机电一体化技术基础与产品设计 刘杰版 课后答案与复习内容

3 13 1 简述计算机控制系统的组成和特点 简述计算机控制系统的组成和特点 答 计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成 其中硬件由计算机主机 接口电路 输入 输出通道及外部设备等组成 软件分为实时软件和开发软件 特点 1 具有完善的 输入 输出通道 2 具有实时控制功能 3 可靠性高 4 具有丰富 完善 能正确反映 被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统 3 23 2 简述计算机控制系统的常用类型及其特点 简述计算机控制系统的常用类型及其特点 答 常用类型 操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统和分级计算 机控制系统 特点 1 具有完善的输入 输出通道 2 具有实时控制功能 3 可靠性高 4 具有丰富的 完善 能正确反映被控制对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统 3 33 3 试述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法 试述计算机控制系统的基本要求和一般设计方法 答 基本要求 实时性 高可靠性 硬件配置的可装配课扩充性 可维护性 设计方法 作为计算机的控制系统的设计者 应根据机电一体化系统 或产品 中的信息 处理量 应用环境 市场状况及操作者的特点 优选出经济的合理的工业控制的计算机 3 43 4 简述常用的工业控制计算机类型及其特点 简述常用的工业控制计算机类型及其特点 答 1 普通 PC 机 其特点 运行速度快 带负载能力差 抗干扰能力差 a 单片机 其特点 高集成度 高运行速度 低功耗 小体积 使用方便灵活等 b 可编程序控制器 PLC 其特点 可靠性高 环境适应性强 灵活通用 使用方便和维 护简单 c 工业 PC 机 其特点 运行速度很快 带负载能力强 抗干扰能力强 3 53 5 PLCPLC 的硬件系统主要由哪几部分组成 各部分的作用是什么 的硬件系统主要由哪几部分组成 各部分的作用是什么 答 一 CPU 运算和控制核心 二 存储器 存储数据和程序 三 输入 输出 I O 单 元 CPU 与现场 I O 设备或其他外部设备的连接部件 四 电源 对系统供电 五 编程 器 人 机对话的工具 3 63 6 PLCPLC 控制系统设计步骤一般分为哪几步 控制系统设计步骤一般分为哪几步 答 1 PLC 控制系统的设计 2 PLC 控制系统设计内容 3 PLC 控制系统设计的基本思路 3 93 9 数字数字 PIDPID 控制器的参数整定方法有哪些 控制器的参数整定方法有哪些 答 凑试法凑试法和实验经验法实验经验法 3 123 12 简述计算机控制系统的设计思路 简述计算机控制系统的设计思路 答 设计思路 1 确定系统的总体控制方案 2 建立数学模型并确定控制算法 3 选择 微型计算机 4 控制系统总体设计 5 软件 2 1 3 IPCIPC 工控机的特点工控机的特点 可靠性高 实时性好 环境适应性强 丰富的输入输出模板 系统扩充性和开放性好 系统通信功能强 控制软件包功能强 冗余性 PLCPLC 的主要特点的主要特点 A 可靠性高 抗干扰能力强 B 通用性强 扩展方便 系统组成灵活 C 程序设计简单 易学 易懂 D 系统设计 开发周期短且方便 维护工作量小 E 对生产工艺改变适应性强 可进行柔性生产 PLCPLC 的应用范围的应用范围 1 开关逻辑控制 条件控制 2 模拟量控制 3 定时控制 4 计数控制 5 顺序 步进控制 6 数据处理 7 通信和联网 8 监控 可编程序控制器的基本类型可编程序控制器的基本类型 1 按控制规模分类 2 按结构分类 3 按生产厂家分类 可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成 1 中央处理单元 CPU 2 存储器 3 输入 输出模块 4 编程器 循环扫描工作方式循环扫描工作方式 即即 PLCPLC 对用户程序进行反复地扫描 逐条地解释用户程序 对用户程序进行反复地扫描 逐条地解释用户程序 并加以执行并加以执行 可编程序控制器的工作过程可编程序控制器的工作过程 A A 公共操作公共操作 B B 数据输入数据输入 输出操作输出操作 C C 运行监视运行监视 D D 执行外部设备指令执行外部设备指令 1 1 以扫描的方式执行操作 其输入 以扫描的方式执行操作 其输入 输出信号间的逻辑关系 存在着原理上的滞后 输出信号间的逻辑关系 存在着原理上的滞后 2 2 扫描周期除了执行用户程序所占的时间外 还包括系统管理操作占用的时间 扫描周期除了执行用户程序所占的时间外 还包括系统管理操作占用的时间 3 3 第 第 n n 次扫描执行程序时 所依据的输入数据是该次扫描之前的值次扫描执行程序时 所依据的输入数据是该次扫描之前的值 Xn 1Xn 1 所依据的 所依据的 输出数据有本次扫描前的值输出数据有本次扫描前的值 Yn 1 Yn 1 STDSTD 总线的性能特点总线的性能特点 1 支持的微型处理器 STD 总线支持 8 位微处理器 2 总线的基本组成 STD 总线是一种小型的 面向工业控制及测量的总线 全部总线只有 56 这 56 根总线被划分为四组 即 逻辑电源总线 6 根和辅助电源总线 4 根 双向数据总 线 8 根 地址总 16 根 控制总线 22 根 3 支持多处理器系统 可实现分布式 主机式及多主 STD 总线多处理器系统 总线按功能或信号类型划分总线按功能或信号类型划分 主要有三类总线 数据总线 地址总线 控制总线 PLCPLC 的主要特点的主要特点 A 可靠性高 抗干扰能力强 1 数字输入输出部分采用光电耦合隔离 模拟输入通道加入 R C 滤波器 有效地防止了干 扰信号的进入 传感器的概念传感器的概念 传感器是能感受被测量 并按照一定的规律将被测量转成可用输出信号的器件或装置 通 常由敏感元件和转换元件组成 它既能把非电量变换成电量 也能实现电量之间或非电量 之间的相互转换 传感器传感器一般由敏感元件 转换元件 基本转换电路三部分组成 内部传感器包括 内部传感器包括 检测位置 速度 力 力矩 温度以及异常变换的传感器 外部信息传感器包括外部信息传感器包括 视觉传感器 触觉传感器 力觉传感器 接近觉传感器 角度觉传 感器等 传感器的静态特性传感器的静态特性 量程 灵敏度 线性度 迟滞 重复度 分辨力 稳定性 零漂 精确 度 机电一体化中常用传感器机电一体化中常用传感器 位置传感器 位移 角度 距离测量传感器 速度和加速度测 量传感器 力和力矩测量传感器 视觉传感器 位置传感器位置传感器 微动开关 接近开关 位移 角度 距离测量传感器位移 角度 距离测量传感器 电位器 互感变压器 编码器 超声波距离传感器 速度和加速度测量传感器速度和加速度测量传感器 测速发电机 应变片加速度传感器 伺服加速度传感器 压 电加速度传感器 力和力矩测量传感器力和力矩测量传感器 力和力矩的一般检测方法 六轴力觉传感器 机械传动系统的主要结构机械传动系统的主要结构 减速装置 丝杠螺母副 齿轮系及蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构 凸轮机 构等非线性传动部件 导向支承部件 旋转支承部件 轴系及架体等机构组成 齿轮传动齿轮传动 利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动 齿轮传动形式齿轮传动形式 常用的齿轮减速器装置有一级 二级 三级等传动形式 各级传动比的最佳分配原则各级传动比的最佳分配原则 1 等效转动惯量小的原则 2 输出轴转角误差小的原则 3 体积重量最小的原则 齿轮传动间隙的调整方法齿轮传动间隙的调整方法 刚性消隙法 1 偏心套 轴 调整法 2 轴向垫片调整法 3 斜齿轮垫片调整法 柔性消隙法 A 双片薄齿轮错齿调整法 B 斜齿轮轴向压簧调整法 谐波齿轮传动的原理及结构谐波齿轮传动的原理及结构 谐波齿轮传动是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动 主要结构 波形发生器 3 H 刚轮 柔轮 滚珠丝杠螺母副的传动原理滚珠丝杠螺母副的传动原理 滚珠螺旋传动是具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件 滚珠 使丝杠与螺母之间 的摩擦由普通螺旋的滑动摩擦变换为滚动摩擦 主要结构 丝杠 螺母 滚珠 滚珠循环返回装置 挠性传动挠性传动主要包括带传动和链传动 他们都是通过挠性曳引元件 在两个或多个传动轮之 间传递运动和动力 带传动带传动中所使用的挠性曳引元件为各种形式的传动带 按其工作原理分为摩擦型带传动和 啮合型带传动 链传动链传动中所用的挠性曳引元件为各种形式的传动链 链传动通过链条的各个链节与链轮轮 齿相互啮合实现传动 3 1PLC3 1PLC 的硬件系统主要由哪几部分组成 各部分的作用是什么 的硬件系统主要由哪几部分组成 各部分的作用是什么 答 一 CPU 运算和控制核心 二 存储器 存储数据和程序 三 输入 输出 I O 单 元 CPU 与现场 I O 设备或其他外部设备的连接部件 四 电源 对系统供电 五 编程 器 人 机对话的工具 3 2PLC3 2PLC 的工作原理及工作过程的工作原理及工作过程 循环扫描工作方式循环扫描工作方式 即即 PLCPLC 对用户程序进行反复地扫描 逐条地解释用户程序 并加以对用户程序进行反复地扫描 逐条地解释用户程序 并加以 执行执行 可编程序控制器的工作过程可编程序控制器的工作过程 A A 公共操作公共操作 B B 数据输入数据输入 输出操作输出操作 C C 运行监视运行监视 D D 执行外部设备指令执行外部设备指令 1 1 以扫描的方式执行操作 其输入 以扫描的方式执行操作 其输入 输出信号间的逻辑关系 存在着原理上的滞后 输出信号间的逻辑关系 存在着原理上的滞后 2 2 扫描周期除了执行用户程序所占的时间外 还包括系统管理操作占用的时间 扫描周期除了执行用户程序所占的时间外 还包括系统管理操作占用的时间 3 3 第 第 n n 次扫描执行程序时 所依据的输入数据是该次扫描之前的值次扫描执行程序时 所依据的输入数据是该次扫描之前的值 Xn 1Xn 1 所依据的 所依据的 输出数据有本次扫描前的值输出数据有本次扫描前的值 Yn 1 Yn 1 3 3 3 3PLCPLC 与普通计算机的主要区别与普通计算机的主要区别 比较项目比较项目通用计算机通用计算机PLCPLC 工作目的工作目的科学计算 数据处理等科学计算 数据处理等 工业自动控制工业自动控制 工作环境工作环境对工作环境的要求较高对工作环境的要求较高 对环境的要求低 可在恶劣的工业现场工作对环境的要求低 可在恶劣的工业现场工作 工作方式工作方式中断处理方式中断处理方式 循环扫描方式 扫描周期一般为几十毫秒循环扫描方式 扫描周期一般为几十毫秒 系统软件系统软件需自备功能较强的系统软件需自备功能较强的系统软件 一般只需简单的监控程序一般只需简单的监控程序 采用的特殊措施采用的特殊措施掉电保护等一般性措施掉电保护等一般性措施 采用多种抗干扰措施 自诊断 断电保护 采用多种抗干扰措施 自诊断 断电保护 可在线维修可在线维修 编程语言编程语言 汇编语言 高级语言 如 汇编语言 高级语言 如 VBVB VCVC 梯形图 助记符语言 梯形图 助记符语言 SFCSFC 标准化语言标准化语言 对操作人员要求对操作人员要求需专门培训 并具有一定的计算机基础需专门培训 并具有一定的计算机基础 一般的技术人员 稍加培训即一般的技术人员 稍加培训即 可操作使用可操作使用 对内存要求对内存要求容量大容量大容量小容量小 其他其他 机种多 模块种类多 易于构成系统机种多 模块种类多 易于构成系统 3 43 4 梯形图语言和继电器控制的区别梯形图语言和继电器控制的区别 继电器控制原理图使用的是硬件继电器盒定时器 靠硬件链接组成控制线路 而继电器控制原理图使用的是硬件继电器盒定时器 靠硬件链接组成控制线路 而 PLCPLC 梯形梯形 图使用的是内部软继电器 定时器图使用的是内部软继电器 定时器 计数器 靠软件实现控制 因此计数器 靠软件实现控制 因此 PLCPLC 梯形图使用具有很梯形图使用具有很 高的灵活性 修改控制过程非常方便 高的灵活性 修改控制过程非常方便 3 53 5 选用传感器如何考虑传感器的静态特性和动态特性 选用传感器如何考虑传感器的静态特性和动态特性 传感器的静态特性传感器的静态特性 量程 灵敏度 线性度 迟滞 重复度 分辨力 稳定性 零漂 精确 度 传感器的动态特性传感器的动态特性取决于传感器本身和输入信号的形式 为了分析方便 动态输入信号的 形式通常采用正弦周期信号和阶跃信号表示 3 6PID 算法的优点 1 PID 算法蕴含了动态控制的过去 将来 未来的主要信息 而且其配置最