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FundamentalsofMechanicalControlTheory机械控制理论基础（BilingualCourse双语教学）吴吉平SchoolofMechanicalEngineering机械工程学院1TeachingMaterial:LinearControlSystemAnalysisandDesignFourthEdition教材：线性控制系统分析与设计第4版References参考书目1.杨叔子，《机械工程控制基础》，第四版，武汉，华中理工大学出版社2.绪方盛彦,《现代控制工程》,科学出版社，19783.李友善,《自动控制原理(上册)》,国防工业出版社4.张伯鹏,《控制工程基础》,机械工业出版社5.阳含和,《机械控制工程(上册)》,机械工业出版社6.姚伯威,《控制工程基础》,电子科技大学出版社7.薛定宇,《控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用》,清华大学出版社Learningrequirement学习要求1.AllexercisesandexperimentreportsmustbedoneinEnglish,andallquestionsmustbeansweredinEnglish.所有的作业和实验报告必须用英文完成，所有的问题必须用英文回答。2.mustbepresent(mustnotbeabsent)上课不能缺席3.takingnotes：Don’tmerelycopytheblackboard,tryingtowritedownwhatyouconsiderisimportant.作笔记：不能仅仅抄黑板，而是要记下你认为重要的东西。4.preview预习5.review复习6.doexercisesandexperimentsindependently独立完成作业和实验7.summarizing,concluding总结，概括8.Don’treadthebookwordbyword,theemphasesshouldbeputontheunderstandingtheconcepts,terminologiesaswellastheirlogicrelations.不要一个单词一个单词地读书，应该将重点放在概念、术语以及它们之间的逻辑关系的理解上9.Daringtoputforwardquestions.勇于提出问题10.Ifyouhaveanyquestion,pleasecontactme.如果你有什么问题，请联系我Finalexaminationresult考试成绩评定1.Dailybehaves:30%.Including:present,exercises,experiments.平时成绩占30%，包括：到课率，作业，实验2.Finalexamination:70%.考试成绩占70%Well,wewillgettobusiness（言归正传）,we’llbeginthefirstchapter.2CHAPTER1INTRODUCTION第一章绪论1.1INTRODUCTION引言1.2INTRODUCTIONTOCONTROLSYSTEMS控制系统引言1.3DEFINITIONS定义1.4HISTORICALBACKGROUND历史背景1.5DIGITALCONTROLDEVELOPMENT数字控制的发展1.6MATHEMATICALBACKGROUND数学背景（基础）1.7GENERALNATUREOFTHEENGINEERINGCONTROLPROBLEM工程控制问题的一般特点1.8COMPUTERLITERACY计算机文化1.9OUTLINEOFTEXT全文概括1.1Introduction引言Withtherapidlydevelopmentofthemodernscienceandtechnologies,mancreatedmanymiracles.Oneofthemistheinventionofautomaticcontrolequipments.Today,wecan’tliveonwithoutthehelpoftheseauto-machines.随着现代科技的迅速发展，人类创造了很多奇迹。其中之一就是自动控制设备。今天，如果没有这些自动机器的帮助，我们几乎无法生存。Automaticcontrolsystemspermeate(渗透)lifeinalladvancedsocietiestoday.现在，自动控制系统技术已经渗透到所有的高级社会生活。producegoodsrequiredbyanincreasingworldpopulation制造满足日益增长的人口需求的商品traveltothemoonandexploreouterspace到月球旅行和探索外层空间spacevehicles,thespaceshuttle,spacestations飞船、航天飞机、空间站reconfigurableflightcontrolsystems重组的飞行控制系统1.2Introductiontocontrolsystems控制系统引言Therearemanyequipmentswithcontrolsystemsinourdailylives,suchas:我们的日常生活中有很多带控制系统的设备，例如：Refrigerators冰箱Robots机器人air-conditioner空调auto-washers全自动洗衣机3elevators电梯pilotlessaircraft无人驾驶飞机men人类Example:toaster例子：烤箱input:timer输入：时间output:degreeofdarknessandcrispness输出：面包的黑度和松脆程度Theoutputquantityhasnoinfluenceontheinputquantity.Thereisnofeedbackinthissystem.输出量对输入量没有影响，系统中不存在反馈。Example:DCshuntmotor例子：直流并励马达input:armaturevoltage输入：电枢电压output:speedoftheshaft输出：轴的转速DC:DirectCurrent直流AC:AlternatingCurrent交流open-loopcontrolsystems:Systemsinwhichtheoutputquantityhasnoeffectupontheinputquantity开环控制系统：输出量不影响输入量的系统functionalblockdiagram:功能框图commandinput:desireddarknessofthetoastorthedesiredspeedofthemotor指令输入：（面包的）期望黑度或者电动机的期望转速reference-selectorblock:selectionofthevalueoftimeonthetoastertimerorthe期望的面包黑度设定电压选择器电枢电压源激磁电压源磁场电流电枢电压马达速度直流马达指令输入参考选择器动态单元参考输入输出4valueofvoltageappliedtothemotorarmature参考选择器框：烤箱上定时器的时间值或电枢两端外加电压值的选择referenceinput:outputofthereference-selectorblock参考输入：参考选择器框的输出dynamicunit:theunitwhichthereferenceinputisappliedto动态单元：参考输入应用的单元desiredoutput:outputofthedynamicunit期望输出：动态单元的输出closed-loopcontrolsystems:Systemsinwhichtheoutputhasadirecteffectupontheinputquantity闭环控制系统：输出影响到输入的系统。functionalblockdiagramofasingle-inputsingle-output(SISO):单输入单输出系统的功能框图：characteristic:theoutputisfedbackandiscomparedwiththeinput特性：输出是反馈并与输入比较comparisonunit:performscomparisonbetweenthereferenceinputandthefeedbacksignalandresultsinanactuatingsignal比较单元：执行参考输入与反馈信号之间的比较，并产生一个激励信号Example:homeheatingcontrolsystem家用取暖控制系统指令输入参考选择器参考输入激励信号前向元件反馈信号反馈元件系统动态部分输出继电器炉子热空气排出口恒温器期望室内温度设定实际室内温度5Abimetalliccoilinthethermostatisaffectedbyboththeactualroomtemperature(output)andthereference-selectorsetting.恒温器中的双金属片既受到实际室温（输出），又受到参考选择器设定的室温双重影响。Anotherexample:RefertoCh.materialP1-14其它的例子：见材料1~141.3Definitions定义Fromtheprecedingdiscussionthefollowingdefinitionsareevolved,basedinpartonthestandardsoftheIEEE,andareusedinthistext.根据前面的讨论，引伸出了下列使用在本文中的定义，部分是基于IEEE标准[1]。IEEE:InstituteforElectricalandElectronicEngineers电气和电子工程师学会[美]System.Acombinationofcomponentsthatacttogethertoperformafunctionnotpossiblewithanyoftheindividualparts.系统许多部件的组合，这些部件组合起来能完成一定的功能，而其中任何单独的部件不能完成此功能。Commandinput.Themotivatinginputsignaltothesystem,whichisindependentoftheoutputofthesystemandexercisescompletecontroloverit(ifthesystemiscompletelycontrollable).指令输入加到系统的激励输入信号，该信号与系统的输出无关，并且在整个过程中对系统进行全面控制(假设系统是完全可控的)。Referenceselector(referenceinputelement).Theunitthatestablishesthevalueofthereferenceinput.Thereferenceselectoriscalibratedintermsofthedesiredvalueofthesystemoutput.参考选择器(参考输入环节)建立参考输入值的单元。根据系统输出的期望值对参考选择器进行设定。Referenceinput.Thereferencesignalproducedbythereferenceselector,i.e.,thecommandexpressedinaformdirectlyusablebythesystem.Itistheactualsignalinputtothecontrolsystem.参考输入参考选择器产生的参考信号，即以系统能直接使用形式表示的指令，它是控制系统的实际输入信号。Disturbanceinput.Adisturbanceinputsignaltothesystemthat