机电控制-PPT课件.ppt

1、1p 控制器在工业中的地位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。为什么开设为什么开设机电控制机电控制技术课程技术课程？机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院2数控机床数控机床机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院3机器人机器人 美国George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)(1954)，两，两年后，被称为机器人之父的Joseph Engelberger创立了第一家机器人公司，Unimation

2、。机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院4航天航空航天航空机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院5中国嫦娥中国嫦娥3 3号在月面软着陆成功号在月面软着陆成功(2013)(2013)机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院6p工业中常用控制器工业中常用控制器机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院7机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院8本课程的主要内容本课程的主要内容：工业中常用控制器的工作原理及系统

3、设计工业中常用控制器的工作原理及系统设计低压电器低压电器PLCPLC单片微型计算机单片微型计算机机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院9课程的特点课程的特点：知识面广、涉及深度有限；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；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。讲课、上机、个人自学相结合。成绩构成：成绩构成：闭卷考试闭卷考试70%+考勤考勤15%+作业作业15%机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继

4、续教育学院10教学要求与目标教学要求与目标掌握掌握达到达到机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院11教材及参考资料教材及参考资料教材教材 机电传动控制机电传动控制 芮延年主编芮延年主编 机械工业出版社机械工业出版社参考书籍、期刊、网站参考书籍、期刊、网站机电控制技术，杨汝清，机电控制技术，杨汝清，20082008，科学出版社，科学出版社http:/http:/WWWWWW( (中国工控网）中国工控网）http:/ http:/ （中国期刊网）（中国期刊网）机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院12理论教学内容及学时

5、安排理论教学内容及学时安排第一章第一章 概述概述 2学时学时第二章第二章 机电控制系统模型机电控制系统模型 3学时学时第三章第三章 继电器接触器控制系统继电器接触器控制系统 16学时学时第四章第四章 可编程序控制器原理及应用可编程序控制器原理及应用 18学时学时第五章第五章 单片机原理及应用单片机原理及应用 24学时学时 注：教材中的第三章传感器技术不讲述！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2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院13实验教学内容及学时安排实验教学内容及学时安排第一部分第一部分 低压电器仿真低压电器仿真 4学时学时第二部分第二部分 PLC

6、硬件组态、软件开发硬件组态、软件开发 4学时学时第三部分第三部分 单片机硬、软件仿真单片机硬、软件仿真 4学时学时理论学时理论学时+ +实验学时实验学时=75=75学时学时机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院14控制系统控制系统本章主要介绍内容本章主要介绍内容机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院15控制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、镇压自动控制自动控制 1.1 1.1 控制系统基本概念控制系统基本概念例例1.1.钢铁轧制钢铁轧制:轧出厚度一致的高精度铁板轧出厚度一致的高精度铁板温度

7、控制温度控制, ,生铁成分控制生铁成分控制, ,厚度控制厚度控制, ,张力控制等等。张力控制等等。例例2.2.程控机床程控机床:自动进刀切削，加工出预期的几何形自动进刀切削，加工出预期的几何形状状直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制, ,等等。等等。控制装置或控制器控制装置或控制器被控对象被控对象被控量被控量机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院16 人工控制人工控制过程过程（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）根据偏差偏差大小和方向调节调压器，控制加热电

8、阻丝的电流（控制量）以调节温度回复到要求值。例例1.1. 恒温箱控制恒温箱控制11.21.2如何实现如何实现恒温？恒温？机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14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。自动控制过程自动控制过程（1）恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信号u=u1-u2t u2 u ua n v u t机电控制技

9、术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院18检测偏差检测偏差纠正偏差纠正偏差系统输入量系统输入量系统输出量系统输出量偏差偏差反馈反馈机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院19例2 .水箱液位控制人工控制人工控制自动控制自动控制系统输入量系统输入量系统输出量系统输出量偏差偏差反馈反馈机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院20控制系统的工作原理控制系统的工作原理检测偏差检测偏差纠正偏差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

10、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）反馈控制）机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院211.3 1.3 按输入量按输入量特征分类特征分类按传递信按传递信号分类号分类按系统构按系统构成分类成分类按系统中按系统中元件特性元件特性按信号传递按信号传递方向方向恒值控制恒值控制连续控制连续控制开环控制开环控制线性控制线性控制前馈控制前馈控制程序控制程序控制离散（数离散（数字）控制字）控制闭环控制闭环控制非线性控制非线性控制反馈控制反馈控制随动控制随动控制半闭环控半闭环控制制机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续

11、教育学院22按输入量的特征分类按输入量的特征分类恒值控制系统恒值控制系统：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。随动系统随动系统：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、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2022-2022-5-145-14上海交大继续教育

12、学院23按系统中传递信号的性质分类按系统中传递信号的性质分类 连续控制系统：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：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。机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院24方程系数与时间的关系方程系数与时间的关系-定常、时变定常、时变* *按系统元件特性分类按系统元件特性分类线性控制系统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。以线性微分方程线性微分方程来表述。非

13、线性控制系统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。用非线性微分方程非线性微分方程来表述。机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院25开环控制与闭环控制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：开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统 全闭环半闭环全闭环半闭环机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院26开环控制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。简单、稳定、可靠。缺点缺点机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大

14、继续教育学院27闭环控制闭环控制 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，减少偏差优点优点精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感缺点缺点存在稳定、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2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院281.4 1.4 自动控制系统的基本要求自动控制系统的基本要求稳定性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。稳定性稳定性是控制系统正常工作的先决条件是控制系统正常工作的先决条件稳定的摆不稳定的摆机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交

15、大继续教育学院29稳定稳定: :当扰动取消后，系统都能够恢复到原有的平衡状态。 大范围稳定大范围稳定小范围稳定小范围稳定不稳定不稳定机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院30 控制系统在外部拢动作用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，系统仍能自动恢复自动恢复到原来的初始平衡状态初始平衡状态。(a)外加扰动u线形定常系统的线形定常系统的稳定性的定义稳定性的定义(b)稳定(c)不稳定注意：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2022

16、-2022-5-145-14上海交大继续教育学院31 控制精度，以系统稳态误差稳态误差来衡量。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实际值与给定量给定量之间的差值差值。 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。 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各有侧重。 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约。如提高系统响应的快速性，可能会引起振荡，稳定性变差；改善系统的稳定性，控制过程可能过于迟缓，甚至控制精度降低。机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院32请继续学习请继续学习下一章内容！下一章内容！机电控制技术第一章概述2022-2022-5-145-14上海交大继续教育学院33