控制系统的分类 1.5 对控制系统的基本要求
本章难点
主要内容介绍（续）
(四) 频率特性分析法
频率特性的基本概念，典型环节的频率特性， 系统的开环频率特性的绘制，系统的闭环频率 特性。
(五) 控制系统的稳定性分析
稳定性的基本概念，代数稳定性判据，频域稳 定性判据，系统的相对稳定性。
(六) 系统的校正方法
系统校正的一般概念，串联校正，反馈校正。
2020年11月19日2时6分
中南林业科技大学-机电工程学院
2020年11月19日2时6分
讲授人：龚中良 教 材：《机械工程控制基础》（第五版）
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
机械基础(全套)ppt课件
类型。
联轴器类型、特点及选用
刚性联轴器
适用于两轴对中精度高、无冲 击的场合，传递扭矩大，但无
缓冲作用。
弹性联轴器
适用于两轴对中精度稍差、有 冲击的场合，能吸收振动和冲 击，但传递扭矩较小。
液压联轴器
适用于需要无级调速和过载保 护的场合，能自动适应两轴的 不对中，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、对中精 度、工作环境等条件综合考虑
CAE软件
如ANSYS、Nastran等，用于进行有限元分析、 结构优化等，提高设计的准确性和效率。
PDM/PLM软件
如Windchill、Teamcenter等，用于产品数据管 理、流程管理等，提高设计协同和效率。
03
机械制造工艺与装备
机械制造工艺概述
机械制造工艺的定义
研究机械产品制造过程中的加工方法 、工艺装备、加工顺序和工艺参数等 内容的总称。
，选择合适的联轴器类型。
离合器类型、特点及选用
牙嵌离合器
适用于低速重载、有频繁接合和分离 的场合，传递扭矩大，但接合时冲击 较大。
摩擦离合器
适用于中高速轻载、需要平稳接合的 场合，接合平稳，但传递扭矩较小。
电磁离合器
适用于需要远程控制和自动控制的场 合，动作迅速，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、接合方式、工 作环境等条件综合考虑，选择合适的 离合器类型。
气压元件选用与安装
液压与气压元件选用与安装
根据系统工作压力和流 量选择合适的气源装置 、气缸、控制阀等元件 ；
安装前应检查元件的清 洁度和完好性，确保无 损坏和污染；
安装时应按照制造厂的 推荐规范进行，确保正 确的配合间隙和紧固力 矩；
联轴器类型、特点及选用
刚性联轴器
适用于两轴对中精度高、无冲 击的场合，传递扭矩大，但无
缓冲作用。
弹性联轴器
适用于两轴对中精度稍差、有 冲击的场合，能吸收振动和冲 击，但传递扭矩较小。
液压联轴器
适用于需要无级调速和过载保 护的场合，能自动适应两轴的 不对中，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、对中精 度、工作环境等条件综合考虑
CAE软件
如ANSYS、Nastran等，用于进行有限元分析、 结构优化等，提高设计的准确性和效率。
PDM/PLM软件
如Windchill、Teamcenter等，用于产品数据管 理、流程管理等，提高设计协同和效率。
03
机械制造工艺与装备
机械制造工艺概述
机械制造工艺的定义
研究机械产品制造过程中的加工方法 、工艺装备、加工顺序和工艺参数等 内容的总称。
，选择合适的联轴器类型。
离合器类型、特点及选用
牙嵌离合器
适用于低速重载、有频繁接合和分离 的场合，传递扭矩大，但接合时冲击 较大。
摩擦离合器
适用于中高速轻载、需要平稳接合的 场合，接合平稳，但传递扭矩较小。
电磁离合器
适用于需要远程控制和自动控制的场 合，动作迅速，但价格较高。
选用原则
根据传递扭矩、转速、接合方式、工 作环境等条件综合考虑，选择合适的 离合器类型。
气压元件选用与安装
液压与气压元件选用与安装
根据系统工作压力和流 量选择合适的气源装置 、气缸、控制阀等元件 ；
安装前应检查元件的清 洁度和完好性，确保无 损坏和污染；
安装时应按照制造厂的 推荐规范进行，确保正 确的配合间隙和紧固力 矩；
机械控制工程基础(第二章)ppt课件
dt
a0x0t
bm
dmxi t
dtm
bm1
dm1xi t
d tm1
b1
d xi t
dt
b0xi
t
在初始条件为零时，对上式进行拉氏变换
ansnan 1sn 1 a 1sa0X 0s b m smb m 1sm 1 b 1sb 0X i s
故得系统（或环节）的传递函数为
G sX X 0 is sb a m n s sm n a b n m 精 1 1 选s sn Pm P 1 T1 课 件 a b 1 1 s s a b 0 0
x0(t)Txi(t)
精选PPT课件
16
例 下图是简化了的直流发电机组。激磁电压 v恒i 定，磁通不变。
此时电枢电压 与转v速0 成正比•。若 为输入，输出是电压 ，
试v求0此系统的传递函数。
R
•
解：v 0 T
vi i
LM
式中 T——常数
v0 VsT s s 0
GsV 0ssTs
即直流发电机作为测速发电机时，可认为是微分环节。
2
x0
0
精选PPT课件
xi
3
x• 0
0
精选PPT课件
xi
4பைடு நூலகம்
F
0
x?
F
0
x?
精选PPT课件
5
线性化方法：
利用台劳公式 f(x)k n 1 0f(k k )!(a)(xa)kR n(x)
f(a)k n 1 1f(k k )!(a)(x a)kR n(x)
f( x ) f( x 0 ) f( x 0 )x ( x 0 )
物理系统的数学模型
及传递函数
a0x0t
bm
dmxi t
dtm
bm1
dm1xi t
d tm1
b1
d xi t
dt
b0xi
t
在初始条件为零时，对上式进行拉氏变换
ansnan 1sn 1 a 1sa0X 0s b m smb m 1sm 1 b 1sb 0X i s
故得系统（或环节）的传递函数为
G sX X 0 is sb a m n s sm n a b n m 精 1 1 选s sn Pm P 1 T1 课 件 a b 1 1 s s a b 0 0
x0(t)Txi(t)
精选PPT课件
16
例 下图是简化了的直流发电机组。激磁电压 v恒i 定，磁通不变。
此时电枢电压 与转v速0 成正比•。若 为输入，输出是电压 ，
试v求0此系统的传递函数。
R
•
解：v 0 T
vi i
LM
式中 T——常数
v0 VsT s s 0
GsV 0ssTs
即直流发电机作为测速发电机时，可认为是微分环节。
2
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xi
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精选PPT课件
xi
4பைடு நூலகம்
F
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F
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精选PPT课件
5
线性化方法：
利用台劳公式 f(x)k n 1 0f(k k )!(a)(xa)kR n(x)
f(a)k n 1 1f(k k )!(a)(x a)kR n(x)
f( x ) f( x 0 ) f( x 0 )x ( x 0 )
物理系统的数学模型
及传递函数
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精 品
机械控制理论
课
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
(8) 英国E.J. Routh建立Routh判据(Routh-Hurwitz Stability Criteria)(1875年)
(9) 俄国A.M. Lyapunov博士论文“论运动稳定性的一般问题” (1892
年)
(10)
英国J.
M.
Gray设计出第一艘全自动蒸汽轮船“东方”号(Great
Eastern)(1866年)
精 品
机械控制理论
课
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
(11)由徐寿设计的中国第一艘蒸 汽轮船“黄鹄”号(L20m, 25T, 10km/hr)在安庆内军械所下水 (1866)。次年，中国第一艘木质 明轮蒸汽舰船“恬古”号在江南 造船厂下水。
精 品
机 械 控 制 理 论 操江号(62mx10m), 392匹马力， 600T排水，备炮9门
(1948)
精 品
机械控制理论
课
件
C. E. Shannon
老师：王丽君
第一章 绪 论
(7) MIT Radiation Laboratory在研究SCR-584雷达控制系统的过程 中，创立了Nichols Chart Design Method，R. S. Philips的工作On Noise in Servomechanisms，以及Hurwicz (1947)的数字控制系统
课
展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高 技术之一，是推动新的技术革命和新
件
的产业革命的关键技术。自动化也即
现代化。
老师：王丽君
第一章 绪 论
I.前期控制(Early Control)(1400B.C. - 1900)
(0) 中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶 (1400B.C. ~1100B.C.)。孙武著《孙子兵法》
(1) 美国贝尔实验室的H. Bode(1938)，以及 Nyquist(1940的J. G. Ziegler和N.
B. Nichols提出PID参数的最佳调整法(1942)
N.B. Nichols
机 械 控 制 理 论 精 (3) 美国MIT的N. Wiener研究随机过程的预测(1942)，提出Wiener滤
课
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
II.经典控制前期(The Pre-classical Period)(1900-1935)
(1) 美国福特(Ford Motor)汽车公司 建成最早的汽车装配流水线(1913)
(2) 美国N. Minorsky研制出用于船 舶驾驶的伺服结构，提出PID控制
机 械 控 制 理 论 精 方法(1922)
课
件
H. Hazen
老师：王丽君
第一章 绪 论
(5) 英国A. M. Turine提出图灵计算机的设想(1937)
(6) 在贝尔实验室Bode领导的火炮控制系统研究小组工作的C. Shannon 提出继电器逻辑自动化理论(1938)，随后，发表专著《通信的数字理论》 (The Mathematical Theory of Communication)，奠定了信息论的基础
老师：王丽君
第一章 绪 论
(4) 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年)
精 品
机械控制理论
课
件 (5) 中国明代宋应星所著《天工开物》
记载有程序控制思想(CNC)的提花织 机结构图(1637年)
老师：王丽君
第一章 绪 论
(6) 英国J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年) (7) 英国J. C. Maxwell发表“论调速器”(On Governors)论文(1868年)
communication
老师：王theory丽君
第一章 绪 论
(4) 美国的H. Hazen发表“关于伺服结构理论”(Theory of Servome-chanism) (1934)，并在MIT建立伺服机构实验室 (Servomechanism Laboratory) (1939)
精 品
机械控制理论
机 械 控 制 理 论 精 闭环控制系统的结构框图：
品 课 件
老师：王丽君
第一章 绪 论
(6) 美国E. Sperry以及C. Mason研制出火炮控制器(1925)，气压 反馈控制器(1929)
精 品
机械控制理论
课
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
III. 经典控制(Classical Control)(1935-1950)
第一章
精 品 课
机 械 绪控 制论 理 论
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
1-1 概述
精 品
机 械 控 1-2 基本概念 制 理 论
课
件
1-3 对控制系统的基本要求
老师：王丽君
第一章 绪 论
自动控制技术与人类进步
自动控制是人类在认识世界和发明创
新的过程中发展起来的一门重要的科
精 品
机 械 控 制 理 论 学技术。依靠它，人类可以从笨重， 重复性的劳动中解放出来，从事更富 创造性的工作。自动化技术是当代发
品 波理论(1942)，发表《控制论》(Cybernetics)一书(1948)，标志着控
课 制论学科的诞生。N. Wiener
N. Wiener, shown
件
here in 1954 with Yuk Wing Lee (left) and Amar G. Bose,
discussing an
aspect of statistical
(600B.C.)
(1) 秦昭王时，李冰主持修筑都江堰体现的系
机 械 控 制 理 论 精 统观念和实践(300B.C.)
品
西汉漏壶
课
件
老师：王丽君
第一章 绪 论
(2) 亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水等自动装置(100年)
机 械 控 制 理 论 精
品(3) 中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(132年) 课 件
精 品
机械控制理论
课
件
H. S. Black
老师：王丽君
第一章 绪 论
(5) 自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为：
“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance”
品 (3) 美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机 课 (Differential Analyzer)(1928) 件
V. Bush
老师：王丽君
第一章 绪 论
(4) 美国H.S. Black提出放大器性能的负反馈方法(Negative Feedback Amplifier) (1927)