工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課課件

工程機(jī)械模塊“專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課”精品課件

1國(guó)家2000年修改后的專(zhuān)業(yè)目錄一級(jí)學(xué)科機(jī)械工程(機(jī)械制造及其自動(dòng)化，工業(yè)設(shè)計(jì)，工業(yè)工程，宇航制造工程)機(jī)械制造及其自動(dòng)化二級(jí)學(xué)科分五個(gè)模塊1)機(jī)械制造及其自動(dòng)化2)機(jī)械電子工程(計(jì)時(shí)模塊)3)機(jī)械設(shè)計(jì)與理論4)液壓流體傳動(dòng)5)工程機(jī)械與物流技術(shù)系課程設(shè)置：前三年半是一樣，不同：120學(xué)

時(shí)模塊課、課程設(shè)計(jì)2和畢業(yè)設(shè)計(jì)

2工程機(jī)械本體技術(shù)工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)分析技術(shù)工程機(jī)械機(jī)電液一體化及智能化技術(shù)物流與設(shè)備技術(shù)國(guó)家新的專(zhuān)業(yè)目錄：工程機(jī)械屬于機(jī)械工

程工程機(jī)械與物流技術(shù)模塊精

品

課

件

3工程機(jī)械模塊

“專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課

”課程工程機(jī)械模塊“專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課”是工程機(jī)械模塊設(shè)

立的一

門(mén)關(guān)于專(zhuān)業(yè)知識(shí)及其他和專(zhuān)業(yè)方面相關(guān)內(nèi)

容簡(jiǎn)介的課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們對(duì)工程機(jī)械國(guó)內(nèi)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，有個(gè)全面的了解。

初步了解工程機(jī)械的本體設(shè)計(jì)技術(shù)、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)分析技術(shù)、工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)、物流

設(shè)備技術(shù)。了解國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械技術(shù)的最新發(fā)展

方向以及國(guó)家重大科技計(jì)劃在工程機(jī)械方面的規(guī)

劃情況。了解國(guó)內(nèi)外大型工程機(jī)械企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)

狀及其人才需求.精品課件

4工程機(jī)械模塊“專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論課”課程主要內(nèi)容第1章工程機(jī)械與物流技術(shù)方向概況——

發(fā)展沿革(2h)1.1高校程機(jī)械與物流技術(shù)專(zhuān)業(yè)設(shè)置的變化1.2工程機(jī)械行業(yè)分類(lèi)的變化1.3“起重運(yùn)輸”及

“物流工程”概念與內(nèi)涵的歷史沿革與發(fā)展精

品

課

件

5第2章我校工程機(jī)械現(xiàn)狀(1h)2.

1我校工程機(jī)械與物流技術(shù)教學(xué)及科研隊(duì)伍2.2我校工程機(jī)械與物流技術(shù)學(xué)科在國(guó)內(nèi)的地

位2.3我校工程機(jī)械與物流技術(shù)學(xué)科標(biāo)志性成

果展示第3章國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀(1h)3.1國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀3.2國(guó)內(nèi)外的知名企業(yè)簡(jiǎn)介精品課件第4章工程機(jī)械本體與結(jié)構(gòu)分析技術(shù)(4h)4.

1工程機(jī)械本體技術(shù)(2h)4.2工程機(jī)械結(jié)構(gòu)分析技術(shù)

(2

h)1、

有限元分析自動(dòng)建模技術(shù)；2、

起重機(jī)結(jié)構(gòu)全面校核技術(shù)3、

起重機(jī)結(jié)構(gòu)混合建模、非線性和穩(wěn)定性

復(fù)雜問(wèn)題4、

起重機(jī)動(dòng)力學(xué)分析5、

先進(jìn)設(shè)計(jì)分析方法—虛擬樣機(jī)技術(shù)精

品

課

件

7第5章工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)(5h)5.1工程機(jī)械機(jī)電液一化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

(2h)1、

工程機(jī)械機(jī)電液一體化的概念2、

工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)組成3

、工程機(jī)械機(jī)電液一體化的發(fā)展歷史4

、工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)的主要特征5、

工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)智能化概念精品課件85.2工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)簡(jiǎn)介(3h)1、起重機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)(1h)2

、挖掘機(jī)工裝軌跡機(jī)電液系控制技術(shù)(1h)3、

攤鋪機(jī)調(diào)平機(jī)構(gòu)機(jī)電液系的自動(dòng)控制技

術(shù)(1h)第6章物流設(shè)備技術(shù)(3h)6.1“物流”概念與現(xiàn)代物流的重要性6.2我國(guó)各個(gè)時(shí)期物流業(yè)發(fā)展的背景6.3主要物流設(shè)備簡(jiǎn)介6.4物流設(shè)備技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀精

品

課

件

9第7章工程機(jī)械感性認(rèn)識(shí)參觀(4h)1參觀地點(diǎn)：工程機(jī)械結(jié)構(gòu)分析綜合實(shí)驗(yàn)室、

工程機(jī)械機(jī)電液技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)室。2參觀內(nèi)容1)參觀工程機(jī)械結(jié)構(gòu)分析綜合實(shí)驗(yàn)室，主

要目的是使同學(xué)了解工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的最新技術(shù)。2)參觀工程機(jī)械機(jī)電液技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)室，

主要目的使同學(xué)了解起重機(jī)、液壓挖掘機(jī)、

攤鋪機(jī)等工程機(jī)械機(jī)構(gòu)原理、機(jī)電液系統(tǒng)

組成及自動(dòng)控制技術(shù)。101、

工程機(jī)械機(jī)電液一體化的概念工程機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)

械中的具體應(yīng)用，在此引用了機(jī)電一體化的概念“機(jī)電一體化”源于

“Mechatronics”,

該詞的

構(gòu)成有兩種提法，

一種認(rèn)為由Mechanism

的前半部

分和Electronics

的后半部分合成，應(yīng)理解為“機(jī)

械的電子化”。另一種認(rèn)為是Mechanics

的前半部

分和E

lectronics

的后半部分合成，應(yīng)理解為“機(jī)

械電子學(xué)”

。精

品

課

件

11第5章工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)(1h)5.

1工程機(jī)械機(jī)電液一化的發(fā)展趨勢(shì)本課程將機(jī)電一體化定義為：以電子技術(shù)特別是微電子

技術(shù)為主導(dǎo)的多種新興技術(shù)與機(jī)械技術(shù)交叉、融合而成

的綜合性高技術(shù)。從定義可知，

一體化技術(shù)是以機(jī)械技術(shù)為本體，和其它

技術(shù)融合。高技術(shù)的特點(diǎn)：高投入；高風(fēng)險(xiǎn)；高回報(bào)機(jī)電一體化包含機(jī)電一體化產(chǎn)品與機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品：是指機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)相互置換

和有機(jī)結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品。

機(jī)電一體化技術(shù)：包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品得

以實(shí)現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。精品課件

12機(jī)電一體化在不同的行業(yè)稱(chēng)呼不同機(jī)電液一體化工程機(jī)電一體化通常稱(chēng)為機(jī)電液一體化，近些年來(lái)又精

品出現(xiàn)了一些新方向：機(jī)電技術(shù)與醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的結(jié)合機(jī)電信一體化機(jī)電一體化機(jī)電儀一體化

其他新興行業(yè)機(jī)電光一體化2、工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)組成控制和信息處理設(shè)備檢測(cè)傳感部分精品課件

14驅(qū)動(dòng)部件執(zhí)行部分機(jī)械本體動(dòng)力系統(tǒng)(1)機(jī)械本體。包括工程機(jī)械設(shè)備的殼體、機(jī)身、

支架等支撐結(jié)構(gòu)。(2)檢測(cè)傳感部分。用于檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中的

一

些

關(guān)鍵參量或狀態(tài)，可以把非電量(應(yīng)變、應(yīng)力、

位移、流量等)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后送人控制處理設(shè)備。(3)驅(qū)動(dòng)部件。它把輸入的控制“電信號(hào)”放大、變

換、

匹配，然后推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。是連接強(qiáng)電設(shè)備和弱電

設(shè)備的紐帶。驅(qū)動(dòng)部件中廣泛采用電力電子器件，如晶閘管、雙極型

功率晶體管(GT

R)、

功率晶體管(P-MOSFET)

、絕緣柵極

電力晶體管(GBT)

等

.精品課件

15(4

)控制和信息處理設(shè)備。這是整個(gè)裝置的指揮中樞，是核心，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)?？勺鳛楣こ虣C(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制器的微計(jì)算機(jī)種類(lèi)越來(lái)越多，如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、單板機(jī)、臺(tái)式機(jī)、

PLC、

嵌入式計(jì)算機(jī)、

DSP

等。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)工程機(jī)電一體化系統(tǒng)，需要從以下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)選擇微型機(jī)：速度、字長(zhǎng)、指令系統(tǒng)、輸入/輸

出控制方式及容量等等；在實(shí)際應(yīng)用中，還要考慮高可

靠性、可維護(hù)性、微型化、價(jià)格要求等等。精品課件

16(5)執(zhí)行部分。它根據(jù)信息處理部分的指令，來(lái)

完成規(guī)定的機(jī)械動(dòng)作。包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液動(dòng)執(zhí)行機(jī)

構(gòu)。各種伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、繼電器。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如氣缸、氣閥、氣動(dòng)馬達(dá)等。液動(dòng)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)如油缸、液壓馬達(dá)、擺動(dòng)油缸等。(6)動(dòng)力系統(tǒng)。是為產(chǎn)品提供能量與動(dòng)力功能，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。來(lái)源于電動(dòng)、

液動(dòng)、氣動(dòng)的動(dòng)力裝置。精品課件

17動(dòng)臂液壓缸斗桿液壓缸輔助接口電路手動(dòng)換向閥光電編碼器比例放大器電液比例閥DSP評(píng)估板人的軀體，支撐結(jié)構(gòu)；人的五官，能感知各種信號(hào)和人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)；同人的四肢；人體的肌肉；人要靠食物供給能量，機(jī)械電子裝置則主要靠電能、液壓、氣動(dòng)。

如圖1-1所示。機(jī)械本體

傳感器信息；控制器執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)可以把機(jī)電一體化系統(tǒng)與人比較，看作一個(gè)

“人”:精品課件

19運(yùn)作動(dòng)作構(gòu)造之內(nèi)臟

排

泄(肌肉)手、是(臉、口、眼)精品課件20外界信息感官行動(dòng)頭腦骨骼控制計(jì)測(cè)3、工程機(jī)械機(jī)電液一體化的發(fā)展歷史在技術(shù)上大致可以分為三個(gè)時(shí)期：第一代產(chǎn)品：柴油機(jī)的出現(xiàn)，使工程機(jī)械有了較理想

的動(dòng)力裝置，執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分為柴油機(jī)是第一代產(chǎn)品的標(biāo)

志。第二代產(chǎn)品：液壓技術(shù)在工程機(jī)械的應(yīng)用，使工程機(jī)

械能滿足復(fù)雜的作業(yè)要求，具有傳動(dòng)平穩(wěn)性、過(guò)載性、

可控性、易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、操縱簡(jiǎn)單輕便。全面液壓

化為第二代產(chǎn)品的標(biāo)志。精品課件

21第三代產(chǎn)品:電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)在工

程機(jī)械上的廣泛應(yīng)用，使工程機(jī)械向著高性能、

自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。為了減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和改善操縱性能，需要實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械自動(dòng)化、智能化；為了提高安全性，需要安全控制，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，故障自動(dòng)報(bào)警；為了避免人員無(wú)法及不易接近的場(chǎng)所和作業(yè)十分惡劣的環(huán)境，需要采用遠(yuǎn)距離操縱和無(wú)人駕駛技術(shù)。如攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制，挖掘機(jī)節(jié)能控制、

全功率控制、軌跡控制、自動(dòng)掘削控制等。自動(dòng)化、智能化為第三代產(chǎn)品的標(biāo)志。精

品

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224、

工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)的主要特征綜合性和系統(tǒng)性高可靠性、高精度精品課件多層次，覆蓋面廣智能化、大型機(jī)械電子化主要特征231)具有綜合性和系統(tǒng)性：工程機(jī)械機(jī)電

一體化技術(shù)是

由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)結(jié)合而成的綜合性高技術(shù)。多種技術(shù)綜合成一個(gè)完整的系統(tǒng)

中，相互要求、取長(zhǎng)補(bǔ)短、不斷向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化

的方向發(fā)展。使機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、

完整性和科學(xué)性。2)多層次，覆蓋面廣：從簡(jiǎn)單的單臺(tái)工程機(jī)械機(jī)電一體

化產(chǎn)品，到現(xiàn)代作業(yè)中的群塔協(xié)調(diào)作業(yè)；從簡(jiǎn)單的單參

數(shù)顯示，到復(fù)雜的多參數(shù)、多級(jí)控制；從機(jī)械零部件自

動(dòng)生產(chǎn)線，到各種現(xiàn)代高速重型機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線等，

工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)都有不同層次、覆蓋面很廣的

應(yīng)用領(lǐng)域。精品課件

243)機(jī)械電子化：

(1)增加微電子控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的

多功能和高性能。

(2)機(jī)械式機(jī)構(gòu)被電子裝置所取代。(3)充分考慮機(jī)電接口，互相融合形成新一代高性能

產(chǎn)品(機(jī)電

一體化的發(fā)展過(guò)程)。4)高可靠性、高穩(wěn)定性、高壽命、高精度產(chǎn)品中的機(jī)械部件減少，使磨損以及配合間隙等所引

起的誤差減小，采用了計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)，使得控制精

度及處理速度提高，通過(guò)自行診斷、校正、補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高

工作精度。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，提高

了產(chǎn)品的可靠性5)性能上向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展，功

能上向巨型化、輕型化、多功能方向發(fā)展。精品課件

25智能控制智能5、

工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)智能化概念智能控制是自動(dòng)

控制發(fā)展的趨勢(shì)智能控制系統(tǒng)的

特征智能控制系統(tǒng)

的結(jié)構(gòu)智能控制的

研究對(duì)象精品課件26機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化手工搬運(yùn)、建筑機(jī)械化、工程機(jī)械自動(dòng)化、工程機(jī)械智能化人工的勞動(dòng)工具、機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化國(guó)家“十二五”規(guī)劃：智能化高端制造業(yè)、智能化交通規(guī)劃、智能化物聯(lián)網(wǎng)。精品課件

27經(jīng)典控制方法

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：復(fù)變函數(shù)和拉氏變換、

Z

變換(傳適用于單變量線性定常系統(tǒng)，對(duì)非線性系統(tǒng)無(wú)能為力現(xiàn)代控制方法數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：矩陣代數(shù)和微分方程(狀態(tài)空間法)適于多輸入/輸出線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，但受到數(shù)學(xué)建模的限制智能化控制方法

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、系統(tǒng)無(wú)需數(shù)學(xué)建模，

用函數(shù)逼近的方式建立非線性映射。并行處理運(yùn)行速度快，可實(shí)現(xiàn)在線控制

精品課件

28機(jī)電液系統(tǒng)的控制方法控制理論從形成發(fā)展到至今，經(jīng)歷了近七十多年的歷程，分三個(gè)階

段，第一階段是以20世紀(jì)40年代興起的調(diào)節(jié)原理為標(biāo)志，成為經(jīng)典

控制理論階段；第二階段以20世紀(jì)60年代興起的狀態(tài)空間法為標(biāo)志，

稱(chēng)為現(xiàn)代控制理論階段；第三階段則是20世紀(jì)80年代興起的智能控

制理論階段。混沌理論等。遞函數(shù))多輸入/輸出線性系統(tǒng)(傳遞函數(shù)表示),更多的是狀態(tài)

方程描述單變量線性定常系統(tǒng)精

品

課

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29(1)智能概念

什么是“智能“,雖然有些研究者也曾經(jīng)給出定義，但是各種定

義都是研究者在各自的研究領(lǐng)域進(jìn)行探討的結(jié)果，因此各有側(cè)重。

從信息的角度來(lái)看，所謂智能，可具體地定義為：

能有效地獲取，

傳遞，處理，再生和利用信息，從而在任意給定的環(huán)境下成功的

達(dá)到預(yù)定目的的能力。

可以看出，智能的特性是一種思維的活動(dòng)，

研究智能理論與技術(shù)的目的，是要設(shè)計(jì)制造出具有高度智能水平

的人工智能系統(tǒng)，以便在那些必要的場(chǎng)合能夠用人工系統(tǒng)替代人

去執(zhí)行各種任務(wù)。智能的特點(diǎn)就智能問(wèn)題也取得了一些共識(shí)，認(rèn)為智能應(yīng)具有感知環(huán)境能力，

記憶聯(lián)想能力，思維能力，推理能力。精品課件30智能控制實(shí)際只是對(duì)自動(dòng)控制理論與技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新階段的概括。

智能控制就是在常規(guī)控制理論基礎(chǔ)上，吸收人工智能，運(yùn)籌學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，數(shù)學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)心理學(xué)，生理學(xué)等其他科學(xué)中的新思想，

新方法，對(duì)更廣闊的對(duì)象(過(guò)程)實(shí)現(xiàn)期望控制。其核心是如何設(shè)

計(jì)和開(kāi)發(fā)能夠模擬人類(lèi)智能的機(jī)器，使控制系統(tǒng)達(dá)到更高的目標(biāo)。智能控制并不排斥傳統(tǒng)控制理論，而是其繼承和發(fā)揚(yáng)。(3)智能控制的研究對(duì)象系統(tǒng)模型不確定智能控制的研究對(duì)象具備以下一些特點(diǎn)：(2)智能控制精品課件

31對(duì)于傳統(tǒng)控制通常認(rèn)為模型已知(高中時(shí)期的數(shù)學(xué)物理)。而智能控

制的對(duì)象通常存在嚴(yán)重的不確定性。這里所說(shuō)的模型不確定性包含

兩層意思：

一是模型未知或知之甚少(辨識(shí));二是模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)變化(自適應(yīng))。無(wú)論哪種情況，傳統(tǒng)的方法都難于對(duì)它進(jìn)行控制在傳統(tǒng)的控制理論中，線性系統(tǒng)理論比較成熟。對(duì)于具有高度非線性的控制對(duì)象，雖然也有一些非線性控制方法(小偏差線性化),

但，非線性控制理論還很不成熟，而且方法比較復(fù)雜，不具有通用

性。采用智能控制的方法可以較好的解決非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。系統(tǒng)具有高度非線性系統(tǒng)任務(wù)的復(fù)雜性精

品

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件

32在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，控制的任務(wù)要求輸出量為定值，或者是要求輸出量跟隨期望的運(yùn)動(dòng)軌跡，控制任務(wù)的要求比較單一。對(duì)于智能

控制系統(tǒng)，給出控制的是任務(wù)，任務(wù)的要求往往比較復(fù)雜(實(shí)

例)。針對(duì)上面分析，智能控制是針對(duì)系統(tǒng)的復(fù)雜性，非線性，不確定性

而提出來(lái)的。目前智能控制設(shè)計(jì)的途徑有：基于專(zhuān)家系統(tǒng)的專(zhuān)家智

能控制；基于模糊推理和計(jì)算的模糊控制器；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器；基于信息論，遺傳算法和以上三種方法的集成型

智能控制。智能控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)某種控制任務(wù)的一種智能系統(tǒng)，是一種多層次

結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，主要有感知、認(rèn)知、規(guī)劃、控制及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分。

感知信息處理部分將傳感器遞送的分級(jí)的和不完全的信息加以處理，

并要在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷加以辨識(shí)，整理和更新，以獲得有用的信息。(4)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精

品

課

件

33系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)故障應(yīng)具有自診斷，屏蔽和自動(dòng)恢復(fù)故障的功能，具有

故障硬軟件容錯(cuò)功能。硬件容錯(cuò)可以通過(guò)冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)，冗余主要

有工作冗余、后備冗余。工作冗余：是兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元并行

工作的模型。特點(diǎn)是兩個(gè)單元同時(shí)工作。后備冗余：平時(shí)只是一個(gè)

單元工作，另一個(gè)單元是儲(chǔ)備的

品課

現(xiàn)問(wèn)題后，更換到儲(chǔ)備單元。34認(rèn)知部分主要接受和存儲(chǔ)知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，并對(duì)他們進(jìn)行分析推

理，做出行動(dòng)的決策并送至規(guī)劃和控制部分。規(guī)劃和控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它根據(jù)給定的任務(wù)要求，反饋

信息及經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行推理決策，動(dòng)作規(guī)劃，最終產(chǎn)生具體的控制

作用，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于控制對(duì)象。智能控制的概念主要是針對(duì)被控系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，高度不確定性

及人們要求越來(lái)越高的控制性能提出來(lái)的。

一個(gè)理想的智能控制系統(tǒng)應(yīng)具備如下特征：(5)智能控制系統(tǒng)的特征容錯(cuò)性智能控制系統(tǒng)對(duì)一個(gè)未知環(huán)境提供的信息進(jìn)行識(shí)別，記憶，學(xué)習(xí)，

并利用積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步改善自身性能的能力，即在經(jīng)歷某種變化后，變化后的系統(tǒng)性能應(yīng)優(yōu)于變化前的系統(tǒng)性能，這種功能類(lèi)似于人的學(xué)習(xí)過(guò)程。智能控制系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)受控對(duì)象特性參數(shù)變化，環(huán)境變化和運(yùn)

行條件變化的能力。這種智能行為實(shí)際上是一種從輸入到輸出之間

的映射關(guān)系，可看成是不依賴模型的自適應(yīng)估計(jì)，較傳統(tǒng)的自適應(yīng)

控制，具有更廣泛的意義。適應(yīng)性學(xué)習(xí)能力精品課件

35智能控制系統(tǒng)應(yīng)具有在線實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，以滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性

能。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有好友的人-機(jī)界面，以保證人-機(jī)通信，人-機(jī)互助和人-機(jī)協(xié)同工作。目前，在機(jī)械工程控制領(lǐng)域中，比較廣泛使用的智能化控制方

法主要有：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，遺傳算法、混沌理論以

及它們之間相互結(jié)合的方法。精

品

課

件36對(duì)于復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)功能，使

系統(tǒng)具有主動(dòng)性和靈活性。即智能控制器在任務(wù)要求的范圍

內(nèi)，可以自行判斷、決策。當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時(shí)，在一定限

制下，各控制器可在一定范圍內(nèi)自行解決，使系統(tǒng)能滿足多

目標(biāo)，高標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)時(shí)性及人-機(jī)協(xié)作性組織功能人類(lèi)語(yǔ)言能夠在一定程度上，知道人類(lèi)的思考、判斷的程度，因

此，使用語(yǔ)言模型，面向評(píng)價(jià)、意識(shí)決定、診斷、心理及各種專(zhuān)

家系統(tǒng)的應(yīng)用取得了進(jìn)展。著眼于所用語(yǔ)言含有的模糊性問(wèn)題，

將其模型化，以期達(dá)到開(kāi)發(fā)出智能系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)智能控制的目的。1965年扎德教授提出了“隸屬度函數(shù)”的概念，這一開(kāi)創(chuàng)性的工

作，標(biāo)志著模糊數(shù)學(xué)的誕生，以模糊集合(fuzzy

sets)為中心發(fā)

展起來(lái)的整個(gè)理論體系稱(chēng)為模糊理論(fuzzy

systems

theory)。模糊理論包括基于模糊集合理論的模糊演算法，擴(kuò)展概率論的模

糊測(cè)度論，作為多值邏輯擴(kuò)展的模糊邏輯和模糊推理等。模糊邏輯、推理與人類(lèi)語(yǔ)言的關(guān)系模糊理論概念(1)模糊理論精

品

課

件

37人工神經(jīng)元模型是構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本功能單元。依據(jù)：生物神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能；

模擬：生物神經(jīng)元的基本特征，

建立的多種神經(jīng)元模型。生物神經(jīng)元是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)的基本

功能單元。雖其形態(tài)有很大的差異，

但基本結(jié)構(gòu)相似。從信息處理和生物控制

角度，簡(jiǎn)述其結(jié)構(gòu)和功

能。生物神經(jīng)元與人工神經(jīng)元模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由基本的神經(jīng)處理單元和各單元間相互連接

方式?jīng)Q定的。人工神經(jīng)元模型(Nerual

Network——簡(jiǎn)稱(chēng)NN)精品課件

38生物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)(1)細(xì)胞體：由細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜等組成。(2)樹(shù)突：胞體上短而多分枝的突起。相當(dāng)于神經(jīng)元的輸入端，接收傳

入的神經(jīng)沖動(dòng)。(3)軸突：胞體上最長(zhǎng)枝的突起，也稱(chēng)神經(jīng)纖維。端部有很多神經(jīng)末稍

傳出神經(jīng)沖動(dòng)。(4)突觸：神經(jīng)元間的連接接口，每個(gè)神經(jīng)元約有1萬(wàn)～10萬(wàn)個(gè)突觸。神經(jīng)元通過(guò)其軸突的神經(jīng)末稍，經(jīng)突觸與另一神經(jīng)元的樹(shù)突聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)

信息的傳遞。由于突觸的信息傳遞特性是可變的，形成了神經(jīng)元間聯(lián)接的柔性，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可塑性。(5)細(xì)胞膜電位：神經(jīng)細(xì)胞在受到電的、化學(xué)的、機(jī)械的刺激后，能產(chǎn)

生興奮，此時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外有電位差，稱(chēng)膜電位。電位膜內(nèi)為正，膜外

為

負(fù)

。樹(shù)突細(xì)胞膜軸突精品課件39神經(jīng)末梢細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核生物神經(jīng)元功能(1)興奮與抑制：當(dāng)傳入神經(jīng)元的沖動(dòng)，經(jīng)整和，使細(xì)胞膜電位升高，超過(guò)動(dòng)作電位

的閾值時(shí)，為興奮狀態(tài)，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，由軸突經(jīng)神經(jīng)末稍傳出。當(dāng)傳入神經(jīng)元的沖動(dòng)，經(jīng)整和，使細(xì)胞膜電位降低，低于閾值時(shí)，為抑制狀態(tài)，不產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。(2)學(xué)習(xí)與遺忘：由于神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的可塑性，突觸的傳遞作用可增強(qiáng)與減弱，因此，神經(jīng)元具有學(xué)習(xí)與遺忘的功能。樹(shù)突細(xì)胞膜軸突精品課件細(xì)胞質(zhì)

細(xì)胞核突觸神經(jīng)末梢

40人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱(chēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))是并行、分布處理結(jié)構(gòu)，從

微觀結(jié)構(gòu)與功能上模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)而建立的一類(lèi)模型，具有

模擬人的部分形象思維的能力，反映了人腦功能的若干基本特

征，主要是非線性特性、并行信息處理、學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)性

是模擬人的智能的一條途徑。信息處理由人工神經(jīng)元間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，由聯(lián)接權(quán)來(lái)傳遞。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制作為現(xiàn)代控制理論的延伸，為解決復(fù)雜的非線

性、不確定、不確知系統(tǒng)的控制問(wèn)題開(kāi)辟了一條新的途徑。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最為突出的優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型，只須知道

輸入空間和輸出空間，就可以建立輸入空間到輸出空間的某種

映射關(guān)系，適于多輸入、多輸出系統(tǒng)，能自適應(yīng)學(xué)習(xí)。精

品

課

件

41(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論(神經(jīng)元理論)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的特點(diǎn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型“混沌”是作為“秩序(order)”

的反義詞使用的，為了解明物理、生物、經(jīng)濟(jì)、

社會(huì)中的各種復(fù)雜問(wèn)題，期望混沌理論能夠發(fā)揮作用。

混沌(Chaos)

這一概念是19世紀(jì)末提出，1963開(kāi)始將其公式化。此后，

其研究盛行起來(lái)。精品課件

4220世紀(jì)40～60年代是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展初期，70年代的研究低

潮80年代，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究取得了突破性進(jìn)展。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在活用學(xué)習(xí)機(jī)能，完善模糊理論，面向控制和專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)

用方面發(fā)揮了重要作用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三個(gè)階段(3)混沌理論(Chaos)遺傳算法

(GA)

是模擬生物的遺傳和長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程發(fā)展起來(lái)的

一種搜索和優(yōu)化算法，它模擬了生物界“生存競(jìng)爭(zhēng)，優(yōu)勝劣汰，

適者生存"

的機(jī)制，用逐次迭代法搜索尋優(yōu)。這種方法給出

了生物細(xì)胞核中染色體增殖(選擇或自然淘汰)、交叉(染色體的部分替代重組)、突然變異的程序。遺傳算法的發(fā)展遺傳算法早在1940年Cybernetics

(控制論)中就被提出。具體

地形式化是在1960年由

J.Holland

完成的，此后在理論和應(yīng)

用兩方面進(jìn)行了研究，逐步拓展向人工生命及智能控制領(lǐng)域的

研究。(4)遺傳算法(Genetic

Algorithm)遺傳算法概念精品課件431974

年，

S.C.Lee

和

E.T.Lee

開(kāi)始將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力與模糊推

理能力有機(jī)地組合起來(lái)，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，擬補(bǔ)各自的短處，融合起

來(lái)，進(jìn)行研究和應(yīng)用。精

品

課

件

44GA在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，在優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器與辨

識(shí)器的結(jié)構(gòu)權(quán)系和學(xué)習(xí)規(guī)則、系統(tǒng)故障診斷等方面的研究，

取得了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，

GA

為許多困難的全局優(yōu)化問(wèn)題的解

決，開(kāi)辟了一條新的途徑。遺傳算法是智能控制的

一

個(gè)分支神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊(Neuron-Fuzzy)(5)各種方法、理論的融合是將GA

所具有的解的搜索能力和模糊的推理能力相互組合，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，擬補(bǔ)各自的短處的方法?？捎蒅A確定模糊推理的if-then

(如果-則)規(guī)則的輸入變量的數(shù)、隸屬函數(shù)、階層構(gòu)造等等；反過(guò)來(lái)，可由模糊規(guī)則調(diào)整GA

的參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊的融合中，許多方法被提出、并且得到了應(yīng)用。用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定模糊控制目標(biāo)、隸屬函數(shù)等等，或者通過(guò)模糊控制確

定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間結(jié)合強(qiáng)度等?？衫肎A的構(gòu)造確定能力，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層、單元數(shù)、連接強(qiáng)度

的最優(yōu)值，以改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能。遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GA

-

Neuron)遺傳算法與模糊(GA-

Fuzzy)精

品

課

件45電力電子化技術(shù)在工程機(jī)械方面的廣泛應(yīng)用，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的

廣泛應(yīng)用，使工程機(jī)械向著高性能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。智能控制是一

門(mén)新興的前沿交叉學(xué)科，其廣泛的應(yīng)用于智能機(jī)器人

控制、智能過(guò)程控制、智能專(zhuān)家系統(tǒng)、智能故障診斷、智能化儀器

等諸多領(lǐng)域，在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究表明腦神經(jīng)系統(tǒng)有Chaos

現(xiàn)象。因此，通過(guò)將混沌模型導(dǎo)入神

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，可以構(gòu)筑近似度高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。作為其應(yīng)用實(shí)例有：

動(dòng)態(tài)聯(lián)想記憶、組合式最優(yōu)化問(wèn)題、自組織化等?；煦缗c神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Chaos

-

Neuron)工程機(jī)械機(jī)電液智能化控制系統(tǒng)精

品

課

件46工程機(jī)械主要以液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是典型的機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)，

存在著非線性、時(shí)變性、外干擾及交叉耦合現(xiàn)象，難以精確建模，

目前，現(xiàn)有的系統(tǒng)模型都是在一定假設(shè)和近似的基礎(chǔ)上求得的，在應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論進(jìn)行控制時(shí)遇到了很多困難，控制效果不好。

利用智能網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和非線性映射能力，設(shè)計(jì)智能網(wǎng)絡(luò)控制

器，使被控對(duì)象既能滿足系統(tǒng)快速跟蹤控制的需要，又能提高系

統(tǒng)對(duì)非線性和不確定性特性的處理能力。>對(duì)象或過(guò)程的數(shù)學(xué)建模與分析；

(攤鋪機(jī)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)、液

壓挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)、塔機(jī)工作機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng))工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)；

(PID

、

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器

)工程機(jī)械控制系統(tǒng)的仿真及靜動(dòng)態(tài)特性分析；(2)工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)分析過(guò)程(1)工程機(jī)械機(jī)電液系統(tǒng)的特點(diǎn)精

品

課

件

47[e(kT)]

[u(kT)]模擬輸入通道

離散狀態(tài)

模擬輸出通道

連續(xù)狀態(tài)連續(xù)信號(hào)→離散信號(hào)

離散信號(hào)→連續(xù)信號(hào)反饋控制系統(tǒng)硬件框圖精

品

課

件

48產(chǎn)生脈沖序列作采樣信號(hào)

A-AnalogueD-Digital實(shí)時(shí)時(shí)鐘u*(t)D/A

保持器典型工程機(jī)械反饋控制系統(tǒng)硬件組成u(t)工程

機(jī)械系統(tǒng)

控制器e*(t)A/D采樣

開(kāi)關(guān)r(t)

e(t)y(t)1工程機(jī)電系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)過(guò)程工程機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要了解系統(tǒng)的組成、工作

原理、建模方法、特性分析及設(shè)計(jì)方法，還需要

合理選擇零、部元件(或根據(jù)要求設(shè)計(jì)和制造其

中部分元件),并分析、計(jì)算和測(cè)試由這些零、

部件組成系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，如果不滿

足要求還需提出進(jìn)一步的改進(jìn)方案。工程機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)精

品

課

件

49系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則(1)機(jī)、電、液互補(bǔ)原則。既然是工程機(jī)液電系統(tǒng)，就

要打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維方式，綜合考慮機(jī)械技術(shù)、液壓

傳動(dòng)技術(shù)和電子技術(shù)各自的特點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。(2)功能優(yōu)化原則。主要指在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要抓住用戶

最關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)，特別是系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等。(3)自動(dòng)化、智能化原則。高精度、高效率、高可靠性

是機(jī)電液一體化系統(tǒng)的重要指標(biāo)，因此要求系統(tǒng)在運(yùn)行

過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、

自動(dòng)記

錄及自動(dòng)顯示；在出現(xiàn)故障時(shí)能進(jìn)行自動(dòng)診斷，

自動(dòng)采

取應(yīng)急措施，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)等。精品課件50(4)效益最大原則。要在滿足用戶的目標(biāo)功能和適當(dāng)?shù)氖褂脡勖那疤嵯拢畲笙薅鹊亟档统杀?。要合理選用

材質(zhì)和零件，正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化制造工藝，降低生產(chǎn)成本。(5)開(kāi)放性原則。開(kāi)放性，是指以一組標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或約

定的原則來(lái)統(tǒng)一

系統(tǒng)的接口、通信和與外部的連接，使

系統(tǒng)能容納不同廠家制造的設(shè)備及軟件產(chǎn)品，同時(shí)又能

適應(yīng)未來(lái)新技術(shù)的發(fā)展。要使系統(tǒng)具有開(kāi)放性，在工程

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須選擇并貫徹一

系列的工程機(jī)械設(shè)計(jì)

規(guī)范，液壓及電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣，才能較容易地實(shí)現(xiàn)

硬件設(shè)備及軟件技術(shù)的可移植性和可操作性。精品課件

51系統(tǒng)設(shè)計(jì)的類(lèi)型(1)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。它是在既沒(méi)有參考樣板又沒(méi)有具

體設(shè)計(jì)方案的情形下，僅根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理和對(duì)新系

統(tǒng)的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的突破性和創(chuàng)新性。(2)適應(yīng)性設(shè)計(jì)。它是指在總的方案原理基本保持

不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行局部更改。例如用電子

裝置代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，或者為了實(shí)現(xiàn)電子化控制，

對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行的局部適應(yīng)性變動(dòng)。(3)變異性設(shè)計(jì)。是指在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變

的情況下，僅改變現(xiàn)有系統(tǒng)的規(guī)格尺寸，使之適應(yīng)某種

量值變化的要求。精品課件52工程機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通常有機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合法和組

合法。(1)互補(bǔ)法。互補(bǔ)法也稱(chēng)為取代法，用適當(dāng)?shù)耐ㄓ没驅(qū)Ｓ秒娮硬考娲こ虣C(jī)械中的復(fù)雜零部件。(2)結(jié)合法。結(jié)合法也稱(chēng)為融合法，這類(lèi)產(chǎn)品的功能部

件是專(zhuān)用的，各要素之間的接口條件已得到從份考慮，甚至可能融為一體。(3)組合法。將用互補(bǔ)法、結(jié)合法制成的功能部件子像

積木一樣組合成各種機(jī)電系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法精品課件53工程機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟在了解系統(tǒng)負(fù)載、系統(tǒng)控制性能要求、系統(tǒng)性能要求、系統(tǒng)使用要求幾個(gè)問(wèn)題之后，按下面步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：1可行性論證明確設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思想及其技術(shù)指標(biāo)，完成系統(tǒng)的總

體設(shè)計(jì)，并論證其可行性。2

初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)包括方案設(shè)計(jì)和靜態(tài)設(shè)計(jì)，方案設(shè)計(jì)如選擇機(jī)

電控制系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體形式；靜態(tài)設(shè)計(jì)主要是指

以滿足拖動(dòng)能力、強(qiáng)度要求為主的設(shè)計(jì)，解決執(zhí)行元件

和功率轉(zhuǎn)換與放大元件的選擇和主參數(shù)選擇問(wèn)題。精品課件

543數(shù)學(xué)模型：建立各元件的數(shù)學(xué)模型，求取整個(gè)系統(tǒng)的

數(shù)學(xué)模型，并畫(huà)出方塊圖；4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，確定控制規(guī)律及其實(shí)現(xiàn)方法。5初選控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真，依據(jù)仿真結(jié)果決定對(duì)方案設(shè)計(jì)及控制規(guī)律是否修改。6研制樣機(jī)首先分單元模塊進(jìn)行模擬調(diào)試，聯(lián)機(jī)調(diào)試通過(guò)后，研制

樣機(jī)，并實(shí)踐應(yīng)用。依據(jù)實(shí)踐應(yīng)用情況決定是否修改。7定型生產(chǎn)經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證之后，組織批量生產(chǎn)。精品課件55機(jī)電系統(tǒng)的各類(lèi)模型模型的分類(lèi)

實(shí)體模型圖式模型

模擬(仿真)模型物理模型數(shù)學(xué)模型物理模型：用物理參數(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)加以抽象、概

括、與描述的形式精

品

課

件

56實(shí)體模型：實(shí)體模型是一般實(shí)際系統(tǒng)放大

或縮小的表現(xiàn)形式。其可以表明系統(tǒng)的主要特征和各組成部分之間的關(guān)系。如地球儀、原子模型、挖掘機(jī)模型、攤鋪機(jī)模型。模擬模型(仿真模型):是指通過(guò)計(jì)算機(jī)

仿真或者用一種模型代替另一種物理模型

的表現(xiàn)形式。如MATLAIB

里的仿真模型，用

電系統(tǒng)模擬機(jī)械系統(tǒng)，模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的性

能能和行為。精品課件57圖示模型：是以圖表、圖形、曲線、符號(hào)對(duì)

現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)加以抽象、概括與描述的表現(xiàn)形

式。如設(shè)計(jì)圖、流程圖、電路圖等。精

品

課

件

58裝配圖簡(jiǎn)化為結(jié)構(gòu)原理圖，然后再概括抽

象為用物理參數(shù)表示的物理模型。物理模型的描述質(zhì)量(m)或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

(J)彈性系數(shù)(K)粘滯阻尼系數(shù)(f)機(jī)電系統(tǒng)物理模型精品課件59機(jī)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模

型數(shù)學(xué)模型建立的依據(jù)是物理模型。根據(jù)各參數(shù)的相互關(guān)系，通過(guò)有關(guān)的定律、定理

和規(guī)律等建立數(shù)學(xué)表達(dá)式，該表達(dá)式正確

地反映了系統(tǒng)的本質(zhì)。在數(shù)學(xué)模型的建立

中要保證數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化性和準(zhǔn)確性。精

品

課

件

60>

通用計(jì)算機(jī)(臺(tái)式機(jī))

:軟、硬件通用，多種

軟、硬件支持，配套設(shè)備完善。但作為數(shù)字控

制器整體的實(shí)時(shí)處理速度不是很快，決定于所

有部件的速度。單

片

機(jī)：仍在不斷發(fā)展，如Intel

9000的運(yùn)算

速度就非?？捎^，接口性能良好，但乘法運(yùn)算速度慢，不適于運(yùn)算量大的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。>

PLC可編程控制器：適用于工業(yè)自動(dòng)化控制，安全可靠，比較完善，但價(jià)格較貴，體積較大。機(jī)電系統(tǒng)控制器的類(lèi)型精品課件

61>

嵌入式計(jì)算機(jī)：體積小，重量輕，可靠性高，針對(duì)特殊環(huán)境設(shè)計(jì)的部件可做到防振，抗高低

溫等特點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)，可按需要選擇功能模

塊。>

DSP芯片：

專(zhuān)門(mén)的可編程數(shù)字信號(hào)處理芯片，具

有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，有著各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但數(shù)據(jù)處理能力大大提高，有可以實(shí)現(xiàn)特處用途(如FFT、

FIR濾波、卷積)的DSP

芯片。多用于需高速實(shí)

時(shí)數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)合(如圖形處理，大規(guī)模數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)算)。精品課件

62單片機(jī)：國(guó)內(nèi)由于各種的歷史原因，在1990年以前，幾乎

只有In

tel

公司的單片機(jī)在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，當(dāng)時(shí)國(guó)

內(nèi)的單片機(jī)就是指Intel

的MCS-51

系列單片機(jī)，這樣51

系

列單片機(jī)在中國(guó)有其傳統(tǒng)的地位，很多大專(zhuān)院校及工程技

術(shù)人員熟悉它。在現(xiàn)階段由76*0于MCS-51

的實(shí)用性和性價(jià)比，51系列單片機(jī)仍是工業(yè)控制、家電產(chǎn)品等各類(lèi)產(chǎn)品的主要機(jī)種。當(dāng)然現(xiàn)在如98系列Intel

9000、AVR單片機(jī)等種類(lèi)多多。10kDSP的發(fā)展：更高的運(yùn)行速度和信號(hào)處理速度；多

DSP協(xié)同工作；更方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境；>大量專(zhuān)用DSP的出現(xiàn)；更高的性能/價(jià)格比；>更廣泛的應(yīng)用；>更低的功耗。DSP

芯片——專(zhuān)門(mén)的可編程數(shù)字信號(hào)處理芯片100-Lead

TQFP

Package

Pinout可

總

*

i頂dE+PFtERESET[go6,pnHo1*Pmcs5CommunicationsModuleExtension

Base

unitPLC可編程序控制器Power

Supply

ModuleBasic

Base

unitSpecial

moduelCPU

moduleBattery

RS-232C

cable

General

purpose

PC

Diskette

for

KGL

DOSMemory

moduleOutput

ModuleExtension

CableInput

ModuleGN3-CPUAFuse3V65PC/104

標(biāo)準(zhǔn)提供與

PC總線在體系結(jié)構(gòu)、硬件和

軟件上的完全兼容。采用CMOS器件，功耗低。已有的PC/104

模塊為構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)提供了種類(lèi)繁多的各種構(gòu)件，

它的高集成性和可模塊化的結(jié)構(gòu)適用于多種應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)精品課件66液晶顯示器PC/1045.2挖掘機(jī)工裝軌跡機(jī)電液系控制技術(shù)

1)挖掘機(jī)機(jī)器人化的發(fā)展現(xiàn)狀液壓挖掘機(jī)是一種應(yīng)用十分廣泛的工程機(jī)械，在

礦業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域占有著重要的地位。特別在基礎(chǔ)設(shè)

施建設(shè)中所起到的作用越來(lái)越明顯。在日本，建設(shè)一座年產(chǎn)300~500萬(wàn)噸的煉鋼廠只需28個(gè)月；在美國(guó)建一座長(zhǎng)達(dá)38.4公里的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大橋只需27個(gè)月；可見(jiàn)，建筑施工的現(xiàn)代化，也就是自動(dòng)化、智能化，將

直接影響到國(guó)家基本建設(shè)的速度，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起

著重要的作用。隨著人們對(duì)工作環(huán)境要求的不斷提高，

不僅在一些對(duì)人生命構(gòu)成危險(xiǎn)的場(chǎng)合，如放射性礦石開(kāi)

采、井下粉塵作業(yè)、爆破現(xiàn)場(chǎng)施工、核工程和水下施工

等，要求無(wú)人駕駛和遠(yuǎn)距離控制挖掘機(jī)機(jī)電液技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：1)

遙操作技術(shù)：實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛(無(wú)線控制和網(wǎng)絡(luò)視頻)2)自動(dòng)化與智能化：攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制，挖掘機(jī)節(jié)

能控制、全功率控制、軌跡控制、

自動(dòng)掘削控制等。精品課件68研究的目

的和意義液壓挖掘機(jī)作為一種工程行業(yè)大量應(yīng)用的土方機(jī)械，它的性能的好壞直接影響到整個(gè)工程的進(jìn)度與質(zhì)量。精品課件69作業(yè)強(qiáng)度增大精品課件70工程難度增大施工時(shí)造成塌方水下作業(yè)太空開(kāi)發(fā)精品課件71現(xiàn)有液壓挖掘機(jī)的操縱主要還是人工操縱，操縱者

勞動(dòng)強(qiáng)度大；有些液壓挖掘機(jī)工作在工作條件相當(dāng)惡劣的環(huán)境下，

在這種情況下靠人工控制

很難保證其精度，甚至有

些工作環(huán)境不允許人的進(jìn)

入；液壓挖掘的操縱者要經(jīng)過(guò)

很長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)和長(zhǎng)時(shí)間

的實(shí)踐操作以后才能熟練的進(jìn)行操縱。

精品課件構(gòu)都在此領(lǐng)域投入了大量的人力、物力、財(cái)力，獲自挖掘Distance

from

boom

foot

pin

to

bucket

tip

(m)日本十分重視工程機(jī)械自動(dòng)控制方面的研究，他們起步也較早，不論是私營(yíng)企業(yè)還是國(guó)立研究機(jī)200150100500-50·100-150-200Experiment

1

-

Experiment

2

--

Experiment

3Amp

∠

FY

∠Amp

3

PV3Horizontal

trajectory

(Experiment)ManifoldBlockIndustrial

computer

(Window+S/W)Horizontal

distance

(mm)—

1600——t8b0V

ert

i

ca

l

distanceAmp4

PV4精品課件(mm)250-10001400--606-80040074東北大學(xué)的研究人員對(duì)小松小

型挖掘機(jī)進(jìn)行了液壓、機(jī)器人

化改造。對(duì)改造后的工作裝置

模型建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，將徑

向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)

學(xué)的逆向求解中，并對(duì)此進(jìn)行仿真分析。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)研究人員以自主研制的小型挖掘機(jī)為研究對(duì)象，提出了基于規(guī)則的智能PID控制策略，同時(shí)提出了一種新穎的、

對(duì)非線性系統(tǒng)有很強(qiáng)適應(yīng)性的

時(shí)間延時(shí)控制方法，并對(duì)上述兩種控制算法進(jìn)行了仿真。中南大學(xué)的研究人員建立了挖

掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)力

學(xué)模型、相關(guān)液壓元件的數(shù)學(xué)

模型。針對(duì)液壓元件存在的響

應(yīng)滯后的問(wèn)題，采用PID算法以及自適應(yīng)控制算法來(lái)進(jìn)行校

正。燕山大學(xué)研究人員對(duì)液壓挖掘

機(jī)建立拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程，

對(duì)其分別添加了模糊PID控制

算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，

從仿真分析的角度論證了上述

兩種控制算法的可行性。精品課件

75●

國(guó)內(nèi)研究面臨問(wèn)題1.停留在建模、仿真階段2.實(shí)驗(yàn)論證少3.控制精度不高精品課件76以后的研究方向：旨在研究液壓挖掘機(jī)工作裝置軌跡自動(dòng)控制系統(tǒng)，探討一種行之有效的自動(dòng)控制方法，對(duì)液壓挖掘機(jī)的挖掘軌跡進(jìn)行

控制，并對(duì)此進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究；●

提高控制精度，增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力；減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，無(wú)線操作；精品課件77軌跡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模挖掘機(jī)工裝軌跡

控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)精品課件78挖掘機(jī)鏟斗軌跡控制的不同階段目前自動(dòng)化挖掘技術(shù)可分為挖掘機(jī)的簡(jiǎn)單自動(dòng)化、半自

動(dòng)化挖掘和全自動(dòng)化挖掘3種形式。雖然在每個(gè)階段中所要實(shí)現(xiàn)的功能不同，但是都需要對(duì)

挖掘機(jī)鏟斗的軌跡進(jìn)行控制，可見(jiàn)挖掘機(jī)鏟斗的控制是

實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)自動(dòng)化的關(guān)鍵工作之一。挖掘機(jī)的簡(jiǎn)單自動(dòng)化在此階段的研究中，只是利用反映機(jī)器自身狀態(tài)的內(nèi)部

傳感器信息，而無(wú)反映環(huán)境狀況的外部傳感器信息；只

能執(zhí)行操作者設(shè)定的路徑，沒(méi)有自主決定路徑的能力，

缺乏適應(yīng)環(huán)境的柔性。精品課件79挖掘機(jī)的半自主化這類(lèi)機(jī)器人化作業(yè)挖掘機(jī)主要是實(shí)現(xiàn)機(jī)器的局部自主性，

如直線挖掘、自動(dòng)裝載等局部自主化功能。該類(lèi)挖掘機(jī)

運(yùn)用了外部傳感器，因此對(duì)外部環(huán)境有一定的適應(yīng)能力；

以離線的方式進(jìn)行軌跡規(guī)劃，并把規(guī)劃好的數(shù)據(jù)輸入控

制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操縱的自動(dòng)控制，這是一種計(jì)算機(jī)2

級(jí)控制結(jié)構(gòu)，也是目前最典型的挖掘機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)。挖掘機(jī)的全自主化這一階段是挖掘機(jī)機(jī)器人化發(fā)展的最終方向，控制結(jié)

構(gòu)同樣也分為2級(jí)，高級(jí)控制中的控制器進(jìn)行在線規(guī)劃，

而低級(jí)控制器執(zhí)行高級(jí)控制器輸出的動(dòng)作。即在挖掘機(jī)進(jìn)行工作前，只需輸入挖掘任務(wù)，也就是只要告訴挖掘

機(jī)需要完成什么任務(wù)，而怎樣完成及具體的操作步驟均

由挖掘機(jī)自主完成，整個(gè)過(guò)程無(wú)需操作手的任何干涉。精品課件

80斗桿液壓缸鏟斗液壓缸動(dòng)臂液壓缸模型的電液控制系統(tǒng)原理圖如下圖所示動(dòng)臂角位移傳感器控制器

放大器斗桿角位移傳感器電液比例閥手動(dòng)換向閥手動(dòng)換向閥

溢流閥液壓泵」”81挖掘軌跡的計(jì)算(齊次變換)精品課件82齊次變換用齊次變換來(lái)描述機(jī)構(gòu)各構(gòu)件坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置

和方向，不但具有直觀的幾何意義，而且能描述構(gòu)件

之間的關(guān)系并求解運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，有利于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分

析和對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的有效控制。平移變換就是用于兩個(gè)向量的相加，根據(jù)齊次坐標(biāo)向量求和運(yùn)算，可得平移變換為精品課件

83根據(jù)直角坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換，可得繞齊次坐標(biāo)系

的X,Y,Z

軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換為：Bbt

84

液壓挖掘機(jī)試驗(yàn)機(jī)85挖掘軌跡圖Z18001.5001200900600500-300—fu

的86電液比例閥

放大器精品課件87傳感器卡：

PCl-8333精品課件88控制基于DSP

的挖掘機(jī)軌跡控制主要完成的任務(wù)(1)完成基于DSP的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：角度傳感器、

電液轉(zhuǎn)換裝置和高性能DSP數(shù)字信號(hào)處理器等硬件連接起

來(lái)構(gòu)成控制系統(tǒng)。(2)DSP

控制系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)：使用CCS3.3開(kāi)發(fā)軟件，對(duì)DSP進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)挖了掘機(jī)軌跡自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)

程序。(3)完成對(duì)挖掘機(jī)模型軌跡自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)研究：調(diào)試

系統(tǒng)硬件電路，修改完善控制程序，調(diào)整PID各項(xiàng)參數(shù).精品課件

89HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY光電編碼器D光電編碼器SD/APD/A挖掘機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的總體方案精品課件

90HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY操作手柄動(dòng)臂液壓缸比例放大器斗桿液壓缸電液比例閥比例放大器電液比例閥動(dòng)臂斗桿ADREFINI

ADREFLO1模

式

跳線設(shè)

置2標(biāo)

準(zhǔn)RS-232MP/MC1MCXA?SCITXDA?SPICLKA1SPISTEA1模式跳線設(shè)置

1JTAG仿

真

描

頭U9

四

路

用

戶

可

控

開(kāi)

關(guān)此系統(tǒng)采用了北京瑞泰的ICETEK-F2812-A

評(píng)估板，此評(píng)估板是以TMS320F2812

DSP為主處理芯片，它每秒可執(zhí)行1.5億條指令，能實(shí)現(xiàn)單周

期32位與32位乘和累加功能，其運(yùn)算能力和運(yùn)算速度能夠滿足挖掘機(jī)控制

系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的要球課件ICETEK-F2812-A

評(píng)估板HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGYP4擴(kuò)

展

插

座+5V

電源

插

座電

源

指

示

燈擴(kuò)

展

插

座擴(kuò)

展

插

座擴(kuò)

展

插

座指

示

燈91系統(tǒng)所采用的電液轉(zhuǎn)換裝置采用華德液壓工業(yè)集團(tuán)

生產(chǎn)的2FRE6.A-20B/10QM

型號(hào)二通比例閥，并配有與之

配套的放大器VT-5010。

從放大器的26A和26C端輸入0~+10V模擬電壓量即可控制電磁鐵的位移值，改變出口

流量。當(dāng)差動(dòng)電壓為10V時(shí)，對(duì)應(yīng)閥芯的最大位置。精

品

課

件a)

電液比例調(diào)速閥

b)

比例放大器電液轉(zhuǎn)換裝置OF

TECHNOLOGYINSTITUTEHARBIN92a)

連接前

b)

連接后輔助接口電路精品課件93HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY比例放大器

輔助接口電路挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)硬件連接總圖精品課件光電編碼器手動(dòng)換向閥動(dòng)臂液壓缸斗桿液壓缸HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY電液比例閥DSP評(píng)估板94挖掘機(jī)軌跡控制實(shí)驗(yàn)研究將挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)連接入實(shí)驗(yàn)室的挖掘機(jī)模型中進(jìn)行

實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)按照以下幾方面進(jìn)行。(1)對(duì)硬件各部分進(jìn)行測(cè)試，以確定他們之間性能和規(guī)格的匹配。(2)進(jìn)行挖掘機(jī)軌跡控制的研究，以在線調(diào)試模式整定

PID參數(shù)，獲取軌跡效果最佳的PID參數(shù)。并將確定好的程

序固化到FLASH

中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫離PC

機(jī)運(yùn)行。(3)比較不同控制方式下的挖掘軌跡并對(duì)挖掘機(jī)軌跡實(shí)驗(yàn)

誤差分析。精品課件

95HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY控

制

系

統(tǒng)

的

測(cè)

試

調(diào)

整挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)的建立過(guò)程中，編寫(xiě)了輔助程序以在線仿真模式對(duì)各部分硬件進(jìn)行測(cè)試，以確保他們的性能以及之間的連接是否匹配，為挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)的后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。a)DSP

評(píng)估板與PC連接b)

仿真器在線仿真調(diào)試模式OF

TECHNOLOGYINSTITUTEHARBIN96挖掘機(jī)系統(tǒng)軌跡控

制實(shí)驗(yàn)先通過(guò)在線仿

真模式對(duì)挖掘機(jī)控制

系統(tǒng)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)

節(jié)，預(yù)定挖掘軌跡為

一條水平直線，實(shí)驗(yàn)

時(shí)先通過(guò)試湊法暫定

Kp,Ki,Kd

三個(gè)參數(shù)。挖掘機(jī)控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定精品課件97HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGYc)

動(dòng)臂：Kp=3

Ki=0.01

Kd=0.01斗桿：

Kp=6

Ki=0.01

Kd=0.01d)

動(dòng)臂：Kp=3Ki=0.01

Kd=0.01斗桿：

Kp=9

Ki=0.01Kd=0.01實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下各圖所示。a)

動(dòng)臂：Kp=8

Ki=0.01Kd=0.08斗桿：

Kp=12

Ki=0.01Kd=0.05b)

動(dòng)臂：Kp=5

Ki=0.01

Kd=0.06斗桿：

Kp=12

Ki=0.02

Kd=0.06對(duì)于不同的動(dòng)臂和斗桿的Kp,Ki,Kd

三個(gè)參數(shù)，軌跡跟蹤效果各有不同，其OF

TECHNOLOGY理

論

直

線實(shí)際軌跡INSTITUTEHARBIN98方式3方式2

方式1理論直線不同控制方式下的挖掘軌跡實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)通過(guò)三種方式，來(lái)控制系統(tǒng)達(dá)到軌跡控制的目的，并進(jìn)行比

較。方式1:動(dòng)臂和斗桿的動(dòng)作都由各自的電液比例閥控制；方式2:斗桿以固定速度動(dòng)作，動(dòng)臂跟隨；方式3:動(dòng)臂以固定速度動(dòng)作，斗桿

跟隨，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以看出，與理論直線比較，方式1的誤差均小于方式2和

方式3,因?yàn)榉绞?能更好的保證動(dòng)臂和斗桿兩者預(yù)定角度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(

實(shí)

驗(yàn)

錄

像

)

精品課件

99HARBIN

INSTITUTE

OF

TECHNOLOGY結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已有的挖掘機(jī)模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，其主要研究?jī)?nèi)容如下所

示：(1)將角度傳感器、電液轉(zhuǎn)換裝置和DSP主控制器等硬件連接起來(lái)構(gòu)成了挖掘機(jī)軌跡控制系統(tǒng)，并且完成了對(duì)DSP

主控制器的程序開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)

挖掘機(jī)模型鏟斗斗尖軌跡的自動(dòng)控制。(2)系統(tǒng)采用PID

控制方法，實(shí)驗(yàn)通過(guò)試湊法，確定了軌跡效果最好的Kp、Ki、Kd

三個(gè)參數(shù)，并將程序固化到DSP

的FLASH

存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)

控制系統(tǒng)脫離PC機(jī)運(yùn)行。(3)在不同的控制方式下，對(duì)挖掘機(jī)軌跡進(jìn)行了跟蹤控制，并對(duì)挖掘機(jī)

軌跡實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和誤差進(jìn)行分析。精品課件

100OF

TECHNOLOGYINSTITUTEHARBIN基于個(gè)人電腦的信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)在動(dòng)臂以及斗桿上都裝有光電編碼器，每一個(gè)光電編碼器均輸出兩路脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的采集選用北京中泰PCI-8333數(shù)據(jù)采集卡，每張數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)置3路計(jì)數(shù)器。鑒向、防干擾電路板

光電編碼器精品課件

101PCI-8333軌

跡

控

制

系

統(tǒng)

軟

件

設(shè)

計(jì)控制軟件負(fù)責(zé)將液壓系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)鏈接成一個(gè)整體，控制軟件為PCI-8333數(shù)據(jù)采集卡提供驅(qū)動(dòng)，為液壓系統(tǒng)提供控制指令，是控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的主體

信號(hào)

控制

液壓采集

軟件

系統(tǒng)精品課件102控制算法指令輸出動(dòng)畫(huà)跟隨數(shù)據(jù)處理精品課件軌跡控制

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集通過(guò)Timer控件的定時(shí)觸發(fā)功能來(lái)調(diào)用PCI-8333數(shù)據(jù)卡的封裝函數(shù)，實(shí)現(xiàn)光電編碼器脈沖信號(hào)的采集。提供相應(yīng)的控制算法，根據(jù)輸入的轉(zhuǎn)角

信息經(jīng)過(guò)計(jì)算后輸出相應(yīng)的控制電壓，

是整個(gè)軌跡控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。借助Timer

控件調(diào)用PCI-8333

卡的模

擬量輸出功能來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電壓的輸出。通過(guò)PictureBox控件實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂、斗桿運(yùn)動(dòng)

動(dòng)畫(huà)演示，動(dòng)畫(huà)演示中動(dòng)臂、斗桿運(yùn)動(dòng)與實(shí)際動(dòng)臂、斗桿運(yùn)動(dòng)相一致。完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的后

期處理提供數(shù)據(jù)。103控制軟件●

積分比例系數(shù)的值為零時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差；但當(dāng)其值較大時(shí)積分作用反而被削弱，不能達(dá)到減

小靜態(tài)誤差的效果，因此只需給賦一個(gè)較小的值便能實(shí)

現(xiàn)消除靜態(tài)誤差的目標(biāo)。●

微分比例系數(shù)起著改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的作用，當(dāng)值較小時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量較大；當(dāng)值較大時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)產(chǎn)生發(fā)

散性震蕩。比例系數(shù)能調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)的速度，值過(guò)大會(huì)使得系統(tǒng)震精品課件蕩次數(shù)增多，超調(diào)量增大。PID軌跡控制器