控制工程基础教案。河南科技大学,机电工程学院

控制工程基础

机械电子工程教研室仲志丹

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控制论和机械电子工程专业的关系 机械电子工程专业包括了四种基本学科 机械学 控制论 电子学 计算机科学

控制论在科学体系中的地位

各学科的交错又派生出很多交叉学科

自从1948年维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机械中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。 维纳：“控制论的目的在于创造一种语言和技术，使我们有效地研究一般的控制和通讯问题，同时也寻找一套恰当的思想和技术，以便通讯和控制问题的各种特殊表现都能借助一定的概念以分类。”

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本讲内容 1. 2. 3. 4. 5.实例：蒸汽机转速自动控制控制理论发展简史控制系统的工作原理和组成基本术语控制理论研究的中心问题

Short historical notes Water level controllers date back to ancient Greece (Ktesibios of Alexandria, water clock, 270 B.C.), (Philon of Byzantium, 250 B.C.), (Heron of Alexandria,

≈100 A.D.)

James Watt’s flyball governor (1788) Used to regulate the speed of steam engines. If speed increases, flyballs spread apart and the steam flow through the throttle is reduced. And vice versa.

Frequency domain (1930-1950) (H. Nyquist, H.W. Bode, N.B. Nichols)

State-space and optimal control (1950-1980) (R. Kalman, R. Bellman)

Nonlinear, robust, adaptive, optimization-based, (…) control (1980-today)

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Example:Steam Engine

Example:Steam Engine ---Newcomen Steam Engine 1710年，英国人汤玛斯·纽科门 (Thomas Newcomen )发明了第一部实用的蒸汽机：纽科门蒸气机。被运用在矿区与油田，节省大量的人力。 缺点： 效率低 转速不稳定

James Watt (1736-1819)

蒸汽机的历史可以追溯到公元1世纪。最早见于记录的是由古希腊哲学家希罗提出的 aeolipile。 瓦特改良了蒸汽机，吹响了工业革命的号角，使人类进入蒸汽时代。“它(蒸汽机)武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。”