文档介绍：自动控制与力学的关系
要阐述自动控制与力学的关系,我们必须要先了解这两者的基本概念.
自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自至今已经过了三代的发展:第一代为20世纪初开始形成并于50年代在线性代数的数学甚而上发展起来的现代控制理论;第三代为60年代中期即已萌芽,在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论.
自动控制系统的分类有多种方法。①按控制装置类型,可分为常规控制和计算机控制两种。常规控制采用模拟式控制器(见控制仪表),计算机控制采用电子数字计算机。②按有无反馈,可分为闭环控制系统和开环控制系统。③按设定值是否固定,可分定值控制系统和随动控制系统。定值控制系统的设定值固定不变,控制系统可自动克服扰动的影响,使被控变量保持基本恒定。随动控制系统中设定值是变化的,系统使被控变量随设定值而变化。例如,在化工生产中,要求物料A的流量与另一物料B的流量保持一定的比值,如果物料B的流量是变化的,物料A的流量就必须随之变化,此时物料A的流量控制就属于随动控制类型。
离散控制理论在计算中也有很广泛的应用,例如,开方:
开方公式:X(n+1)=Xn+[A/X^(k-1)-Xn]1/k.
例如我们开3次方,即K=3;
公式:X(n+1)=Xn+[A/X^2-Xn]1/3
例如,A=5,5在1的3次方和2的3次方之间,,,,,,,,,,。假如我们取2为初始值:
第一步:2+(5/2x2-2)1/3==X1
第二步:+(5/-)1/3==X3
第三步:+(5/-)1/3==X4
第四步:+(5/-)1/3==X5
每计算一次,比上一次多取一位数,计算次数与精确度成正比。取值偏大公式会自动调小,例如第一步和第二步,取值偏小公式会自动调大,例如第三步,第四步。
力学是独立的一门基础学科,主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分,静力学研究力的平衡或物体的静止问题;运动学只考虑物体怎样运动,不讨论它与所受力的关系;动力学讨论物体运动和所受力的关系。现代的力学实验设备,诸如大型的风洞、水洞,它们的建立和使用本身就是一个综合性的科学技术项目,需要多工种、多学科的协作。
力学是研究物质机械运动规律的科学。自然界物质有多种层次,从宇观的宇宙体系,宏观的天体和常
规物体,细观的颗粒、纤维、晶体,到微观的分子、原子、基本粒子。通常理解的力学以研究天然的或人工的宏观对象为主。但由于学科的互相渗透,有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中的对象以及有关的规律。
力学又称经典力学,是研究通常尺寸的物体在受力下的形变,以及速度远低于光速的运动过程的一门自然科学。力学是物理学、天文学和许多工程学的基础,机械、建筑、航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本依据。机械运动是
物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学运动,是物质在时间、空间中的位置变化,包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等。而平衡或静止,则是其中的特殊情况。物质运动的其他形式还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和化学运动等。
力是物质间的一种相互作用,机械运动状态的变化是由这种相互作用引起的。静止和运动状态不变,则意味着各作用力在某种意义上的平衡,因此,力学可以说是力和(机械)运动的科学。
力学在汉语中的意思是力的科学。汉语“力”字最初表示的是手臂使劲,后来虽又含有他义,但都同机械或
运动没有直接联系。“力学”一词译自英语mechanics(源于希腊语μηχανη──机械)。在英语中,mechanics是一个多义词,既可释作“力学”,也可释作“机械学”、“结构”等。在欧洲其他语种中,此词的语源和语义都与英语相同。汉语中没有同它对等的多义词。mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的学科名词传入中国时,译作“重学”,后来改译作“力学”,一直使用至今。“力学的”和“机械的”在英语中同mechanical,而现代汉语中“机械的”又可理解为“刻板的”。这种不同语种中词义包容范围的差异,有时引起国际学术交流中的周折。例如机械的(mechanical)自然观,其实指用力学解释自然的观点,而英语mechanist是指机械师,不是指力学家。
了解了这两个基本概念后,接下来我们就来探讨下这两者之间的联系:
一:自动控制的发展是建立在力学的基础上的,换句话说,