机电一体化技术与系统笫6章 机电一体化控制系统设计(修改版2015-12).ppt

扬州职大 周德卿 2014.6 * 扬州职大 周德卿 2014.6 * 扬州职大 周德卿 2015.12 * 第6章 机电一体化系统与设计 6.1 机电一体化控制系统构成 机电一体化控制系统是机电一体化产品中最重要的部份，主要实现内部和外部的各部份协调、控制及信息处理等。 应用于不同被控对象和控制目标的机电一体化控制系统，在控制装置、控制原理和控制结构上往往有很大差异，例如全自动洗衣机与机床数控系统是完全不同的。 全自动洗衣机控制系基本上是个定值系统，即根据衣服数量、品种、脏污程度，控制器进行定时清洗与脱水、定水量及定洗涤剂等控制，以最终自动实现洗净衣服的控制目标。 而机床数控系统控制系统则是随动控制系统，即跟踪加工零件轮廊编程数值位置（给定值是按零件轮廊变化的），以实现机械零件自动加工。但是，它们基本构成则是相同的，如6-1图所示。 扬州职大 周德卿 2015.12 * 图6-1 机电一体化控制系统的基本构成原理框图 由图6-1可见，机电一体化控制系统是由传感器、控制器、执行机构（包括电动机、传动机械、执行机械）和被控对象所构成的整体。 被控对象---可以是一个过程，例如化工、冶金，纺织等生产过程；也可以是一台设备如机床、机器人或一条生产线如饮料自动灌装生产线、数控FMS柔性加工系统等。 被控参数---位置、速度、力矩等。 e(t)--是给定值r(t)与传感器检测反馈的被控参数实际值之偏差 ，该给定值可以是定值也可以如零件轮廓程序那样是随时间变化的数值。 u(t)--是控制器输出，经转换、放大（如D/A转换、功率放大器），驱动执行机构，控制或调节被控对象的位置、速度、力矩、物理或化学参数等，从而实现控制的目标。 P.I.D---是控制器对偏差e的比例、积分、微分校正算法。 从系统的角度来研究一个机电一体化表置，工作原理可简化成下图： 扬州职大 周德卿 2015.12 * 6.2 机电一体化控制系统分类 1.顺序控制和反馈控制 按在机电一体化控制系统控制器中是否存在被控对象状态函数分有： 顺序控制－－依据时间、行程、工序工步或工艺流程或其它逻辑条件等决定被控对象运行步骤，例如组合机床、各种自动生产流水线等。 反馈控制－－依据被控对象运行状态、位置、物理参数等来决定被控对象的变化趋势，一般有传感器进行反馈的是闭环控制系统，如变频空调的温度控制系统。 当空调房间受到人数的变化、散热条件变化等外界干扰时，房间实际温度值与设定值(例如25Co)有偏差时，空调微机控制器就自动调节供给制冷压缩机电源的频率，使压缩机运转速度发生变化，也就改变了制冷量。此时装于吹风机上的温度传感器测量并将房间温度变化反馈至微机控制器，再与设定温度值比较。当温度偏差值到达允许的范围内时，微机控制器保持压缩机供电电源频率不变，也就保持压缩机速度不变，制冷量也维持不变，整个控制系统处于一个新的平衡状态。 扬州职大 周德卿 2015.12 * 2.定值系统、随动系统和程控系统 按系统输出变化规律分类的，类型有： 定值系统---在外界干扰下，系统输出仍基本保持常量。例如加热炉温度定值自动调节系统如图6-2a）所示， 图6-2a是原理框图。 随动系统---系统输出能适应输入在较大范围内按任意规律变化，例如数控机床伺服系统、坦克火控系统等，图6-3 示出了有位置反馈能随动跟踪零件轮廓的数控系统。 程序控制系统---系统输出按既定程序变化，而不管外界条件是如何变化。例如由可编程控制器控制的数控冲床、高层电梯、交通指挥灯等，图6-4所示的就是一个程序控制系统控制的机械零件装配机器人。 扬州职大 周德卿 2015.12 * 图6-2 加热炉炉温定值自动调节系统 a)加热炉温度定值自动调节系统 b）加热炉温度定值自动调节系统原理框图 扬州职大 周德卿 2015.12 * 图6-3 有位置反馈的随动跟踪零件轮廊数控系统 图6-4 机器人装配机械零件程序控制系统 扬州职大 周德卿 2015.12 * 3.连续控制系统和离散控制系统 这是按系统中所处理信号的形式来分类的，类型有： 连续控制系统---信号是以模拟量形式被处理和传输的，控制器采用硬件模拟电路来实现。如化工生产过程中各种流量、压力、温度、液位等自动化仪表进行自动测量与自动调节控制。 离散控系统---采用计算机对数字信号进行处理，控制器是以软件算法为主的数字调节器。如前述的机床数控系统。 4.其它系统 按机电一体化控制系统被控对象自身特性和控制算法来分类，可将控制系统分为线性系统与非线性系统；确定系统与随机系统；时变系统与时不变系统；以及自适应、自学习、神经元网络控制