ME369 系统模型、分析与控制 Modeling Analysis and Control ·莫锦秋 ·上海交通大学机械与动力学院 School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fa2015 [引例]车辆速度控制 【步骤1】建模 【步骤2】分析 School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 1
1 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 系统模型、分析与控制 Modeling 、Analysis and Control • 莫锦秋 • 上海交通大学机械与动力学院 ME369 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University [引例] 车辆速度控制 【步骤1】建模 【步骤2】 分析
引例：车辆速度控制 【步骤3】控制 设计并实施一个能完成目标输入的控制系统 系统稳定 一好的瞬态响应特性 一好的稳态响应特性 desired speed control gain Desired Speed = actual speed Actual Speed engine torque Disturbance School of Mechanical Engineering ME369-lecture Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 课程概括 健模 对集中参数的动态系统建立系统、标准化模型 -多能量域 标准流程和格式 分析 分析工程系统的性能，并进行预测 -系统级别上的分析 -时域或频域上进行 控制 设计（反馈）控制器实现（闭环）稳定性、达到特定系统性能 --反馈、闭环 School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2014 2
2 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 【步骤3】控制 – 设计并实施一个能完成目标输入的控制系统 ---系统稳定 --- 好的瞬态响应特性 --- 好的稳态响应特性 引例: 车辆速度控制 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 Fall 2014 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 课程概括 建模 ---------多能量域 --------标准流程和格式 --------系统级别上的分析 --------时域或频域上进行 --------反馈、闭环 对集中参数的动态系统建立系统、标准化模型 分析工程系统的性能，并进行预测 设计（反馈）控制器实现（闭环）稳定性、达到特定系统性能 控制 分析
相似(Analogies)系统 4个不同系统 y(t)=Charge v(t)=angular displace u(t)=torque u(t)=voltage WVAIAV L y(t)=translate displace u(t)=force 0=P资sure 0）二dn 1个模型 i(t)+ai()+By(t)=u(t) School of Mechanical Engincering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 什么是模型？ ?一组假设 ? 张示意图 组方程 组曲线 个仿真 ！ 确保可靠性能 !防止失败 ！实施反馈控制 School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015
3 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 相似(Analogies) 系统 y t( ) Charge u t( ) voltage y t( ) translate displace u t( ) force y t( ) angular displace u t( ) torque y t( ) Pressure ( ) dq u t dt y() () () () t y t y t ut 4个不同系统 1 个模型 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 什么是模型？ ? 一组假设 ? 一张示意图 ? 一组方程 ? 一组曲线 ? 一个仿真 ！确保可靠性能 ！防止失败 ！实施反馈控制
系统类型 1.简单(Simple)vs.复杂(Complex) 2.集中参数(Lumped)vs.参数分布(distributed) 3.线性(Linear)vs.非线性(Nonlinear) 4.定常(Time-invariant)vs.时变(Time varying) 5.连续(Continuous)vs.离散(Discrete) School of Mechanical Engincering ME369-lecture Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 控制的定义 Control: to dominate: to govern; to manipulate: to master; to lay hold of: to be at the wheel; to hold in check: to keep in check; to get command of 控制：(《现代汉语词典》) 掌握住对象不使任意活动或超出范围：或使其按控制者的意愿活动。 对事物起因、发展及结果的全过程的把握，能预测和了解并决定事物的结果 Friction Force Cutting Force What is the voltage uft) that should be applied to Voltage input Desired speed motor so that output speed Industrial Output Speed of Motor yit)follows rit) Drive System (Reference Iput) irrespective of various G() disturbance forces？ Plant Controller School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 4
4 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 系统类型 1. 简单(Simple) vs. 复杂 (Complex) 2. 集中参数(Lumped) vs.参数分布 (distributed) 3. 线性(Linear) vs. 非线性(Nonlinear) 4. 定常(Time-invariant) vs. 时变 (Time varying) 5. 连续(Continuous) vs. 离散 (Discrete) BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 控制的定义 Control: to dominate; to govern; to manipulate; to master; to lay hold of; to be at the wheel; to hold in check; to keep in check; to get command of 控制: （《现代汉语词典》） 掌握住对象不使任意活动或超出范围;或使其按控制者的意愿活动。 对事物起因、发展及结果的全过程的把握，能预测和了解并决定事物的结果
飞轮(Flywheel) 作用力 阻力 系统 亏功 输入功 输出功 飞轮 储能器 School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 恒温箱温度控制 示意图 (Schematic diagram) 系统原理方块图 System block diagram) School of Mechanical Engineering ME369-lecture 1 Shanghai Jiao Tong University Fall 2015 5
5 BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 飞轮(Flywheel) BE315-Lecture 1 Fall 2011 ME369-lecture 1 Fall 2015 School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University 恒温箱温度控制 系统原理方块图 （System block diagram） 示意图 （Schematic diagram）