自动控制的基本思想是建立在反馈(Feedback)的概念之上的。所谓反馈,就是把物体的现在的状态(位移、速度、温度等)与所希望的状态(目标)相比较,然后对偏差进行修正的过程。例如开车时,如果发现车子偏离了车线,就要转动方向盘以进行修正。这个过程就是一个典型的反馈控制,即通过眼睛(传感器)观察到的汽车的行进方向传给大脑(控制器),大脑对这个信号与期望的行进方向进行比较并作出向左还是向右转动方向盘的判断,然后再发指令到手臂(执行器),对方向盘进行操作。由此可见,构成一个控制系统,需要可以测量到物体状态量的传感器系统(Sensor)、对信号进行分析处理的控制器系统(Controller)和实际完成控制动作的执行器系统(Actuator)。对于结构振动控制而言,现在最常用的传感器就是压电式加速度传感器,速度和位移可以由加速度的积分运算得到;控制器就是计算机类的CPU装置(如Digital Signal Processor,DSP);执行器则有液压式、气动式、压电式和电磁式等。
控制理论的发展始于20世纪40年代,其发展过程可以大致分为以下3个阶段:20世纪40年代至50年代,古典控制理论;20世纪60年代至70年代,现代控制理论;20世纪80年代至90年代,后现代控制理论。时至今日,作为一门技术基础学科,和材料学科一样,控制理论已广泛地应用于各个工业技术领域,如火箭卫星的轨道和姿势控制、生产自动化的过程控制、工业机器人的运动和动作控制、发动机的燃料喷射控制、车辆的运动稳定性控制等。
随着微电子技术的迅速发展,在20世纪80年代,振动与噪声的主动控制获得了众多研究人员的关注,并取得了很大进展,其成果已经应用于高层建筑的振动控制(地震,强风对策)、高级轿车的主动悬架控制、管道噪声的消音控制等。尤其是控制系统设计与分析软件的开发与普及(如Matlab),为振动控制的计算机仿真提供了有力的手段。(www.xing528.com)
本节主要以振动控制为应用背景,介绍控制理论的基本概念和方法。有关控制理论的详细介绍可参阅有关教科书。
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