第一章 机电传动与控制.ppt

2020 1 28 机电传动与控制 刘玉锋 2020 1 28 第一章绪论 第一节机电传动控制的发展一 机电传动的发展 1 成组拖动一台电机拖动一根天轴 然后由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各种生产机械 特点 生产效率低 劳动条件差 2 单电动机拖动 一台电机拖动一台生产机械 提高了传动效率 目前中小型生产机械采用单电动机拖动 2020 1 28 3 多电机拖动 一台生产机械 每个运动部件分别由一台电动机拖动 例如 龙门刨床刨台刀架横梁夹紧机构分别由独立的电动机拖动特点 简化了传动机构 控制灵活 便于实现生产自动化 2020 1 28 4 交直流无级调速 直流电动机具有良好的起动 制动和调速性 能在宽范围内实现平滑无级调速 交流电动机调速 利用变频器实现交流电动机调速 能在宽范围内实现平滑无级调速 特点 单机容量大 转速高 体积小 可靠性高 2020 1 28 二 机电控制系统的发展 1 继电接触器控制实现的功能 起动 停车 调速 自动循环保护等控制特点 结构简单 价廉 控制方式直观 可靠 易掌握 易维护 体积大 工耗大 控制速度慢 改变控制程序难 2020 1 28 2 顺序控制器控制 顺序控制器控制是继电器和半导体元件综合应用控制装置 特点 容易改变程序 通用性强 随着微电子技术和计算机技术的发展 出现两个分支 1 可编程序控制器控制技术 2 单片机控制技术 2020 1 28 3 可编程序控制器PLC 可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicControl PLC 是微电子技术 计算机技术 继电接触器控制技术相结合的产品 特点 容易编程 通用性强 接线简单 有功率级输出 抗干扰能力强 工作可靠发展方向 微型 简易 价廉 适合于机电一体化产品大容量 高速 高性能 能实现网络通信 2020 1 28 第二节 机电一体化技术 一 机电一体化的基本概念1 机电一体化的意义随着大规模的集成电路和微型计算机的发展 机械技术与电子技术的深度结合 综合运用机械技术 微电子技术 自动控制技术 信息技术 传感测试技术 电力电子技术 接口技术 信号变换技术及软件编程技术等群体技术 根据系统功能的目标和优化组织结构的目标 合理配置机械本体 执行机构 动力驱动装置 传感测试元件 微电子信息传输和处理单元等硬件元素 并在 2020 1 28 软件程控和微电子电路的逻辑 有目的信息流向导引下 相互协调 有机融合和集成 形成物质 能量和信息的有序规则运动 在高功能 高质量 高可靠性 低能耗的意义上 实现特定功能价值的系统工程技术 A 机电一体化技术它是微电子技术 计算机技术 信息技术与机械技术相结合的 新兴的综合性的高新技术与微电子技术的有机结合 B 机电一体化产品它是新型机械与微电子器件 特别是微处理器 微型机相结合 而开发出来的新一代电子化机械产品 20世纪七十年代 机电一体化是最早出现的日本汉字 后来我国接受这一概念 Mechatronics机电一体化 机械电子学 Mechanics机械学 Electronics电子学 2020 1 28 日本造英文字 1984年 美国机械工程协会ASME给出现代机械系统定义 由计算机信息网络协调与控制的 用于完成包括机械力 运动和能量流等动力学任务的机械和机电部件相互联的系统 2 基本结构要素一个完善的机电一体化系统 应包括五大基本要素 1 机械本体系统所有功能元素的机械支持结构 包括机身框架 机械连接等 材料 工艺 性能和水平的提高 适应产品的高效 多功能 可靠 结构上 小型 轻量和美观等要求 2 能源部分为系统提供能量和动力 使系统正常运行 常用主要能源 电源 气压源和液压源等 2020 1 28 3 测试传感部分对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测 变成可识别的信号 传输到信息处理单元 经过分析和处理后 产生相应的控制信息 4 驱动机构执行机构提供动力 驱动各种执行机构 来完成各种动作和功能 要求 高效率 快速响应特性 对外部适应性和可靠性 根据控制信息和指令 完成要求的动作 执行机构是运动部件 机械 电磁 电液等 要考虑匹配性 改善性能 提高刚度 减轻重量 实现模块化 标准化和系列化 提高整体的可靠性 2020 1 28 5 控制及信息处理单元将各传感信息和外部命令进行集中存储 分析 加工 并按一定的程序和节奏发出相应的指令 控制整个系统有目的运行 组成 计算机 可编程控制器PLC 数控装置 逻辑电路 I O A D D A 要求 处理速度快 可靠性高 抗干扰能力强 完善的系自我诊断功能 智能化 小型化 轻量化 标准化等 2020 1 28 头脑 手足 检测 控制 五官 骨胳 内脏 驱动 结构 能源 人体五大要素机电一体化五大功能 机电一体化系统或产品和人体功能要素 2020 1 28 头脑 手足 传感器 计算机 五官 骨胳 内脏 执行机构 机械结构 动力 人体五大要素机电一体化五大要素 机电一体化系统或产品和人体功能要素 2020 1 28 3 机电一体化产品的分类 1 以发展水平分类 A 功能附加型初级产品B 功能代替型中级产品C 机电融合型高级产品 2 以应用范围分类 A 日常生活机电产品 亦称民用产品例如 自动洗衣机 自动照相机B 社会生产机电产品 亦称产业机电产品例如 数控机床 工业机器人C 办公自动化机电产品 亦称办公机电产品例如 复印机 打字机 2020 1 28 二 机电一体化系统的相关技术 1 机械技术机械技术是基础 在结构 质量 体积 材料 刚性和耐用等方面 与机电一体化相适应 利用高新技术更新概念 例如 CAPP CAD CAM 专家系统 CIMS等2 计算机与信息处理技术计算机的硬件技术和软件技术 网络与通信技术 数据库技术 人工智能技术 专家系统技术等 信息处理技术包括信息的交换 存取 运算 判断和决策等等 2020 1 28 3 系统技术以整体的概念组织 应用各个相关技术 从全局角度和系统目标出发 将总体分解成相互联系的若干个概念单元 以功能单元为子系统进行二次分解 生成功能更为单一和具体的子功能单元 直到能找出一个可实现的技术方案 对系统设计和产品开发十分重要 如 电气接口 机械接口 人机接口4 自动控制技术具体控制装置和控制系统的设计 如 位置控制 速度控制 自适应控制 自诊断校正等 2020 1 28 直接指行操作的技术 实现电信号到机械动作的转换装置和部件 如 电液马达 油缸 气缸 步进电动机 直流伺服电动机和交流伺服电动机等等 6 伺服驱动技术 5 传感与检测技术传感与检测是实现自动控制和自动调节的关键环节 如 物理量 化学量和生物量等变成可视别的电信号 2020 1 28 三 机电一体化技术的经济效益 社会效益及发展前景 一 经济效益 社会效益及发展前景1 提高精度由于机械传动的减少 配合间隙和受力变形等所引起的误差减小 自动检测 自动控制 自动补偿和校正 如 电子化圆度仪 精度由0 025微米到0 01微米大型数控镗铣床 精度由0 06微米到0 02微米2 增强功能采用高新技术 机电一体化产品具备多种复合功能 这是一个显著特征 如 加工中心 一次装夹完成多道工序 2020 1 28 3 提高生产效率 降低生产成本减少操作人员 减少准备时间和辅助时间 提高产品的合格率 缩短新产品的开发周期如 数控机床生产率提高5 6倍柔性制造系统生产周期缩短40 成本降低50 4 节约能源 降低消耗采用低能耗的驱动机构 最佳的调节控制 如 微处理机控制工业锅炉节煤5 20 5 提高安全性和可靠性机电一体化系统具有自动检测监控 能对各种故障和危险情况自动保护 如 大型冲压机 2020 1 28 1 性能上 向高精度 高效率 高性能 智能化的方向发展