機電控制500的課件

1控制器在工業(yè)中的地位生產過程、設備、系統(tǒng)自動化離不開控制器；控制器是系統(tǒng)、產品的核心單元；控制器的品質往往決定了整個系統(tǒng)（或產品）的質量等級。

為什么開設機電控制技術課程？機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院2數(shù)控機床美國MIT的ServomechanismLaboratory研制出第一臺數(shù)控機床(1952)數(shù)控車床機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院3機器人美國GeorgeDevol研制出第一臺工業(yè)機器人樣機(1954)，兩年后，被稱為機器人之父的JosephEngelberger創(chuàng)立了第一家機器人公司，Unimation。機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院4航天航空世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957)機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院5中國嫦娥3號在月面軟著陸成功(2013)

機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院6工業(yè)中常用控制器

低壓電器可編程序控制器單片微型計算機DSP數(shù)字信號處理器運動控制卡機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院7工業(yè)計算機DCS集散系統(tǒng)PAC機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院8本課程的主要內容：工業(yè)中常用控制器的工作原理及系統(tǒng)設計低壓電器PLC單片微型計算機機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院9課程的特點：知識面廣、涉及深度有限；工程性強，結合實例著重方案分析與歸納，介紹軟件功能并結合上機實驗講解基本操作；講課、上機、個人自學相結合。成績構成：閉卷考試70%+考勤15%+作業(yè)15%機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院10基本概念基本方法基本技能懂原理會分析能設計教學要求與目標掌握達到機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院11教材及參考資料教材機電傳動控制芮延年主編機械工業(yè)出版社參考書籍、期刊、網(wǎng)站機電控制技術，楊汝清，2008，科學出版社http://WWW.(中國工控網(wǎng)）

（中國期刊網(wǎng)）機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院12理論教學內容及學時安排第一章概述 2學時第二章機電控制系統(tǒng)模型3學時第三章繼電器接觸器控制系統(tǒng)16學時第四章可編程序控制器原理及應用18學時第五章單片機原理及應用24學時注：教材中的第三章傳感器技術不講述！機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院13實驗教學內容及學時安排第一部分低壓電器仿真4學時第二部分PLC硬件組態(tài)、軟件開發(fā)4學時第三部分單片機硬、軟件仿真4學時理論學時+實驗學時=75學時機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院14控制系統(tǒng)工作原理B基本概念AD基本類型基本要求C本章主要介紹內容機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院15控制

:為了達到某種目的對事物進行支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。

自動控制

:

在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱

）,使機器、設備或生產過程（）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即）自動地按照預定的規(guī)律運行（或變化）。1.1控制系統(tǒng)基本概念例1.[鋼鐵軋制]:軋出厚度一致的高精度鐵板溫度控制,生鐵成分控制,厚度控制,張力控制等等。例2.[程控機床]:自動進刀切削，加工出預期的幾何形狀直線、圓弧等各種差補控制，進給量控制,等等?？刂蒲b置或控制器被控對象被控量什么是控制？機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院16人工控制過程（1）觀測恒溫箱內的溫度（被控制量）（2）與要求的溫度（給定值）進行比較得到溫度偏差的大小和方向（3）根據(jù)偏差大小和方向調節(jié)調壓器，控制加熱電阻絲的電流（控制量）以調節(jié)溫度回復到要求值。[實質]檢測偏差再糾正偏差。例1.恒溫箱控制11.2

控制系統(tǒng)的工作原理如何實現(xiàn)恒溫？機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院17（3）溫度偏差信號經電壓、功率放大后，用以驅動執(zhí)行電動機，并通過傳動機構拖動調壓器動觸頭。當溫度偏高時，動觸頭向減小電流的方向運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值為止，此時，偏差u=0,電機停止轉動。自動控制過程（1）恒溫箱實際溫度由熱電偶轉換為對應的電壓u2（2）恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實際溫度u2比較得到溫度偏差信號u=u1-u2t

u2

u

ua

n

v

u

t機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院18系統(tǒng)原理方塊圖[實質]檢測偏差糾正偏差系統(tǒng)輸入量系統(tǒng)輸出量偏差反饋機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院19例2.水箱液位控制人工控制自動控制系統(tǒng)輸入量系統(tǒng)輸出量偏差反饋系統(tǒng)原理方塊圖機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院20控制系統(tǒng)的工作原理：檢測偏差再糾正偏差檢測輸出量（被控制量）的實際值；將輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差；用偏差值產生控制調節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。（反饋控制）機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院211.3控制系統(tǒng)的基本類型按輸入量特征分類按傳遞信號分類按系統(tǒng)構成分類按系統(tǒng)中元件特性按信號傳遞方向恒值控制連續(xù)控制開環(huán)控制線性控制前饋控制程序控制離散（數(shù)字）控制閉環(huán)控制非線性控制反饋控制隨動控制半閉環(huán)控制機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院22按輸入量的特征分類恒值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿帐潜ＷC在任何擾動作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。隨動系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律不能預先確知，其控制要求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，準確地復現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律。如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動瞄準系統(tǒng)等程序控制系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律預先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律，發(fā)出控制指令，使被控對象按照指令程序的要求而運動。如：交通信號燈、洗衣機等機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院23按系統(tǒng)中傳遞信號的性質分類連續(xù)控制系統(tǒng)：

系統(tǒng)中各部分傳遞的信號為隨時間連續(xù)變化的信號。連續(xù)控制系統(tǒng)通常采用微分方程描述。離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)：

系統(tǒng)中某一處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)通常采用差分方程描述。機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院24方程系數(shù)與時間的關系->定常、時變*按系統(tǒng)元件特性分類線性控制系統(tǒng)：由線性元件組成，輸入輸出間具有疊加性和均勻性性質。以線性微分方程來表述。非線性控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中有非線性元件，輸入輸出間不具有疊加性和均勻性性質。用非線性微分方程來表述。機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院25開環(huán)控制與閉環(huán)控制

實際的控制系統(tǒng)根據(jù)有無反饋作用可分為：開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)

（全閉環(huán)半閉環(huán)）

機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院26開環(huán)控制控制器與被控對象間只有順序作用而無反向聯(lián)系且控制單方向進行。數(shù)控機床的開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖優(yōu)點：簡單、穩(wěn)定、可靠。缺點：精度通常較低、無自動糾偏能力。機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院27閉環(huán)控制

閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響。閉環(huán)的作用：應用反饋，減少偏差。優(yōu)點：精度較高，對外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感缺點：存在穩(wěn)定、振蕩、超調等問題，系統(tǒng)性能分析和設計麻煩。機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院281.4自動控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性：系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。穩(wěn)定的擺不穩(wěn)定的擺機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院29穩(wěn)定:當擾動取消后，系統(tǒng)都能夠恢復到原有的平衡狀態(tài)。

大范圍穩(wěn)定小范圍穩(wěn)定不穩(wěn)定機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院30控制系統(tǒng)在外部攏動作用下偏離其原來的平衡狀態(tài)，當攏動作用消失后，系統(tǒng)仍能自動恢復到原來的初始平衡狀態(tài)。(a)外加擾動線形定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性的定義(b)穩(wěn)定(c)不穩(wěn)定注意：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結構所決定，與外界因素無關。穩(wěn)定性由控制系統(tǒng)內部儲能元件的能量不可能突變所產生的慣性滯后作用所導致機電控制技術第一章概述2023/2/2上海交大繼續(xù)教育學院31準確性：控制精度，以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。穩(wěn)態(tài)誤差是指輸入量作用系統(tǒng)后，系統(tǒng)的調整（過渡）過程結束而趨于穩(wěn)定狀態(tài)時，系統(tǒng)輸出量的實際值與給定量之間的差值。快速性：系統(tǒng)輸出量和輸入量產生偏差時，系統(tǒng)消除這種偏差的