机电一体化系统设计教案课件-.ppt

1、第四章第四章机电一体化系统机电一体化系统微机控制系统选择与设计微机控制系统选择与设计 张建民张建民 编著编著高等教育出版社高等教育出版社讲授：何庆中讲授：何庆中机机 电电 工工 程程 系系厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。微机控制系统的引用，在制系统的要求越来越高。微机控制系统的引用，在许多方面能满足机电一体化控制系统的要求。许多方面能满足机电一体化控制系统的要求。微机控制系统微机控制系统：是将微型计算机

2、作为机电一体是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微型计算机的工作原理、接化产品的控制器，结合微型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、相应的控制硬件和口电路（数字和模拟）的设计、相应的控制硬件和软件，以及它们之间的匹配，实现对控制对象的有软件，以及它们之间的匹配，实现对控制对象的有效控制。效控制。常用的微机控制系统：常用的微机控制系统：专用微机控制系统专用微机控制系统 核心部件为单片机和单板机。核心部件为单片机和单板机。通用微机控制系统通用微机控制系统 核心部件为可编程控制器核心部件为可编程控制器和工业计算机。和工业计算机。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 在确定微机控制

3、系统时，应重点考虑在确定微机控制系统时，应重点考虑几方面的问题。几方面的问题。（1）专用专用/通用微型计算机的选择通用微型计算机的选择 1）专用控制系统的构成与特点专用控制系统的构成与特点 用于大批量生产的机电一体化产品。用于大批量生产的机电一体化产品。具有机械电子有机结合紧凑，由专用具有机械电子有机结合紧凑，由专用ICIC芯芯片、接口电路、执行元件、传感器等相互片、接口电路、执行元件、传感器等相互合理匹配成专用控制器，软件采用专用机合理匹配成专用控制器，软件采用专用机器代码或语言，可靠性强，成本低，但适器代码或语言，可靠性强，成本低，但适应能力较差。应能力较差。厚德达理厚德达理 励志勤工励志

4、勤工 构成：控制系统以通用微型计算机为构成：控制系统以通用微型计算机为核心，设计专用或选用通用的集成核心，设计专用或选用通用的集成ICIC芯片、芯片、接口电路、执行元件、传感器，以及相互接口电路、执行元件、传感器，以及相互合理匹配元件，组成具有较好通用能力的合理匹配元件，组成具有较好通用能力的控制器。软件采用通用平台软件系统。控制器。软件采用通用平台软件系统。特点：具有可靠性高，适应性强，但特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。应用：适用于多品种、中小批量生产应用：适用于多品种、中小批量生产的机电一体化产品。的机电一体化产品

5、。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 任何微机控制系统的控制功能，即可以任何微机控制系统的控制功能，即可以由硬件实现，也可以由软件实现，两者的合由硬件实现，也可以由软件实现，两者的合理匹配是确定或选用微机控制系统研究内容理匹配是确定或选用微机控制系统研究内容之一。之一。主要依据主要依据经济性、可靠性、适用性经济性、可靠性、适用性等要等要求来决定。求来决定。主要用通用分离元件组成的控制系主要用通用分离元件组成的控制系统统最好采用软件来实现对机电一体化产最好采用软件来实现对机电一体化产品的主要控制功能，接口少，易于调整，适品的主要控制功能，接口少，易于调整，适应能力强，但成本较高。应能力强，但成本

6、较高。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 主要用专用集成元件组成的控制系主要用专用集成元件组成的控制系统统最好选用硬件实现对机电一体化产最好选用硬件实现对机电一体化产品的主要控制功能，具有廉价、可靠、处品的主要控制功能，具有廉价、可靠、处理速度快等特点。理速度快等特点。由于工作环境比较恶劣（存在电噪声干由于工作环境比较恶劣（存在电噪声干扰等），易产生故障。为提高控制系统的扰等），易产生故障。为提高控制系统的环境适应能力和抗干扰能力，以及可靠性，环境适应能力和抗干扰能力，以及可靠性，必须采取相应的抗干扰措施。必须采取相应的抗干扰措施。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）确定系统总体控制方

7、案）确定系统总体控制方案 总体控制方案确定技术路线总体控制方案确定技术路线 从系统构成上考虑控制方式（开环控制、半闭从系统构成上考虑控制方式（开环控制、半闭环控制、闭环控制）环控制、闭环控制）传感元件选用（含精传感元件选用（含精度）度）选用选用/设计执行元件设计执行元件考虑被控制对考虑被控制对象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速响应象特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速响应特性）特性）微机在整个控制系统中的作用（计算、微机在整个控制系统中的作用（计算、数据处理、直接数据处理、直接/间接控制方式、控制功能、间接控制方式、控制功能、I/OI/O接口、外围设备等）接口、外围设备等）控制系统成本核算

8、。控制系统成本核算。确定微机控制系统总体控制的初步方案确定微机控制系统总体控制的初步方案 总体方案可行性论证总体方案可行性论证总体方案技术总体方案技术/经济经济评价评价总体方案鉴定。总体方案鉴定。最终确定微机控制系统总体控制方案最终确定微机控制系统总体控制方案厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 目的在于确定微机控制系统输入目的在于确定微机控制系统输入/输出之间的输出之间的数字和逻辑数学模型的数学表达方式，为控制系数字和逻辑数学模型的数学表达方式，为控制系统输出的控制信号，实现被控制对象的各控制功统输出的控制信号，实现被控制对象的各控制功能、精度、稳定性、可靠性等要求提高可靠的理能、精度、稳定性

9、、可靠性等要求提高可靠的理论依据。论依据。常用的控制算法：常用的控制算法：逐点比较法逐点比较法、数字积分法数字积分法、PIDPID调节控制法调节控制法、最小拍控制法最小拍控制法、最优控制法最优控制法、随机控制法随机控制法、自适自适用控制法用控制法、遗传控制法遗传控制法、模糊控制法模糊控制法、鲁棒控制鲁棒控制法法、神经网络控制法神经网络控制法、专家系统专家系统等。等。选用何种控制算法，应依据被控制对象的具体选用何种控制算法，应依据被控制对象的具体要求而定，主要包括控制功能、精度、稳定性、要求而定，主要包括控制功能、精度、稳定性、可靠性等。可靠性等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 任何微机控制

10、系统中的微型计算机，无论被控制对任何微机控制系统中的微型计算机，无论被控制对象的要求如何，对微型计算机都有一定最基本要求。象的要求如何，对微型计算机都有一定最基本要求。1 1）较完善的适时中断系统）较完善的适时中断系统 实时控制能力、紧急处理能力。实时控制能力、紧急处理能力。2 2）足够的存储容量（）足够的存储容量（ROMROM、RAMRAM、EPROM EPROM）有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工作的正常运行。作的正常运行。3 3）完善的输入）完善的输入/输出通道输出通道 逻辑、数字、模拟通道，以及输入逻辑、数字、模拟通道，以及输入/输

11、出通道接口数。输出通道接口数。4 4）实时时钟控制）实时时钟控制 作为控制系统实现控制功能的基准。作为控制系统实现控制功能的基准。除此之外，还有一些特殊要求除此之外，还有一些特殊要求字长、运行速度、字长、运行速度、指令、成本、编程难易、输入指令、成本、编程难易、输入/输出接口扩展能力等。输出接口扩展能力等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 可选用微型计算机主要有三种类型：可选用微型计算机主要有三种类型：单片机单片机 主要包括数字计算机四个基本组成部分主要包括数字计算机四个基本组成部分(CPU(CPU、EPROMEPROM、RAMRAM、I/O)I/O)，双列直插式集成电路。，双列直插式集成电

12、路。具有结构简单、实用范围广，但需用专用的开发系具有结构简单、实用范围广，但需用专用的开发系统对其软件和硬件进行开发才能满足使用要求。统对其软件和硬件进行开发才能满足使用要求。单板机单板机 将单片机、编程器、外部存储器、专用将单片机、编程器、外部存储器、专用/通用接口电路等板卡式微型计算机。具有成本低、体通用接口电路等板卡式微型计算机。具有成本低、体积小特点，主要用于生产现场的控制系统；但内存容量积小特点，主要用于生产现场的控制系统；但内存容量少，接口电路少，采用机器语言编程、程序编写、调试少，接口电路少，采用机器语言编程、程序编写、调试困难。困难。微型计算机微型计算机 具有丰富的软件和硬件支

13、持，具有具有丰富的软件和硬件支持，具有可视化界面的系统软件、可应用高级语言、汇编语言等可视化界面的系统软件、可应用高级语言、汇编语言等编写应用程序，程序编写、调试方便快捷，有多样化数编写应用程序，程序编写、调试方便快捷，有多样化数据信号输入据信号输入/输出接口（输出接口（COMCOM、USBUSB）或插槽（）或插槽（PCIPCI、ISAISA）；但价格比较昂贵、抗干扰能力较差。）；但价格比较昂贵、抗干扰能力较差。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 一旦被控制对象的具体要求、微型计算机、控制一旦被控制对象的具体要求、微型计算机、控制软件平台确定，便可进行控制系统的总体设计。软件平台确定，便可进行

14、控制系统的总体设计。主要解决系统硬件、软件和操作人员三者之间的主要解决系统硬件、软件和操作人员三者之间的匹配，数据信息和控制信息交换的通讯接口设计（硬匹配，数据信息和控制信息交换的通讯接口设计（硬件接口），能分时时序控制设计（应用软件设计）等件接口），能分时时序控制设计（应用软件设计）等方面问题。方面问题。控制系统总体设计的主要内容：控制系统总体设计的主要内容：1 1）软件与硬件功能合理分配与协调）软件与硬件功能合理分配与协调(主要依据经济主要依据经济性、可靠性指标进行软件性、可靠性指标进行软件/硬件的分配、协调与权衡硬件的分配、协调与权衡)。2 2）接口设计（输入）接口设计（输入/输出信号匹

15、配与协调）。输出信号匹配与协调）。3 3）通道设计（信号通讯方式与）通道设计（信号通讯方式与I/OI/O类型）。类型）。4 4）操作控制台设计（人机交换方式）。）操作控制台设计（人机交换方式）。5 5）可靠性设计（可靠性设计方案与措施）。）可靠性设计（可靠性设计方案与措施）。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 系统软件系统软件：主要有操作系统、故障诊断系统、：主要有操作系统、故障诊断系统、开发系统、信息处理系统等。开发系统、信息处理系统等。在机电一体化产品的控制系统软件设计中、一在机电一体化产品的控制系统软件设计中、一般不设计系统软件，只是合理选用并了解基本的般不设计系统软件，只是合理选用并了

16、解基本的工作原理和熟练使用方法的问题。工作原理和熟练使用方法的问题。应用软件应用软件：由操作者依据被控制系统的控制要：由操作者依据被控制系统的控制要求和特点，用户自行编写完成的。求和特点，用户自行编写完成的。对于操作者或编程员来讲，所指的软件设计均对于操作者或编程员来讲，所指的软件设计均为应用软件设计。为应用软件设计。除此之外，在应用软件设计时，还应考虑一些除此之外，在应用软件设计时，还应考虑一些基本要求。基本要求。实时性、针对性、灵活性和通用性等方面要求。实时性、针对性、灵活性和通用性等方面要求。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工第第4.24.2节节 8086/80888086/8088微机

17、的硬件结构特微机的硬件结构特点点第第4.34.3节节 Z80CPUZ80CPU的结构特点及储存器、的结构特点及储存器、输入输入/输出扩展接口输出扩展接口第第4.44.4节节 单片机的结构特点与最小应用单片机的结构特点与最小应用第第4.54.5节节 数字显示器及键盘的接口电路数字显示器及键盘的接口电路 以上四节在以上四节在微型计算机原理与应用微型计算机原理与应用和和计算机控制系统计算机控制系统课程中，已作为重点加以学课程中，已作为重点加以学习过，在此不做详细讲解，请同学们复习以下，习过，在此不做详细讲解，请同学们复习以下，如果在下面的章节中设计到相关知识要点，再加如果在下面的章节中设计到相关知识

18、要点，再加以说明。以说明。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）PLCPLC的基本工作原理与构成的基本工作原理与构成 工作原理工作原理：使用可编程存储器存储用户设使用可编程存储器存储用户设计的应用程序指令，由指令实现逻辑运算、顺计的应用程序指令，由指令实现逻辑运算、顺序操作、定时、计数、算术运算和序操作、定时、计数、算术运算和I/OI/O接口通接口通讯来控制机电一体化系统（产品）。讯来控制机电一体化系统（产品）。基本构成：基本构成：主要由微处理器（主要由微处理器（CPUCPU）、存）、存储器（储器（RAMRAM、ROMROM、EPROMEPROM）、）、I/OI/O接口（数字、接口（数字

19、、模拟）、编程接口、编程器（含显示）等组成。模拟）、编程接口、编程器（含显示）等组成。显示器编程器编程接口存储器(RAM ROM)(CPU)微处理器I/O接口控制对象厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 PLC可编程逻辑控可编程逻辑控制器的设计者向用户制器的设计者向用户提供简明、易学、易提供简明、易学、易记的汇编语言，也可记的汇编语言，也可借助于逻辑梯形图作借助于逻辑梯形图作为编程的首选编程语为编程的首选编程语言，将一组含义明确、言，将一组含义明确、功能性强、为数不多功能性强、为数不多的指令用指令助记符的指令用指令助记符表示的一种直观易懂表示的一种直观易懂的编程方法。的编程方法。END厚德达理厚

20、德达理 励志勤工励志勤工钻 头 快 进S1动 作 否？S2动 作 否？钻 头 慢 进S3动 作 否？钻 头 快 退结 束NYYNYN冷 却 油控 制 阀 动 作延 时 10s夹 紧 装 置 动 作启 动上 到 工 序 结 束 为 本 工 序 启 动 信 号夹 紧 控 制 继 电 器 K1吸 合定 时 器 T1延 时 10S后 动 作吸 油 控 制 继 电 器 K2吸 合喷 油 驱 动 电 磁 阀 YV吸 合钻 头 是 否 快 接 近 到 工 件判 断：工 进 开 始工 进 控 制 继 电 器 K3吸 合工 进 控 制 接 触 器 KM3吸 合快 进 控 制 接 触 器 KM2吸 合夹 紧 控

21、制 接 触 器 KM1吸 合判 断：孔 深 达 到 否？钻 削 完 毕：快 退 控 制 继 电 器 K4吸 合快 退 控 制 接 触 器 KM4吸 合判 断：钻 头 退 到 原 位 否？本 工 序 结 束厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 微机控制系统以及各主要功能元件（部件）的输微机控制系统以及各主要功能元件（部件）的输入入/输出信号控制功能主要由硬件和软件设计来保证。输出信号控制功能主要由硬件和软件设计来保证。在硬件设计中，如何提高控制系统的工作可靠性，在硬件设计中，如何提高控制系统的工作可靠性，是微机控制系统设计的重要环节之一。主要包括：是微机控制系统设计的重要环节之一。主要包括：1 1

22、）能可靠地传递各类控制信息）能可靠地传递各类控制信息 有效保证输入有效保证输入/输出控制信号转换的运动状态。输出控制信号转换的运动状态。2 2）能够进行有效的信息转换）能够进行有效的信息转换 满足微机对输入满足微机对输入/输出信息类型的转换要求。如：输出信息类型的转换要求。如：A/DA/D、D/AD/A转换；平行数字信号与串行数字信号的转换；转换；平行数字信号与串行数字信号的转换；电平信号的转换与匹配；电量与非电量的转换；强电电平信号的转换与匹配；电量与非电量的转换；强电与弱点转换。与弱点转换。3 3）具有阻断干扰信号进入微机控制系统的能力）具有阻断干扰信号进入微机控制系统的能力 主要采用滤波

23、技术、光电隔离技术、屏蔽技术等。主要采用滤波技术、光电隔离技术、屏蔽技术等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工4.7.14.7.1 光电隔离电路设计光电隔离电路设计（1 1）光电隔离电路的基本工作原理与组成）光电隔离电路的基本工作原理与组成输入信号（来自微机）（去执行系统）输出信号去微机来自机械系统GGVc+5vVc+12vVc+5vR1R1R2R274LS04a)b)厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 光电隔离电路通过光敏转换实现信号的单向光电隔离电路通过光敏转换实现信号的单向传递，可有效地阻断各类干扰信号，实现信号传递，可有效地阻断各类干扰信号，实现信号的电平转换（功率放大）和电平极性转换

24、的电平转换（功率放大）和电平极性转换(+/-)(+/-)。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工光电隔离时域检测电路光电隔离时域检测电路时域响应特性时域响应特性输出阻抗输出阻抗/时间响应特性时间响应特性厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工光电隔离频域光电隔离频域检测电路检测电路时域响应特性时域响应特性输出阻抗输出阻抗/频率响应特性频率响应特性 1 1）可将输入）可将输入/输出两部分的供电电源和电输出两部分的供电电源和电路的地线分离。光电耦合输入、输出端之间绝路的地线分离。光电耦合输入、输出端之间绝缘电阻很大（缘电阻很大（1010111110101313），寄生的电容很小），寄生的电容很小（0.52p

25、F0.52pF），因而干扰信号很难从输入端反），因而干扰信号很难从输入端反馈到输出端。馈到输出端。2 2）可进行电平转换，实现要求的电平输出，）可进行电平转换，实现要求的电平输出，从而具有初级功率放大作用。从而具有初级功率放大作用。3 3）提高对负载的驱动能力。可直接驱动光）提高对负载的驱动能力。可直接驱动光控晶闸管工作。控晶闸管工作。如果光电隔离电路与滤波电路、屏蔽电路有如果光电隔离电路与滤波电路、屏蔽电路有效的结合起来，将会进一步提高微机控制系统效的结合起来，将会进一步提高微机控制系统的抗干扰能力。的抗干扰能力。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工THANK YOUSUCCESS2022-1

26、1-14光电隔离电路在机电控制系统中的基本配置光电隔离电路在机电控制系统中的基本配置其他I/O接口多通道地址选择光电耦合光电耦合CPU后向接口光电耦合前向接口光电耦合A/DD/A或执行机构地址选择厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1 1）80318031芯片匹配的输入输出光电隔离接口电路芯片匹配的输入输出光电隔离接口电路 Vc+5vGR1R2来自机械系统P38031 特点：特点：P3P3口作为准口作为准双向接口，当双向接口，当P3P3输入输入口被拉成低电平时，口被拉成低电平时，可直接由可直接由TTLTTL或或MOSMOS电电路驱动；当外部信号路驱动；当外部信号为低电平时，为低电平时，P3P3可

27、被可被拉成高电平直接与光拉成高电平直接与光电耦合器连接。电耦合器连接。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：当接口作为输入特点：当接口作为输入口时，端口为高阻抗输入，口时，端口为高阻抗输入，与与80318031的的P1P1接口与光电耦接口与光电耦合器的输入连接相同；当合器的输入连接相同；当P1P1和和P3P3作为输出接口（准作为输出接口（准双向接口）时，高电平输双向接口）时，高电平输出时对外泄漏的电流很小出时对外泄漏的电流很小（零点几（零点几mAmA）；低电平输）；低电平输出时对外泄漏的电流很大，出时对外泄漏的电流很大，P1P1和和P3P3作为输出接口。作为输出接口。Vc+5v（来自微机）

28、输入信号GR1Vc+12v输出信号R28255P182158031厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：由于特点：由于81558155、82558255输出口可释放输出口可释放和吸收的电流较大，和吸收的电流较大，故可直接用高点平故可直接用高点平推动晶体管驱动光推动晶体管驱动光电二极管。电二极管。在在81558155、82558255上电复位（高阻抗上电复位（高阻抗状态）时，不使开状态）时，不使开机输出额外的信息，机输出额外的信息，将晶体管硬拉成低将晶体管硬拉成低电平。电平。（去执行系统）输出信号Vc+12vVc+5v（来自微机）82558155输入信号R3GR2R1R4VT厚德达理厚德达理

29、 励志勤工励志勤工 特点：采用特点：采用达林顿型驱动达林顿型驱动电路，可输出电路，可输出更大的电流驱更大的电流驱动输出设备。动输出设备。Vc+5vR2（来自微机）82558155输入信号R1VTR3JGVcVD厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：可进一特点：可进一步提高普通光步提高普通光电耦合器光耦电耦合器光耦合速度。合速度。GR0Vc+12VR4R5R2R1VT1VT2R3厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：可提高在恶劣环境中前向型通道和电源特点：可提高在恶劣环境中前向型通道和电源的抗干扰能力。的抗干扰能力。VccVssG1k1k815580318255T0/T1LM331Vss

30、1kGLOGIO3.3k+Va)b)1LM331T厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工来自微机开关量G功放电路YAG功放电路KDTG功放电路KKMAC电动机G功放电路KAC电动机厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工A相功放电路A相功放电路A相功放电路光电隔离电路I/O 接口微机步进电机功放电路速度控制直流伺服电动机速度反馈位置反馈微机D/AA/D厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）传感器）传感器 将被检测对象的各种变化物理量转换成将被检测对象的各种变化物理量转换成电信号的一种变换器。电信号的一种变换器。（2 2）传感器的作用）传感器的作用 被用于检测机电一体化系统自身和作业被用于检测机电一

31、体化系统自身和作业对象、作业环境的状态，为有效地控制机对象、作业环境的状态，为有效地控制机电一体化系统动作提供信息。电一体化系统动作提供信息。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1 1）传感器的作用主要分为：内部信息传感器和外部）传感器的作用主要分为：内部信息传感器和外部信息传感器。信息传感器。内部信息传感器内部信息传感器 检测机电一体化系统内部状检测机电一体化系统内部状态。主要包括：检测位置、速度、力态。主要包括：检测位置、速度、力/力矩、温度以力矩、温度以及异常变化等的传感器。及异常变化等的传感器。外部信息传感器外部信息传感器 检测作业对象的状态和外部检测作业对象的状态和外部环境状态。主要包

32、括：接触式和非接触式传感器，如：环境状态。主要包括：接触式和非接触式传感器，如：温度温度/湿度传感器、气压传感器、电涡流传感器、无湿度传感器、气压传感器、电涡流传感器、无线电接收机、红外测温仪，激光测距机等。线电接收机、红外测温仪，激光测距机等。2 2）按输出信号的性质可分为）按输出信号的性质可分为：开关型、模拟型开关型、模拟型和数数字型传感器（计数型和代码型）字型传感器（计数型和代码型）。3 3）按传感器的用途分为）按传感器的用途分为：位移、位置、速度、加速位移、位置、速度、加速度、力度、力/力矩、温度、湿度、压力等传感器力矩、温度、湿度、压力等传感器。4 4）按传感器的用途分为）按传感器的

33、用途分为：电阻式、电感式、电磁式、电阻式、电感式、电磁式、电容式、光电式电容式、光电式。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工体积小、重量轻、适应性好。体积小、重量轻、适应性好。精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高。信噪比高。安全可靠、寿命长。安全可靠、寿命长。便于与计算机对接。便于与计算机对接。不易受被检测对象和外部环境的影响。不易受被检测对象和外部环境的影响。环境适应能力强。环境适应能力强。现场安装处理简单、操作方便，价格现场安装处理简单、操作方便，价格便宜。便宜。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 各类传感器的工作原理、主要性能及各类传感器的工作原理、

34、主要性能及优缺点，在优缺点，在数控技术数控技术、传感器技传感器技术术、传感器及其应用传感器及其应用等课程已进等课程已进行了较全面的学习，在此不做详细的讲行了较全面的学习，在此不做详细的讲解。解。注意：掌握好各类传感器的工作原理、注意：掌握好各类传感器的工作原理、主要性能及优缺点，是正确选用传感器主要性能及优缺点，是正确选用传感器的重要依据之一。的重要依据之一。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）传感器的选用原则）传感器的选用原则 主要是依据传感器的使用要求和被控主要是依据传感器的使用要求和被控制对象的控制精度要求选择适用的传感器。制对象的控制精度要求选择适用的传感器。（2 2）传感器选

35、用的注意事项）传感器选用的注意事项 在确保主要性能参数和指标的条件下，在确保主要性能参数和指标的条件下，适当可放宽次要的性能和指标要求，以便适当可放宽次要的性能和指标要求，以便获得较高的性能价格比。注意：不能盲目获得较高的性能价格比。注意：不能盲目的追求传感器各种性能指标均高的传感器的追求传感器各种性能指标均高的传感器选择方法或原则。选择方法或原则。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 1 1）平均技术）平均技术缩小检测误差缩小检测误差 2 2）差动技术）差动技术减少非线性误差减少非线性误差 3 3）稳定性处理）稳定性处理提高传感器可靠提高传感器可靠性和寿命性和寿命 4 4）屏蔽和隔离）屏蔽和隔

36、离提高抗外界干扰提高抗外界干扰的能力的能力厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 由于传感器检测到的原始信号比较微弱，由于传感器检测到的原始信号比较微弱，需中间转换处理电路将信号放大成易于检测或需中间转换处理电路将信号放大成易于检测或处理的电压或电流信号，在经调制解调、处理的电压或电流信号，在经调制解调、A/DA/D转换、转换、D/AD/A转换等输出能满足计算机处理的要转换等输出能满足计算机处理的要求和匹配的检测信号。求和匹配的检测信号。注意：传感器的检测处理电路通常与所选用注意：传感器的检测处理电路通常与所选用的传感器密切相关，一般由传感器生产厂家提的传感器密切相关，一般由传感器生产厂家提供选择

37、。控制系统设计时，选择设计是非常重供选择。控制系统设计时，选择设计是非常重要的。要的。主要包括主要包括检测测量电路检测测量电路和和信号放大转换电路信号放大转换电路两部分。两部分。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 模拟型测量电路模拟型测量电路调制、放大、解调、调制、放大、解调、滤波、滤波、A/DA/D转换处理。转换处理。数字型测量电路数字型测量电路光电转换、放大整光电转换、放大整形、检测量编码。形、检测量编码。开关型测量电路开关型测量电路对检测信号的放大对检测信号的放大或降压或降压/分流等。分流等。传感器信号放大转换电路主要包括：传感器信号放大转换电路主要包括：电桥电路电桥电路测量阻抗、感抗、

38、电容量等测量阻抗、感抗、电容量等电参量的电量（电压、电流等）转换。电参量的电量（电压、电流等）转换。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 放大电路放大电路由运算放大器、晶体管等由运算放大器、晶体管等组成。将检测到的微弱电信号进行放大处理组成。将检测到的微弱电信号进行放大处理（电压放大、电流放大、功率放大等）。采（电压放大、电流放大、功率放大等）。采用屏蔽、隔离、滤波电路等提高放大信号的用屏蔽、隔离、滤波电路等提高放大信号的质量或品质。质量或品质。调制与解调电路调制与解调电路对传感器输出的微弱、对传感器输出的微弱、缓慢变化信号，由一般直流放大和信号传输缓慢变化信号，由一般直流放大和信号传输电路，将

39、产生零点漂移等干扰信号。采用调电路，将产生零点漂移等干扰信号。采用调制、放大、解调设计电路，可得到几乎无干制、放大、解调设计电路，可得到几乎无干扰信号的放大测量信号。扰信号的放大测量信号。A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路实现检测输入、计实现检测输入、计算机处理、输出执行信号之间的匹配转换。算机处理、输出执行信号之间的匹配转换。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 微型计算机需要输入数字信号，而传感器输微型计算机需要输入数字信号，而传感器输出的信号有模拟、数字、开关型信号，为了与计出的信号有模拟、数字、开关型信号，为了与计算机匹配，需要相应的接口电路。算机匹配，需要相应的接口电路。模拟量

40、接口电路模拟量接口电路、数字量接口电路数字量接口电路、开关量开关量接口电路接口电路。本章小结本章小结 重点掌握微机控制系统的定义；常用控制计算重点掌握微机控制系统的定义；常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；微机控制系统的设机的类型、抉择和权衡方法；微机控制系统的设计思路和微机系统构成与种类；计思路和微机系统构成与种类；PLCPLC的基本工作原的基本工作原理与基本构成；理与基本构成；PLCPLC的编程特点与执行过程；输入的编程特点与执行过程；输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求和提高输出接口控制信号的可靠性设计基本要求和提高输入输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。输出电路与接口可靠性的

41、主要方法。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 1 1、从控制角度出发，所选择微机应满、从控制角度出发，所选择微机应满足哪些条件。足哪些条件。2 2、试说明、试说明CPUCPU、MCMC、MCSMCS之间的关系。之间的关系。3 3、控制系统输入、控制系统输入/输出控制可靠性设计输出控制可靠性设计的主要包括哪些内容？的主要包括哪些内容？4 4、试说明光电耦合器的光电隔离原理。、试说明光电耦合器的光电隔离原理。光电隔离电路的特点和作用？光电隔离电路的特点和作用？5 5、试说明机电一体化系统常用传感器、试说明机电一体化系统常用传感器的种类及其基本特性参数。的种类及其基本特性参数。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工THANK YOUSUCCESS2022-11-14