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[摘 要]机械自动化控制系统的发展，机械自动化控制系统的组成，结合国情发展机械自动化控制系统。
[关键词]机械自动化控制系统；数学模型；系统稳定性
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0006-01
1 自动控制系统的定义
所谓自动控制，指的是在没有人直接参与的情况下，利用控制器自动调节和控制机器设备或生产过程的工作状态，使之保持不变或按预定的规律变化这样一种现象。自动控制系统是由一些机电元件或装置以实现自动控制为目标而按照一定的方式和内容连续组合而成的一个整体。
2 机械自动控制系统
机械自动控制系统控制对象是机械，现代机械系统与自动控制系统常常融合在一起，构成“机电一体化系统”。1）按控制系统有无反馈划分。如果检测系统检测输出量，并将检测结果反馈到前面，参加控制运算，这样的系统称为闭环控制系统，前面例子就是闭环控制系统。2）按控制系统中的信号类型划分。如果控制系统各部分的信号均为时间的连续函数，称为连续控制系统。如果控制系统中有离散信号，称为离散控制系统。3）按控制变量额多少划分。如果系统的输入、输出变量都是单个的，称为单变量控制系统。
3 机械控制系统的数学模型
系统的数学模型就是用来描述系统内部物理量间相互关系的数学表达式，是物理模型的数学描述，是系统动态特性的一种量化表示形式。下面举个典型的机械系统例子来说明建立微分方程的基本方法。由质量为M（kg）的质块、刚度为K（N/m）的无重弹簧及阻尼系数为B（N.s/m）的阻尼器在铅垂方向的机械平移，建立以外力f（t）为输入量，以质块位移x（t）为输出量运动微分方程.质块在外力f（t）作用下产生运动，取其平静位置为运动坐标原点，运动位移坐標为x（t），x（t）的正方向。取质块为分离体，根据达朗贝尔原理，由力平衡关系可得：Mx（t）+Bx（t）+kx（t）=f（t）上式以外力f（t）为输入量，以质块位移x （t）为输出量的系统运动微分方程。公式中，Mx（t）为质量块的惯性力；Bx（t）为阻尼器作用与质块的阻尼力；kx（t）为弹簧作用力。阻尼力是阻尼元件内部由黏性摩擦表面间的相对运动引起的阻力，其大小与黏性阻尼系数B 和相对运动速度二者成正比，方向与相对运动速度方向相反。阻尼系数B 是阻尼力与相对运动速度之间的比例系数，其单位是N.s/m。在本例中，阻尼器内相对运动速度为x（t），阻尼力大小为Bx（t），方向与x（t）的方向相反。当选取质块静平衡位置为运动坐标原点时，质块重力和弹簧静变形作用力分量二者的大小相等、方向相反，彼此正好平衡抵消。
4 控制系统的稳定性分析
控制系统在实际中应用，其首要条件是系统必须是稳定的。因此，稳定性是控制系统的一项重要指标，分析系统的稳定性是控制理论的重要内容之一。所谓控制系统的稳定性，指的是控制系统在使它偏离平衡状态的扰动作用消失以后重新恢复到平衡状态的性能。而平衡状态指的是系统内部的各个变量在时间变化上等于零的运动状态，静止状态时唯一的平衡状态。任何一个在平衡状态下的控制系统，受到扰动作用后，必然会偏离平衡状态做运动，这种运动叫做受扰运动，当扰动消失后，受扰运动不会立即消失，这时的运动称为受扰自由运动，按受扰自由运动的变现形式不同，将系统分为稳定，不稳定和临界稳定三种状态。
5 系统性能的校正
系统性能的校正指的是按控制系统应具有的性能指标，寻求能够全面满足这些性能指标的校正方案以及合理地确定校正元件的参数值，通过调整结构参数或以某种方式加入一些新元件来改变系统的参数或结构，使修正后的系统符合设计指标要求。
5.1 校正方式
常用的系统校正方式有三种，即串联校正、反馈（并联）校正和顺馈（前馈）校正。串联校正是将校正装置串联在系统前向通路中的一种校正方式，如图A所示；反馈（并联）校正是将校正装置并联置于主反馈回路内部，形成局部反馈校正回路的一种校正方式，如图B 所示；顺馈（前馈）校正是其控制作用是由偏差产生的，因此控制误差是不可避免的，为提高控制精度，可在主反馈回路之外，在给定信号与主反馈信号引出点之前顺着前向通路方向引入校正装置，形成另一开环控制通路。在工程实际中最常用的校正方式是串联校正和反馈校正，在一些性能要求较高的系统中，常常混用串联和反馈校正。
5.2 校正装置
系统校正的另一个主要内容就是选择校正装置。常用的校正装置有很多，通常按照校正装置本身的幅频特性和相频特性形式来划分校正装置的类型。按幅频特性来划分，可将校正装置分为有源校正装置（对信号有增益作用）和无源校正装置（对信号无增益作用）两大类型。按相频特性来划分，可将校正装置分为相位超前校正装置、相位滞后校正装置及相位滞后———超前校正装置等类型。
6 结语
机械自动化是今后机械发展的方向，我国机械自动化的发展应该结合本国的国情，发展现代机械自动化技术，实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机械的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。在消化、吸收、融会、贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上，要努力做到从我国机械制造业的实际情况出发，发展创新，形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说。
参考文献
[1] 韩致信，袁朗，姚运萍.机械自动控制工程[M].科学出版社，2004.
[2] 柳洪义，原所先.机械工程控制基础[M].东北大学出版社，1999.
作者简介
时丕壮，湖北省荆州市人，就读于长江大学工程技术学院，专业机械设计制造及自动化。
[关键词]机械自动化控制系统；数学模型；系统稳定性
中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0006-01
1 自动控制系统的定义
所谓自动控制，指的是在没有人直接参与的情况下，利用控制器自动调节和控制机器设备或生产过程的工作状态，使之保持不变或按预定的规律变化这样一种现象。自动控制系统是由一些机电元件或装置以实现自动控制为目标而按照一定的方式和内容连续组合而成的一个整体。
2 机械自动控制系统
机械自动控制系统控制对象是机械，现代机械系统与自动控制系统常常融合在一起，构成“机电一体化系统”。1）按控制系统有无反馈划分。如果检测系统检测输出量，并将检测结果反馈到前面，参加控制运算，这样的系统称为闭环控制系统，前面例子就是闭环控制系统。2）按控制系统中的信号类型划分。如果控制系统各部分的信号均为时间的连续函数，称为连续控制系统。如果控制系统中有离散信号，称为离散控制系统。3）按控制变量额多少划分。如果系统的输入、输出变量都是单个的，称为单变量控制系统。
3 机械控制系统的数学模型
系统的数学模型就是用来描述系统内部物理量间相互关系的数学表达式，是物理模型的数学描述，是系统动态特性的一种量化表示形式。下面举个典型的机械系统例子来说明建立微分方程的基本方法。由质量为M（kg）的质块、刚度为K（N/m）的无重弹簧及阻尼系数为B（N.s/m）的阻尼器在铅垂方向的机械平移，建立以外力f（t）为输入量，以质块位移x（t）为输出量运动微分方程.质块在外力f（t）作用下产生运动，取其平静位置为运动坐标原点，运动位移坐標为x（t），x（t）的正方向。取质块为分离体，根据达朗贝尔原理，由力平衡关系可得：Mx（t）+Bx（t）+kx（t）=f（t）上式以外力f（t）为输入量，以质块位移x （t）为输出量的系统运动微分方程。公式中，Mx（t）为质量块的惯性力；Bx（t）为阻尼器作用与质块的阻尼力；kx（t）为弹簧作用力。阻尼力是阻尼元件内部由黏性摩擦表面间的相对运动引起的阻力，其大小与黏性阻尼系数B 和相对运动速度二者成正比，方向与相对运动速度方向相反。阻尼系数B 是阻尼力与相对运动速度之间的比例系数，其单位是N.s/m。在本例中，阻尼器内相对运动速度为x（t），阻尼力大小为Bx（t），方向与x（t）的方向相反。当选取质块静平衡位置为运动坐标原点时，质块重力和弹簧静变形作用力分量二者的大小相等、方向相反，彼此正好平衡抵消。
4 控制系统的稳定性分析
控制系统在实际中应用，其首要条件是系统必须是稳定的。因此，稳定性是控制系统的一项重要指标，分析系统的稳定性是控制理论的重要内容之一。所谓控制系统的稳定性，指的是控制系统在使它偏离平衡状态的扰动作用消失以后重新恢复到平衡状态的性能。而平衡状态指的是系统内部的各个变量在时间变化上等于零的运动状态，静止状态时唯一的平衡状态。任何一个在平衡状态下的控制系统，受到扰动作用后，必然会偏离平衡状态做运动，这种运动叫做受扰运动，当扰动消失后，受扰运动不会立即消失，这时的运动称为受扰自由运动，按受扰自由运动的变现形式不同，将系统分为稳定，不稳定和临界稳定三种状态。
5 系统性能的校正
系统性能的校正指的是按控制系统应具有的性能指标，寻求能够全面满足这些性能指标的校正方案以及合理地确定校正元件的参数值，通过调整结构参数或以某种方式加入一些新元件来改变系统的参数或结构，使修正后的系统符合设计指标要求。
5.1 校正方式
常用的系统校正方式有三种，即串联校正、反馈（并联）校正和顺馈（前馈）校正。串联校正是将校正装置串联在系统前向通路中的一种校正方式，如图A所示；反馈（并联）校正是将校正装置并联置于主反馈回路内部，形成局部反馈校正回路的一种校正方式，如图B 所示；顺馈（前馈）校正是其控制作用是由偏差产生的，因此控制误差是不可避免的，为提高控制精度，可在主反馈回路之外，在给定信号与主反馈信号引出点之前顺着前向通路方向引入校正装置，形成另一开环控制通路。在工程实际中最常用的校正方式是串联校正和反馈校正，在一些性能要求较高的系统中，常常混用串联和反馈校正。
5.2 校正装置
系统校正的另一个主要内容就是选择校正装置。常用的校正装置有很多，通常按照校正装置本身的幅频特性和相频特性形式来划分校正装置的类型。按幅频特性来划分，可将校正装置分为有源校正装置（对信号有增益作用）和无源校正装置（对信号无增益作用）两大类型。按相频特性来划分，可将校正装置分为相位超前校正装置、相位滞后校正装置及相位滞后———超前校正装置等类型。
6 结语
机械自动化是今后机械发展的方向，我国机械自动化的发展应该结合本国的国情，发展现代机械自动化技术，实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机械的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。在消化、吸收、融会、贯通国际上有用的自动化技术理论的基础上，要努力做到从我国机械制造业的实际情况出发，发展创新，形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说。
参考文献
[1] 韩致信，袁朗，姚运萍.机械自动控制工程[M].科学出版社，2004.
[2] 柳洪义，原所先.机械工程控制基础[M].东北大学出版社，1999.
作者简介
时丕壮，湖北省荆州市人，就读于长江大学工程技术学院，专业机械设计制造及自动化。