機(jī)電控制技術(shù)概述

1第1章機(jī)電控制技術(shù)概述1.1控制系統(tǒng)1.2機(jī)電控制系統(tǒng)1.3機(jī)電控制技術(shù)開(kāi)展1.4機(jī)電控制技術(shù)的相關(guān)技術(shù)1.5機(jī)電控制技術(shù)的社會(huì)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益21.1控制系統(tǒng)控制對(duì)于人-機(jī)系統(tǒng)，為使某一機(jī)器、設(shè)備或過(guò)程處于希望的狀態(tài)而對(duì)其進(jìn)行的操作，稱(chēng)為控制。人工控制在人直接參與下完成的控制，稱(chēng)為人工控制。自動(dòng)控制指在無(wú)人直接干預(yù)下，利用物理裝置使被控對(duì)象或生產(chǎn)過(guò)程的某一物理量〔如溫度、壓力、pH值等〕按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)行。例如礦井提升機(jī)速度的控制、水泥回轉(zhuǎn)窯濕度的控制、造紙廠紙漿濃度的控制、軋鋼廠加熱爐溫度的控制、物料傳輸機(jī)速度的控制、火炮和導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤與自動(dòng)發(fā)射等等。一、控制的根本概念例：人工控制與自動(dòng)控制：水箱水位控制問(wèn)題人工控制人工控制過(guò)程歸納：▲用眼觀察水位，目測(cè)出實(shí)際水位高度并反響到大腦中〔測(cè)量過(guò)程〕▲在腦中與要求水位進(jìn)行比較，得出偏差大小，決定手的操作動(dòng)作〔決策過(guò)程〕▲手執(zhí)行大腦決定的動(dòng)作，翻開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)〔執(zhí)行過(guò)程〕昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系4分析決策腦執(zhí)行工作對(duì)象手觀察觀察干擾或激勵(lì)眼預(yù)期目標(biāo)實(shí)際結(jié)果眼液體的流入和流出液位液位控制人工職能圖▲傳感器代替眼看測(cè)量出實(shí)際水位高度并反響到控制器▲在控制器中將實(shí)際水位與設(shè)定水位進(jìn)行比較得出偏差值，對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大送到執(zhí)行器▲執(zhí)行器執(zhí)行開(kāi)關(guān)閥門(mén)動(dòng)作自動(dòng)控制共同特點(diǎn)：通過(guò)檢測(cè)被控量，得到與給定值的偏差，并去糾正偏差，進(jìn)而減小偏差。在人工控制中偏差是通過(guò)人眼觀測(cè)后，由人腦判斷、決策得出的；在自動(dòng)控制系統(tǒng)中偏差那么是通過(guò)反響，由控制器進(jìn)行比較、計(jì)算產(chǎn)生的。自動(dòng)控制過(guò)程歸納：★分析控制系統(tǒng)的工作原理——分析人要做這個(gè)事情的思路★分析控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)——設(shè)計(jì)與組成系統(tǒng)★分析控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)——是否能夠完成任務(wù)自動(dòng)控制理論——研究和分析控制系統(tǒng)共性的理論自動(dòng)控制就是利用控制裝置代替人去自動(dòng)地完成人要完成的事情現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的自動(dòng)控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用航天器工業(yè)控制機(jī)器人家用電器自動(dòng)控制的特征：通過(guò)對(duì)各類(lèi)機(jī)器、各種物理參量、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等的控制直接造福于社會(huì)。自動(dòng)控制：

在無(wú)人直接參與下，利用控制裝置操縱受控對(duì)象，使受控對(duì)象的被控量按給定信號(hào)變化規(guī)律去變化。自動(dòng)控制示意圖控制器給定值檢測(cè)元件受控對(duì)象被控量自動(dòng)控制系統(tǒng)控制裝置:受控對(duì)象:機(jī)器、設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程等控制器、檢測(cè)元件等8控制裝置

這種能代替人對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝過(guò)程施加控制作用的裝置，稱(chēng)為自動(dòng)控制裝置或控制器。受控對(duì)象

被控制的機(jī)器、設(shè)備或過(guò)程稱(chēng)為受控對(duì)象、被控對(duì)象或?qū)ο?。如提升機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、加熱爐等等。被控量

被控制的物理量稱(chēng)為被控量或輸出量。被控量是表征受控對(duì)象工作狀態(tài)的物理量，即速度、濕度、濃度、爐溫、電壓等。9給定量決定被控量的物理量稱(chēng)為給定量或參考輸入。給定量表征被控量的期望值或受控對(duì)象的期望狀態(tài)。擾動(dòng)量阻礙給定量對(duì)被控量進(jìn)行正?？刂频乃幸蛩胤Q(chēng)為擾動(dòng)量。如果擾動(dòng)量產(chǎn)生在系統(tǒng)內(nèi)部稱(chēng)為內(nèi)擾；擾動(dòng)量產(chǎn)生在系統(tǒng)外部稱(chēng)為外擾。給定量和擾動(dòng)量都是自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入量。10自動(dòng)控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的所有物理部件的有效組合體。自動(dòng)控制系統(tǒng)由自動(dòng)控制裝置與受控對(duì)象組成?？刂葡到y(tǒng)一般按被控量命名，如速度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。11電風(fēng)扇的控制電機(jī)〔執(zhí)行機(jī)構(gòu)〕風(fēng)扇葉片

〔控制對(duì)象〕開(kāi)關(guān)或程序控制器控制電壓電風(fēng)扇開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

12控制目的：保持爐溫被控對(duì)象(物理實(shí)體)：爐子被控量(輸出物理量)：爐內(nèi)溫度控制裝置：開(kāi)關(guān)K和電熱絲，對(duì)被控量起控制作用

開(kāi)環(huán)控制的電加熱爐原理圖電加熱爐溫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

13控制任務(wù)爐溫保持恒定工作原理

調(diào)壓器電壓→加熱電阻電流→加熱爐溫度

14例：汽車(chē)方向控制系統(tǒng)

汽車(chē)方向控制系統(tǒng)15汽車(chē)方向控制人工職能圖駕車(chē)人汽車(chē)預(yù)期行駛路線實(shí)際行駛路線比較器視覺(jué)測(cè)量+-偏差方向盤(pán)16控制器駕車(chē)人汽車(chē)預(yù)期速度實(shí)際速度比較器視覺(jué)測(cè)量偏差油門(mén)剎車(chē)汽車(chē)速度控制系統(tǒng)汽車(chē)方向控制功能方框圖17自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本構(gòu)成

閉環(huán)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成18傳遞信號(hào)的性質(zhì)分1.連續(xù)系統(tǒng)

系統(tǒng)中所有元件的信號(hào)都是隨時(shí)間連續(xù)變化的,信號(hào)的大小均是可任意取值的模擬量,稱(chēng)為連續(xù)系統(tǒng)。

2.離散系統(tǒng)

離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)中有一處或數(shù)處的信號(hào)是脈沖序列或數(shù)碼。假設(shè)系統(tǒng)中采用了采樣開(kāi)關(guān),將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的脈沖形式的信號(hào),此類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。假設(shè)采用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器,其離散信號(hào)是以數(shù)碼形式傳遞的,此類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字控制系統(tǒng)。19按輸入量變化規(guī)律分恒值控制系統(tǒng)輸入信號(hào)是一個(gè)恒定的數(shù)值。如：工業(yè)生產(chǎn)中的恒溫、恒壓等自動(dòng)控制系統(tǒng)。隨動(dòng)系統(tǒng)輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)。要求控制系統(tǒng)的輸出量跟隨輸入信號(hào)變化。如：火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)輸入信號(hào)是一個(gè)的函數(shù)。系統(tǒng)的控制過(guò)程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入，如化工中的壓力、溫度、流量控制。恒值控制系統(tǒng)可看成輸入等于常值的程序控制系統(tǒng)。昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系20三、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本要求

穩(wěn)定性〔動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性〕瞬態(tài)特性〔快速性〕穩(wěn)態(tài)特性〔精確性〕平安性動(dòng)態(tài)特性21穩(wěn)定性

1、對(duì)恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來(lái)的期望值。系統(tǒng)給定量突系統(tǒng)受到擾動(dòng)

昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系22

2、對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤輸入量的變化。

穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的根本要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)。昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系23快速性對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱(chēng)為動(dòng)態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，如炮身行動(dòng)緩慢，仍然抓不住目標(biāo)。昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化系24準(zhǔn)確性用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示。在參考輸入信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。1.2機(jī)電控制技術(shù)概述它是將機(jī)械、電氣、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門(mén)復(fù)合技術(shù)，因此它又被稱(chēng)為“機(jī)電一體化技術(shù)〞在現(xiàn)代工業(yè)根底上，綜合運(yùn)用機(jī)械、微電子、自動(dòng)控制、信息、傳感測(cè)試、電力電子、接口、信號(hào)變換以及軟件編程等技術(shù)的群體技術(shù)不是機(jī)械與電子技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而是從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，在信息論、控制論和系統(tǒng)論的根底上把兩者有機(jī)組合起來(lái)的應(yīng)用技術(shù)機(jī)電控制技術(shù)的根本概念機(jī)電控制技術(shù)的思想蘊(yùn)釀?dòng)?0世紀(jì)70年代，是自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)展的必然產(chǎn)物二次大戰(zhàn)后，系統(tǒng)工程、控制論和信息論三門(mén)科學(xué)幾乎同時(shí)誕生，機(jī)電控制技術(shù)的產(chǎn)生既是微電子技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)展的結(jié)果，又是信息論、控制論和系統(tǒng)工程付諸生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果在20世紀(jì)70年代，現(xiàn)代化的機(jī)械將電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)融為一體，從而使機(jī)電控制技術(shù)進(jìn)人了所謂的大開(kāi)展階段機(jī)電控制技術(shù)的開(kāi)展過(guò)程機(jī)電控制技術(shù)的產(chǎn)生，并不是孤立的，而是各種技術(shù)互相滲透的結(jié)果

緒論機(jī)械本體動(dòng)力局部計(jì)算機(jī)局部檢測(cè)傳感局部執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息處理單元接口機(jī)電控制系統(tǒng)的組成緒論1.3機(jī)電控制的技術(shù)體系機(jī)械學(xué)電工學(xué)電子學(xué)微電子學(xué)控制論機(jī)電控制的相關(guān)學(xué)科檢測(cè)傳感信息處理自動(dòng)控制伺服傳動(dòng)精密機(jī)械機(jī)電控制的相關(guān)技術(shù)接口系統(tǒng)總體緒論提高設(shè)備制造精度

增強(qiáng)設(shè)備加工功能

提高生產(chǎn)效率