《機(jī)電控制技術(shù)》圖文-第一章

機(jī)電控制技術(shù)第一章機(jī)電控制技術(shù)概述9/18/2024目錄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)的發(fā)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、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)

1.1.1控制的基本概念

控制是指為達(dá)到某種目的，對某些對象施加所需的操作。1.1控制系統(tǒng)1.1.2控制系統(tǒng)概述

1.控制系統(tǒng)的基本概念

為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，形成一個(gè)有機(jī)體，這個(gè)有機(jī)體稱為控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是物理學(xué)的一部分，是專門用來對物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行控制的，其數(shù)學(xué)表征形式是運(yùn)動的微積分方程。它的作用就是根據(jù)現(xiàn)在的理想與現(xiàn)實(shí)之間的差距來指導(dǎo)系統(tǒng)下一步的操作。

9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)2.控制系統(tǒng)的分類

1）按給定量的特征分

隨動控制系統(tǒng)在工業(yè)部門又稱為伺服系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的給定量的變化規(guī)律是不能預(yù)先確定的。（1）恒值控制系統(tǒng)。（3）隨動控制系統(tǒng)。（2）程序控制系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)是一種使預(yù)期量不隨時(shí)間變化的常量反饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的預(yù)期量一經(jīng)給定，在運(yùn)行過程中就不再改變(但可按期校準(zhǔn)或更改給定量)。其任務(wù)是保證在任何擾動下系統(tǒng)的被控量為恒值。程序控制系統(tǒng)的給定量為變量，但其變化規(guī)律是預(yù)先確定的。可以預(yù)先將給定量的變化規(guī)律編成程序，由該程序發(fā)出控制指令，在輸入裝置中再將控制指令轉(zhuǎn)換為控制信號，使被控量按指令的要求運(yùn)動。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)2）按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分

（1）連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）離散控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中各部分傳遞的信號都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括線性連續(xù)控制系統(tǒng)和非線性連續(xù)控制系統(tǒng)。其中，能用線性微分方程描述的系統(tǒng)稱為線性連續(xù)控制系統(tǒng)；不能用線性微分方程描述，且存在著非線性部件的系統(tǒng)稱為非線性連續(xù)控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)中某一處或數(shù)處的信號是以脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。在離散控制系統(tǒng)中，數(shù)字信息的測量、放大、比較和給定等過程均由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后傳給伺服放大器，然后再去驅(qū)動執(zhí)行元件也可由計(jì)算機(jī)直接輸出數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)字放大器后驅(qū)動數(shù)字式執(zhí)行元件。

9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)3.控制系統(tǒng)的控制方法

控制方法的不同，控制系統(tǒng)的組成部分也不同。最常用的有比例積分微分(PID)控制方法。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，于是新的控制方法便發(fā)展起來。1）自適應(yīng)控制2）模糊控制

3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制4）智能控制5）計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制是指利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制。自適應(yīng)控制是指通過不斷地測量系統(tǒng)的輸入/輸出狀態(tài)及其性能參數(shù)，逐漸了解和掌握對象的信息，然后根據(jù)所得的信息按一定的控制策略，作出決策去更新控制器的參數(shù)，從而達(dá)到所要求的控制性能指標(biāo)。模糊控制是指以模糊集合理論為基礎(chǔ)的控制技術(shù)。是指以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)。一個(gè)理想的智能控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)方面的功能：（1）具有關(guān)于人機(jī)環(huán)境的知識及如何利用這些知識的策略；（2）具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)的能力；（3）能滿足多目標(biāo)、多層次的高標(biāo)準(zhǔn)要求，有判斷決策的能力；（4）有容錯(cuò)性；（5）具有智能化的人機(jī)界面。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)4.控制系統(tǒng)的基本要求

由于控制系統(tǒng)應(yīng)用于不同的場合，因而對它有不同的性能要求。一般可將控制系統(tǒng)的基本要求歸結(jié)為以下幾種：（1）穩(wěn)定性。（2）精確性。

（3）快速性。（4）安全性。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件?？刂葡到y(tǒng)的精確性即控制精度，一般以穩(wěn)態(tài)偏差來衡量。由于技術(shù)上的原因，安全控制的問題尚未很好地解決，在國內(nèi)外發(fā)生過多次安全事故，損失巨大。因此，國內(nèi)外對于控制系統(tǒng)的故障診斷十分重視，成立了專門的委員會負(fù)責(zé)這一學(xué)科的組織和發(fā)展工作?？焖傩允侵府?dāng)系統(tǒng)的被控量與給定量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差的快慢程度。快速性越好的系統(tǒng)，消除偏差過渡過程的時(shí)間就越短，因而具有較好的動態(tài)性能。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.2機(jī)電控制系統(tǒng)1.2.1機(jī)電控制系統(tǒng)概述

20世紀(jì)60年代，一系列高新技術(shù)，如微電子技術(shù)、自動化技術(shù)、生物技術(shù)、傳感技術(shù)、光纖通信技術(shù)等，都以空前的速度向前發(fā)展，并且逐漸向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滲透，機(jī)械系統(tǒng)已不再是單純的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而更多的是與信息系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等結(jié)合在一起，組成一個(gè)有機(jī)體，并逐漸形成以電機(jī)為支柱的機(jī)電系統(tǒng)，即機(jī)電控制系統(tǒng)。

9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.2.2機(jī)電控制系統(tǒng)的基本要素

常見的機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)械本體、傳動裝置、檢測傳感部分、執(zhí)行裝置、驅(qū)動部分、控制和信息處理單元及接口等幾個(gè)基本要素。1.2機(jī)電控制系統(tǒng)9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.機(jī)械本體2.傳動裝置

3.檢測傳感部分4.執(zhí)行裝置傳動裝置的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。常用的機(jī)械傳動裝置包括齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、撓性傳動、間歇傳動和軸系傳動等。具體要求包括以下3個(gè)方面：精密化、高速化、小型化、輕量化。執(zhí)行裝置是根據(jù)控制信息和指令完成既定動作的裝置。根據(jù)動力源的不同，可將執(zhí)行裝置分為電氣執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行裝置和氣動執(zhí)行裝置。

1）電氣執(zhí)行裝置

2）液壓執(zhí)行裝置

3）氣動執(zhí)行裝置檢測傳感部分的功能是對機(jī)電控制系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，并轉(zhuǎn)換成可識別的信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧C(jī)械本體是機(jī)電控制系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持部分，包括機(jī)身、框架和機(jī)械鏈接等。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)5.驅(qū)動部分

6.控制和信息處理單元7.接口驅(qū)動部分可在控制信號的作用下提供動力，根據(jù)控制信號驅(qū)動各種執(zhí)行裝置完成各種動作和功能。接口是控制系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面，具有對信號進(jìn)行變換、放大及傳遞的功能。它將各組成要素連接成為一個(gè)有機(jī)體，由控制和信息處理單元引導(dǎo)各功能環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。控制和信息處理單元可將傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲、分析和加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有序地運(yùn)行。它一般由計(jì)算機(jī)、可編程序控制器、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、輸入/輸出接口和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等組成。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.3機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展1.3.1機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展概況

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著機(jī)電控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從人工處理到計(jì)算機(jī)處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器的邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。

世界各先進(jìn)工業(yè)國家的機(jī)電控制技術(shù)的各有特點(diǎn)，其發(fā)展的重點(diǎn)和具體做法也不盡相同，但總的趨勢是一致的，歸納起來主要包括以下3個(gè)方面：（1）向高精度、高效率、高性能和智能化的方向發(fā)展。（2）向小型化、輕型化和多功能化的方向發(fā)展。

（3）向系統(tǒng)化和復(fù)合集成化的方向發(fā)展。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.4機(jī)電控制技術(shù)的相關(guān)學(xué)科機(jī)電控制技術(shù)是在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，與一些新興技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的。與機(jī)電控制技術(shù)的技術(shù)可以歸納為檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)。這些共性相關(guān)技術(shù)之間的關(guān)系如下圖所示。9/18/2024機(jī)電控制技術(shù)1.5機(jī)電控制技術(shù)的、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益機(jī)電控制技術(shù)綜合利用各相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，揚(yáng)長避短，取得了系統(tǒng)優(yōu)化的效果，產(chǎn)生了顯著的社會、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，具體表現(xiàn)如下：（1）提高精度。

（2）增強(qiáng)功能。

（3