機械系統(tǒng)的驅動與控制概述

1、機械系統(tǒng)的驅動與控制概述第1頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四參 考 文 獻潘琢金等，C8051FXXX高速SOC單片機原理及應用，2002，北京航空航天大學出版社宮淑貞等，可編程控制器原理及應用，2002，人民郵電出版社陶永華等，新型PID控制及其應用，2001，機械工業(yè)出版社第2頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四第1章 概述1.1 機械電子學的概念 將機械學與電子學有機結合而提供的更為優(yōu)越的技術。 包括兩個方面的含義： （1）有機結合形成一種高技術（EX1-1） （2）信息處理技術是機械電子技術中必不可少的部分（EX1-2）第3頁，共15頁，20

2、22年，5月20日，3點13分，星期四EX1-1 提高機床進給系統(tǒng)的定位精度傳統(tǒng)的機械方法：提高齒輪、絲杠螺母的加工精度和 安裝精度 缺點：機床制造成本大大提高，提高有限，難于實現(xiàn)機電結合的方法：將位移信息輸入計算機，計算機對 定位誤差進行修正、補償 優(yōu)點：在加工精度不變的前提下，大大提高定位精度第4頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四EX1-2 直流電機的速度控制計算機的信息分析和自動數(shù)據(jù)處理起著核心作用第5頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四 機械電子技術在機械制造業(yè)中的應用，大致經(jīng)歷了： 參數(shù)數(shù)顯、硬件數(shù)控（NC控制）、計算機數(shù)控（CNC控制）、柔

3、性生產系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、虛擬制造系統(tǒng)（VMS）等過程。第6頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四由5個部分組成： （1）執(zhí)行機構完成特定的加工任務，例如：車床、送料機械手等； （2）驅動元件與執(zhí)行機構相連接，給執(zhí)行機構提供動力，并控制執(zhí)行機構啟動、停止、換向；1.2 機電一體化機械系統(tǒng)的組成 第7頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四 （3）檢測元件對執(zhí)行機構的運動參數(shù)、加工狀況進行實時檢測的元件； （4）計算機完成加工過程的控制、協(xié)調機械系統(tǒng)各部分的運動，具有分析、運算、實時處理功能。目前用于工業(yè)現(xiàn)場控制的有：PLC、STD總

4、線工控機、工業(yè)微機PC、單片機以及專用控制計算機； （5）機體整個系統(tǒng)的支撐構架，例如：機床床身。 以上5部分之間的連接匹配部分，稱為接口。 機械接口：機械與機械之間的連接 接口電路：電氣與電氣之間的連接第8頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四計算機控制系統(tǒng)機械系統(tǒng)實現(xiàn)計算機控制的原理和組成基本相同： 檢測元件輸入信號部分 計 算 機分析、處理和控制部分 驅動元件輸出控制部分第9頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四 計算機控制系統(tǒng)總的來說是由硬件和軟件兩部分組成：（1）硬件部分 一般組成如圖所示：第10頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星

5、期四 控制計算機 對輸入信息作分析、處理，根據(jù)預先確定的控制規(guī)律，實時發(fā)出控制指令。注意：適合于工業(yè)現(xiàn)場控制參數(shù)檢測和輸出驅動 大致可分為三類參數(shù)： 模擬量參數(shù) 例如：位移、速度、加速度、壓力、流量等 檢測方法：采用合適的傳感器，將其轉換為成正比例 的模擬量電信號 輸出驅動：用于伺服系統(tǒng)控制中，屬于連續(xù)變化控制 驅動元件：直流伺服電機、交流伺服電機、液壓伺服 閥、比例閥等第11頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四 開關量參數(shù) 例如：系統(tǒng)是否到位、電機的啟動與停止等 檢測方法：行程開關、光電開關、接近開關等 輸出驅動：用于控制只有二種工作狀態(tài)的驅動元件的 運行 驅動元件：普通

6、電機的起停、閥的開關/閉合等 脈沖數(shù)或脈沖頻率開關量（檢測模擬量參數(shù)） 檢測方法：光電編碼器、壓頻傳感器等，采用記數(shù)器、 頻率計進行計量，將所得成正比例的數(shù)值 輸入到計算機 輸出驅動：對步進電機的驅動第12頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四輸入/輸出（I/O）通道第13頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四人機交互設備 運行操作臺直觀、簡便，適合于一般操作人員使用 控制信號輸入：采用按鈕、轉換開關、操作手把 指令數(shù)據(jù)輸入：撥碼開關 運行狀況顯示：指示燈、數(shù)碼顯示器 鍵盤、CRT顯示器需要專業(yè)知識水平較高的操作人員（2）軟件部分 由系統(tǒng)軟件和用戶程序兩部分組成： 系統(tǒng)軟件：開發(fā)語言、編譯軟件、調試工具等 用戶程序：根據(jù)控制要求開發(fā)的控制程序第14頁，共15頁，2022年，5月20日，3點13分，星期四1.3 計算機控制系統(tǒng)的基本要求 滿足控制要求 運動參數(shù)指標、動力參數(shù)指標、品質 指標（以滿足使用要求為度）可靠性高 在工業(yè)現(xiàn)場應能長期、可靠、穩(wěn)定工作操作性能好 表現(xiàn)在使用性能