现代的控制理论简介

下列几方面为现代控制理论发展的促进因素:

1.处理更多的现实模型系统的必要性

2.强调向最佳的控制和最佳的系统设计的升级

3.数字化计算机技术的持续发展.

4.当前技术的不成熟.

众所周知的方法在其它知识领域的适用性得到承认.

从容易解决的简单近似的模型到更多的现实模型的转变产生了两种效果：首先，模型必须包括很多的变量。其次，一个十分逼真的模型是尽可能

的包括非线性和随时间变化的参数。早先的忽略了系统的一些方面，例如很有可能的一方面就是在环境中有着反馈的交互作用。

在现代科技高度发达的社会，存在一种非常雄心的目标的趋势，这也意味着要处理有着很多相互关联成分的复杂系统，高精确度与高效率的需要改变了控制系统的执行重点。在超频百分比，时间设置，频宽等等方面的经典规范，在很多情况下解决了优化标准如最小能量，最小花费，最小时间控制，优化这些标准时很难避免和不开心的非线性打交道。即使基础系统是线性的和不随时间变化的，优化控制理论显示非线性时间变化控制也被应用到了。

不停发展的计算机技术在控制领域创造了三条最重要的影响。其中一项是有关数字化的超级计算机，较之这本书首印时期，现在能模拟，分析，控制的问题的大小和种类都要大得惊人。

计算机技术的第二个问题就是必须处理微型计算机在家庭和工作地的扩散与广泛的可靠性。古典的控制理论是以图画似的方法为主导的. 因为在时间那是唯一的解决确定的问题的途径。为了系统分析和设计,现在每一个控制设计者很容易有机会接近强大的计算机内部。老的图画似的方法不但没有消失, 并且还使其自动化了.它们之所以能生存是因为提供了洞察力与直觉，许多不同的技术经常能更适合于计算机。虽然计算机能被用于执行经典的改变-到转的改变方法，但它通常更多的有效用于直接整合微分方程。

计算机的第三个，也是最重要的方面，就是它们现在已经如此普遍地应用于控制系统，俨然其中的一员。其价格，型号和稳定性使得能够在许多系统中常规的使用。这也意味着离散的-时间和数字的系统控制现在比在它过去更受人关注。

现代的控制理论更适合上面的趋势. 因为它的时间-领域技术和它的数学的语言(公式, 线性向量空间, 等等.) 是处理计算机时的方法。. 计算机是状态变量方法存在的主要原因。

最多的古典的控制技术是为了发展只有一个输入和一个输出(或许少许输入和输出)线性常数系数系统. 古典的技术的语言是拉普内斯或Z-改变和传送功能. 就在那个时候非线性和时间变量出现了, 这些古典的技术的基础远离了. 一些成功的技术例如阶段-平面方法, 描述函数, 和其他的特别方法,发展并缓和了这些缺点。然而, 最大的成功被这些低级命令系统限制了. 现代的控制理论的状态变量接近供应统一和强大的方法表现任意的订购的系统, 线的或非线性的, 有时间-改变或常数系数.它为形成计算机的执行提供了理论，同时也对大多数优化理论的进程负有责任。

现代的控制理论是在控制领域的最近发展. 因此, 这个名字至少替换了一个描述性的标题. 然而, 现代的控制理论的基础在其它已知领域也被发现了. 用一般化坐标和一般化瞬间表现一个系统时，在相关状态变量上，其等同到接近哈密尔敦函数机械学,. 这接近的优势在古典的物理学已经闻名了许多年. 应用数学领域中，在处理各种形式相类似的方程时，利用母式的优越性早已表现出来了，线性代数学也很大程度上归功于现代的控制理论。 这是由于线性代数学所提供的简明的符号, 结果的普遍性, 和思考的效率。

表面粗糙度的技术

在已经进行机械加工过的表面，有五种基本的影响其表面粗糙度的技术。

1、切断过程的基本几何学. 例如，在单点车削时，工件每转一周，刀具就沿轴线方向进给一个固定的距离。从垂直刀具进给的方向观察，所得到的表面上有很多尖角，这些尖角的形状与切削刀具的形状相同。

2、切断操作的效率. 已经提过的用不稳定的切削瘤切削将会加工出包含有坚硬的切削瘤碎片在上面的表面，而这些将会导致表明粗糙度的等级降低。已经证明，在采用进给量大，前角小，切削速度低的不利情况下，除了产生不稳定的切削瘤外，切削过程也会不稳定。同时，在切削区里进行的也不再是切削，而是撕裂，导致厚度不均匀，不连续的切削，加工出的表面质量差。在切削加工延展性良好的金属材料，如铜和铝时，这种情况就尤为突出。

3、机械工具的稳定性。在许多联合切削的情况下：工件的大小，夹紧的方法，和切断工具相对于机床结构的坚硬度，不稳定性是建立在使其变化的工具上的。在某些情况下，这种变化将达到并保持很长一段时间，在另外一些情况下，这种变化将会产生，除非切断停止，否则，将肯定会同时对切断刀具和工具产生破坏。这种现象就是知名的刀振，在轴向转动被描述为在工件表面的长间距螺旋状带和段间距波动在机械加工的过渡表面。

4、刀刃的移动效率。在不连续的产品加工过程中例如易碎材料的磨或旋转，我们期望碎片在重力作用或在冷却液的喷射作用下将离开切削面域。而且怎么也不会影响切削表面。然而，在连续切削时，产品是明显的，除非逐步控制刀刃，否则他很有可能中级切削表面并在其上留下记号。不可避免，这记号在旁边样子不美的, 时常导致差的表面粗糙度。

5、切断工具的有效清除角。由于副切削刃的某种几何特征减轻和清除了角，使得在主切削面上主切削刃切削和副切削刃打磨变得可能。这样能加工出良好的表面粗糙度，但是，当然，它严格来讲，是一种金属切削和金属成型的综合，而不失被认为的一种实际的切削方法。然而，归功于切削工具的表面处理，这些情况偶尔才会出现，并导致了表面特性的标志性改变。

表面精整加工与尺寸控制

产品在被加工成它们的适当的外形和大小时，经常地需要各种的表面精整加工，使得其能够比较令人满意地履行它们的功能. 在一些情况下，通过提高材料表面的物理特性来抵抗腐蚀和磨损是非常重要的。在许多制造过程中，产品表面上都残留有污垢，碎屑，油渍以及其它有害的材料。假设那是由不同种金属材料，或是由同一种金属材料在不同的加工方式中所造成的，大多数需要一些特殊的表面处理技术来提供均匀的外表面。

有时表面精整加工也许只是中间阶段处理，例如，清洁的和磨光在任何一种电镀之前都是必不可少的工序。有些清洁程序是为了改善配合处表面的光滑程度，或是清除会对稍候工序产生有害作用的毛刺和尖角。表面精整加工的另一重要需要就是为了在各种各样的环境下防腐蚀。这种保护程序很大程度上依赖于预期的暴露，考虑到材料将被保护和其所包含的经济因素。

满意于上表面材料使应用主要表面精整技术成为必然性，而这技术包括材料工作表面特性在化学上的改变，用各种方法清洗，以及有机的和金属的保护膜的应用。

在早期的工程中，零部件的装配是这样完成的：加工一个部件使其尽可能的达到要求的大小，加工装配部件接近大小时，也就完成了它的加工，继续提供另一部件，直到获得所要求的配合关系。如果在加工一个部件时不方便提供另一部件，那么最后的工作将交予装配工完成，它刮削装配部件直到获得要求的配合。因此，装配工也就成为了“fitter”在字面上的意思了。很显然，这两部件将必然保持在一起，最重要的是其中一个具有互换性，装配也将全部重新完成。在这期间，我们希望能更换一个已经坏掉了的零件，并且在不需要刮磨和其它装配作业的情况下就能具有原有功能。

如果一个部件能被用作为备用件去替换另一格同样尺寸和材料特性的零件，那么我们就说它具有互换性。具有互换性的系统经常可以减少其产品成本，因此，对于一种昂贵的，琐细的加工工艺没有必要存在。而且万一假使顾客有必要更换磨损了的零部件。

大批量生产的零部件都具有可互换性。也就是说，一部机器或一个系统的每一个零部件都做成确定的大小和规格，因此它们将用于装入于同类型的其它机器或系统。为了使零部件具有互换性，每个单个零件都必须做成可以与其配件能正确装配。把每个零件做成确切的大小

那不但没有必要，也是不切实际的。这是因为机器不时完美无缺的，加工工具也会在加工过程中逐渐损耗。在允许范围内稍微的尺寸变动经常是允许的。而这个变动的范围是由要进行制造的零件所决定的。例如，一个零件要做成6英寸大小，长度变化范围是正负0.003英寸。因此，这个零件制成5.997英寸或者6.003英寸都符合正确的尺寸要求。这就是极限。上限尺寸与下限尺寸之间的大小就是公差。公差就是零件大小尺寸总的允许变动量。

基本尺寸就是那样的尺寸，从基本尺寸出发，应用极限和公差来得到(推导出)尺寸极限。

有时候极限允许值存在于一个方向，这就是所谓的单边公差。

单边公差标注是一种只表现在标称大小的单方向的尺寸标注制度，它允许在没有严重影响配合的前提下来改变孔或轴的公差。

当公差是基本尺寸向两侧延伸时，这时就变成了双向公差（正或负）。

双向公差标注是一种当公差在分离或者表现与标称尺寸两侧时的尺寸标注制度。极限尺寸标注就是一种在仅仅表现出尺寸的最大值或最小值是的尺寸标注制度。因此，公差就是在这两种尺寸之间的距离。

机器加工的介绍

作为一种成型方法，机械加工得到了普遍应用并且成为了机械制造过程中最重要的部分。机械加工是一种在动力驱动下使材料以碎屑的方式分离的成型方法。尽管在某些场合，工件无支撑情况下，使用移动式装备来实现加工，但大多数的机械加工还是通过既支承工件又支承刀具的装备来完成。

小批量的安装成本。机械加工在机械制造中有两种应用形式。为铸造，锻造和压力加工等的特种成型制造，仅仅只是一个零部件，几乎经常达到了刀具的高花费。这些外形可能是焊接而成的，它很大程度上取决于可利用的原材料的外形。一般来说，通过利用高价设备而又无需特种加工条件下，几乎可以从任何种类原材料开始，借助机械加工把原材料加工成任意所要求的结构现状，只要外部尺寸足够大，那都是可能的。

严密的精度，合适的表面粗糙度。机械加工的另一个应用就是基于高精度和表面精整处理上的。对于虽低但可以接受的公差，许多小批量加工的零件可以利用其它的方法来大批量的生产。另一方面，许多零部件的外形是由在所选的需要高精度的表面经过大量的机械加工所形成的。例如内孔，很少是由除了机械加工以外的方法加工的，压力加工零件上的小孔，也许就是在压力加工操作之后的机械加工出来的。