机电控制 PPT课件

1、,1,控制器在工业中的地位,生产过程、设备、系统自动化离不开控制器； 控制器是系统、产品的核心单元； 控制器的品质往往决定了整个系统（或产品）的质量等级。,为什么开设机电控制技术课程？,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,2,数控机床,美国MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一台数控机床(1952),数控车床,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,3,机器人,美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器

2、人公司，Unimation。,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,4,航天航空,世界第一颗人造地球卫星(Sputnik)由苏联发射成功(1957),机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,5,中国嫦娥3号在月面软着陆成功(2013),机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,6,工业中常用控制器,低压电器,可编程序控制器,单片微型计算机,DSP数字信号处理器,运动控制卡,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,7,工业计算机,DCS集散系统,PAC,机电控制技术,第一章概述,202

3、0/7/28,上海交大继续教育学院,8,本课程的主要内容：,工业中常用控制器的工作原理及系统设计 低压电器 PLC 单片微型计算机,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,9,课程的特点：,知识面广、涉及深度有限； 工程性强，结合实例着重方案分析与归纳，介绍软件功能并结合上机实验讲解基本操作； 讲课、上机、个人自学相结合。 成绩构成： 闭卷考试70%+考勤15%+作业15%,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,10,教学要求与目标,掌握,达到,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,11,教材及参考资料,教

4、材 机电传动控制 芮延年主编 机械工业出版社 参考书籍、期刊、网站 机电控制技术，杨汝清，2008，科学出版社 http:/WWW(中国工控网） （中国期刊网）,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,12,理论教学内容及学时安排,第一章 概述 2学时 第二章 机电控制系统模型 3学时 第三章 继电器接触器控制系统 16学时 第四章 可编程序控制器原理及应用 18学时 第五章 单片机原理及应用 24学时 注：教材中的第三章传感器技术不讲述！,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,13,实验教学内容及学时安排,第一部分 低压电器仿真 4学

5、时 第二部分 PLC硬件组态、软件开发 4学时 第三部分 单片机硬、软件仿真 4学时,理论学时+实验学时=75学时,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,14,本章主要介绍内容,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,15,控制 :为了达到某种目的对事物进行支配、管束、管制、管理、监督、镇压。,自动控制 : 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称 ）,使机器、设备或生产过程（ ）的某个工作状态或参数（即 ）自动地按照预定的规律运行（或变化）。,1.1 控制系统基本概念,例1.钢铁轧制:轧出厚度一致的高精度铁板 温度控制,生铁

6、成分控制,厚度控制,张力控制等等。,例2.程控机床:自动进刀切削，加工出预期的几何形 状直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制,等等。,控制装置或控制器,被控对象,被控量,什么是控制？,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,16,人工控制过程 （1）观测恒温箱内的温度（被控制量） （2）与要求的温度（给定值）进行比较得到温度偏差的大小和方向 （3）根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流（控制量）以调节温度回复到要求值。,实质检测偏差再纠正偏差。,例1. 恒温箱控制,1.2 控制系统的工作原理,如何实现 恒温？,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28

7、,上海交大继续教育学院,17,（3）温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差u=0,电机停止转动。,自动控制过程,t u2 u ua n v u t,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,18,系统原理方块图,实质 检测偏差 纠正偏差,系统输入量,系统输出量,偏差,反馈,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,19,例2 .水箱液位控制,人工控制,自动控制,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上

8、海交大继续教育学院,20,控制系统的工作原理：检测偏差再纠正偏差 检测输出量（被控制量）的实际值； 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。（反馈控制）,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,21,1.3 控制系统的基本类型,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,22,按输入量的特征分类,恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 随动系统：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要

9、求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。 如：交通信号灯、洗衣机等,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,23,按系统中传递信号的性质分类,连续控制系统： 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 离散（数字）控制系统： 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。,机

10、电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,24,方程系数与时间的关系-定常、时变*,按系统元件特性分类,线性控制系统： 由线性元件组成，输入输出间具有叠加性和均匀性性质。 以线性微分方程来表述。,非线性控制系统： 系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。 用非线性微分方程来表述。,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,25,开环控制与闭环控制,实际的控制系统根据有无反馈作用可分为：,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,26,开环控制,控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。

11、,数控机床的开环控制系统方块图,优点：简单、稳定、可靠。,缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,27,闭环控制,闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。,优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感,缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,28,1.4 自动控制系统的基本要求,稳定性： 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。,

12、稳定的摆,不稳定的摆,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,29,稳定: 当扰动取消后，系统都能够恢复到原有的平衡状态。,大范围稳定,小范围稳定,不稳定,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,30,控制系统在外部拢动作用下偏离其原来的平衡状态，当拢动作用消失后，系统仍能自动恢复到原来的初始平衡状态。,(a)外加扰动,线形定常系统的稳定性的定义,(b)稳定,(c)不稳定,注意：控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致,机电控制技术,第一章概述,2020/7/28,上海交大继续教育学院,31,准确性： 控制精度，以系统稳态误差来衡量。稳态误差是指输入量作用系统后，系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。,快速性： 系统输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。,注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和