机电控制计算机系统设计
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计一、概论1、机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2、对检测传感器的要求：要求检测传感器具有高精度、高灵敏度和高可靠性。
3、检测传感技术的主要难点：提高可靠性、精度和灵敏度。
需要研究的问题有：①提高各种敏感材料和元件灵敏度及可靠性②改进传感器结构，开发温度与湿度、视觉与触觉同时存在的符合传感器③研究在线检测技术，提高抗干扰能力④研究具有自动诊断与自动补偿功能的传感器。
4、自动控制：自动控制是指在没有人参与的情况下，通过控制装置使被控制的对象或控制过程自动的按照预定的规律运行。
5、系统总体技术：系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。
6、系统总体技术包括：插件、接口转换、软件开发、微机应用技术、控制系统的成套性和成套设备自动化技术。
7、系统总体技术需要研究的问题：①软件开发与应用技术，包括过程参数应用软件、实时精度补偿软件②研究接插件技术，体改可靠性③通过接口和数据总线标准化④控制系统成套性和成套设备自动化⑤软件的标准化。
8、机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个系统组成。
9、系统的五种内部功能：即主功能、动力功能、计策功能、控制功能、构造功能。
主功能是实现系统“目的功能”直接必须的功能，主要是对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和存储。
动力功能的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实时“目的功能”。
而构造功能则是使构成系统的子系统及元、部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必须的功能。
10、机电一体化系统设计的考虑方法同城有：几点互补法、融合法和组合法。
11、系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。
机电一体化系统设计与性能优化
机电一体化系统设计与性能优化机电一体化系统是将机械和电气两个部分完全融合在一起的系统。
它利用计算机技术、自动控制技术、电力电子技术和通信技术，实现机械和电气部分的高效协同工作。
在现代工业中，机电一体化系统已经广泛应用于诸如自动化生产设备、机器人、无人驾驶系统等领域。
设计一套高效稳定的机电一体化系统并优化其性能，对于提高生产效率、降低能源消耗和保证产品质量具有重要意义。
在机电一体化系统设计和性能优化过程中，以下几个关键因素需要被考虑：1. 功能设计：机电一体化系统的功能设计是系统设计的首要任务。
需要明确系统所需完成的功能，并设计相应的机械和电气部分。
例如，在自动化生产设备中，机电一体化系统需要能够实现自动化控制、传感器信号处理和执行器的运动控制。
2. 效率优化：机电一体化系统的效率优化是提高生产效率和降低能源消耗的关键。
在设计中，需要根据实际需求选择合适的传动装置、电机和控制器，以最大限度地提高系统的能效。
此外，还可以利用节能控制策略，如能量回收和动态负载平衡，进一步提高系统的效率。
3. 信号采集和处理：机电一体化系统设计中的另一个重要方面是信号采集和处理。
系统需要能够准确地获取来自各传感器的信号，并实时处理这些信号。
在设计过程中，需要选择合适的传感器和信号处理器，以确保系统能够准确地感知和响应外界环境的变化。
4. 控制策略：控制策略是机电一体化系统性能优化的关键。
根据系统的实际需求，需要选择合适的控制策略。
例如，在机器人系统中，可以采用基于力矩控制的控制策略，以实现更精确的运动控制。
此外，还可以利用自适应控制和模糊控制等先进算法，以进一步优化系统的性能。
5. 系统安全和可靠性：机电一体化系统设计和性能优化中，系统的安全和可靠性是至关重要的。
需要对系统进行全面的风险评估，并采取相应的安全措施，如防护装置、报警系统和紧急停止装置等。
此外，还需要进行系统的可靠性分析，以确保系统在长期运行过程中稳定可靠。
机电一体化系统优化设计及应用
机电一体化系统优化设计及应用随着科技的不断发展，机械、电子和计算机的结合越来越紧密，机电一体化技术应运而生。
机电一体化系统将机械与电子无缝融合，将传感器、控制器、驱动器等各种电子元器件集成于机械系统中，从而实现机械设备智能化、自动化和优化控制。
本文将深入探讨机电一体化系统的优化设计及应用。
一、机电一体化系统的构成机电一体化系统是由机械部分、电子部分和计算机部分组成的。
其中，机械部分包括各种机械设备，如传动机构、运动机构、结构件等。
电子部分包括各种传感器、控制器、驱动器等电子元器件。
计算机部分则用于数据处理和控制指令的发送。
在机电一体化系统中，传感器用于感知系统环境和机械部分的状态信息，例如力、速度、温度等。
控制器则根据传感器所提供的信息制定出对机械部分的控制策略，并输出控制信号给驱动器，驱动器再将信号转换为机械运动。
计算机则用于数据处理和指令发送，实现整个系统的智能化控制。
二、机电一体化系统的优化设计为了提高机电一体化系统的性能，需要对其进行优化设计。
优化设计的目标是尽可能提高系统的效率、可靠性和可控性。
以下是优化设计中需要注意的几个方面：1.机械部分的设计机械部分主要包括传动机构、运动机构和结构件等，需要充分考虑机械部分的匹配性、精度和可靠性。
例如，在传动机构的设计中，需要考虑到传动效率和传动精度，选择合适的传动方式和传动比例；在运动机构的设计中，需要选择合适的结构类型，提高系统的运动精度和运动速度；在结构件的设计中，需要考虑到材料的选择和组合，增强结构件的刚性和耐用性。
2.电子部分的设计电子部分主要包括传感器、控制器和驱动器等电子元器件，需要充分考虑电子部分的匹配性、精度和可靠性。
例如，在传感器的选择中，需要考虑到传感器的灵敏度、精度和响应时间，选择合适的传感器类型和数量；在控制器的设计中，需要考虑到控制器的运算速度和可控性，选择合适的控制器型号和控制算法；在驱动器的设计中，需要考虑到驱动器的转换效率和输出精度，选择合适的驱动器型号和驱动方式。
机电一体化系统设计第三章
39
第3章 控制系统设计
(3) 离散系统的时间响应
图3.37离散系统的时间响应
40
第3章 控制系统设计
3.5.4 离散系统的性能分析
图3.38平面的映射关系
Bem N1 Bm N BL 2
2
J em
N1 Jm N JL 2
c (s) r ( s ) R B s (1 T s )(1 T s ) K K s K AK N 1 a em a em b i s i
图3.26 理想采样开关后所得的采样脉冲序列 18
第3章 控制系统设计
19
第3章 控制系统设计
20
第3章 控制系统设计
（2）信号采样的数学描述 1）脉冲函数的采样性质 ●脉冲函数…如图所示，其数学表达式为
……
…………………………………………………… (3.59)
●脉冲强度
……………………………………………………(3.60)
（3）保持器 保持器：将离散的采样信号恢复到原连续信号的装置。 理想的保持器如图3.28所示频谱的低通滤波器。
零阶保持器：将前一个采样时刻的采 样值………保持到下一个采样时刻 ………，如图3.29所示。
3.28 理想保持器的频谱
3.29应用零阶保持器恢复的信号
31
第3章 控制系统设计
零阶保持器：将前一个采样 时刻的采样值………保持到 下一个采样时刻……..…，如 图3.29所示。零阶保持器的时 域函数： …………………………(3.71) ………. 零阶保持器的传递函数 …………………………(3.73) ……… 零阶保持器的频谱特性如图 所示。
第3章 控制系统设计
1. 直流电动机
机电系统计算机控制技术_实验指导书2017
机电系统计算机控制课程实验指导书电子科技大学机械电子工程学院目录实验一、采样控制实验 (3)实验二二阶PID控制 (10)实验三最少拍控制系统 (17)1.自控/计控原理实验机介绍信号源模块如图1所示，斜坡、阶跃、正弦和矩形波由插孔OUT1输出，非线性、微分脉冲和正弦波由插孔OUT2输出，该模块可同时发生两种不同类型信号，信号源参数（如幅度、频率、宽度、斜率、扰动等）在电脑上模拟示波器软件界面上由用户设置（每个实验范例都有其默认值），如图6中红框所示。
图1 信号源模块图2 基准电源模块和数据采集模块图2中是实验箱的基准电源模块和数据采集模块。
数据采集模块为虚拟示波器采集信号，虚拟示波器有四个信号输入通道，可将需要观察的波形接入任意一个输入口，就可通过软件观察到波形。
需要特别注意的地方是：虚拟示波器会限幅，只能显示+5V～-5V之间的波形，超出该范围的信号则对应输出为+5V或-5V。
图3 频率特性测试模块图4 控制器模块图5 运算放大器模块图3中式频率特性测试模块，插孔ADIN为测试信号输入，将系统的输出信号接入该插孔。
图4中是控制器模块，插孔AOUT1和AOUT2为信号输出孔，输出的是采样控制或PID控制信号。
图5是运算放大器模块，该模块有多个电阻可选。
插孔H1、H2和IN为运放的输入端。
插孔IN直接接入运放反相输入端，未接任何电阻；插孔H2通过固定电阻后接入运放反相输入端；插孔H1有多个电阻可选，白色的连线相当于电路线，两个连在一起的黑色排针是断开的；确定使用哪一个阻值的电阻后，用短解套连接该电阻左边的排针即可。
通过短解套可选用不同阻值的电阻，不同电容值的电容，就可控制增益和时间常数。
双击桌面图标打开软件，出现实验机实验项目选择界面如图6所示，点击蓝色框中串口右边的下拉按钮，如右图所示，若出现其他串口，则选择其中的任一串口（如果没有其他串口，则不用修改），则会出现通讯成功的界面，如图7所示。
图6实验机实验项目选择界面图7通讯成功界面②打开系统颜色设置按钮，如图6中红色框中的按钮，将坐标轴、背景色、测量文字和测量线改成下图中的颜色，如图8所示，然后点击确定键。
机电自动化控制系统的一体化设计
机电自动化控制系统的一体化设计随着科技的不断发展和应用的不断推广，机电自动化在各个领域的应用越来越广泛，成为提高生产效率、降低劳动强度的重要手段。
机电自动化控制系统的一体化设计，是将机械、电气、电子、计算机等多个技术领域的知识结合起来，形成一个系统化的设计思路和方法。
机电自动化控制系统的一体化设计，有助于提高控制系统的整体性能和可靠性。
传统的机电控制系统由于各个模块之间存在独立性和信息传递不畅的问题，导致系统效率不高，容易出现故障。
一体化设计可以消除各个模块之间的界限，将它们协同工作，提高系统的可靠性和响应速度。
一体化设计还可以提高机电自动化控制系统的运行效率。
传统的机电控制系统中，各个模块之间存在数据传输和处理的瓶颈，导致系统运行速度较慢。
一体化设计可以将各个模块的数据处理和传输关系进行优化，提高系统的运行速度和效率。
一体化设计还可以降低机电自动化控制系统的成本。
传统的机电控制系统由于各个模块之间需要进行大量的接口和适配工作，导致系统的成本较高。
一体化设计可以减少各个模块之间的接口和适配工作，降低系统的成本。
首先，需要确定系统的整体架构。
根据系统的需求和功能要求，确定系统的总体框架和各个模块之间的关系。
这一步需要考虑到各个模块的相互作用和信息传递的路径，将它们有机地结合起来。
其次，需要确定各个模块的功能和性能要求。
根据系统的需求，将各个模块的功能和性能要求进行明确，以便后续的设计和开发工作。
然后，需要进行多学科的集成和协同设计。
由于机电自动化控制涉及到多个学科领域的知识，所以需要进行多学科的集成和协同设计。
各个学科之间需要密切合作，共同解决系统设计中的各种问题。
最后，需要进行系统的集成和测试。
一体化设计后，需要对系统进行集成和测试，以验证系统的功能和性能。
这一步需要进行全面的测试，包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
总之，机电自动化控制系统的一体化设计是将机械、电气、电子、计算机等多个技术领域的知识结合起来，形成一个系统化的设计思路和方法。
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告机电一体化系统是指机械结构、电气控制和计算机软件三者相互协调、相互约束、相互补充的系统，它集机械设计、电气控制和计算机技术于一体，实现对工业设备的全面控制和管理。
本报告主要介绍机电一体化系统设计的相关内容。
一、系统设计原则1.开放性原则：系统设计应该尽可能采用通用性的设计，能够兼容和集成各种不同厂家的设备和系统。
2.模块化原则：系统设计应将机械、电气和计算机控制分模块进行设计，每个模块都有特定的功能和接口，并且可以独立测试和维护。
3.可拓展性原则：系统设计应考虑到未来的技术发展和应用需求，具备可扩展性，可以方便地增加新的功能和设备。
4.可靠性原则：系统设计应具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并能及时处理各种异常情况。
5.安全性原则：系统设计应满足安全性要求，包括设备自身的安全性和对操作人员的安全保护。
二、系统设计流程1.需求分析：通过与用户沟通了解用户的需求、技术要求和性能指标，明确系统设计的目标。
2.总体设计：根据需求分析结果，确定系统的模块划分、功能分配和接口设计。
3.详细设计：对系统的每个模块进行详细设计，包括机械结构设计、电气控制设计和软件设计。
4.系统集成：将各个模块进行集成，进行功能联调和性能测试。
5.系统验收：对集成的系统进行全面测试，满足用户需求后进行验收。
三、系统设计的关键技术1.机械结构设计：根据用户需求和功能要求，设计机械部分的结构和传动装置。
2.电气控制设计：设计电气控制系统的硬件结构和软件逻辑，包括传感器的选型和布置、执行器的选择和控制算法的设计。
3.计算机软件设计：编写控制和管理系统的软件程序，实现对机械和电气系统的全面控制和管理。
四、案例分析以工业机器人为例，机电一体化系统设计的具体流程如下：1.需求分析：了解用户对机器人的工作任务、工作环境和性能需求。
2.总体设计：根据需求分析结果，将机器人分为机械结构、电气控制和软件系统三个模块，并确定各个模块之间的接口和功能划分。
「机电系统计算机控制」实验指导书
「机电系统计算机控制」实验指导书实验一 基于MATLAB 的计算机控制系统时间响应分析一、 实验目的1．培养学生初步的MATLAB 编程能力；2．培养学生初步的利用MATLAB 对离散控制系统进行时域、频域分析的能力。
二、 实验原理及方法1．对如下离散控制系统进行单位阶跃响应、单位脉冲响应的仿真：8.06.15.14.32)(22+-+-=Z Z Z z z G 2．用到的控制系统工具箱函数有：dstep( )、dimpulse( )、dbode()、dnyquist()。
可查看帮助文件了解它们的功能及用法。
3．可参考如下MATLAB 语言仿真样例程序进行编程：num=[2 -3.4 1.5]; den=[1 -1.6 0.8];%画离散单位阶跃响应曲线 [y,x]=dstep(num,den) subplot(2,2,1) plot(y,'.r') gridxlabel('Time/s'); ylabel('Amplitude'); title('Discrete step response') %画离散单位脉冲响应曲线 [y,x]=dimpulse(num,den); subplot(2,2,2) plot(y,'.g') gridxlabel('Time/s');ylabel('Amplitude');title('Discrete impulse response')%画离散系统bode图subplot(2,2,3)dbode(num,den,0.1);title('Discrete Bode Plot')grid%画离散系统的nyquist图subplot(2,2,4)dnyquist(num,den,0.1)title('Discrete Nyquist Plot')grid4．参考仿真结果曲线如下：三、实验仪器及材料1．计算机一台；2．MATLAB平台；3．打印机一台。
机电一体化系统总体方案设计
确保系统的安全性和可靠性，减少操作风险。
所需器件和材料的选择
高性能电机
选择具有高效能和可靠性的电机来驱动系统。
先进的传感器技术
采用先进的传感器技术来实现精确的控制和监测。
高质量的电气元件
选用高质量的电气元件以确保系统的可靠性。
系统软件的设计和开发
1 可编程控制器（PLC）
采用PLC来实现系统的自动化控制和监控。
机电一体化系统总体方案 设计
在现代工程中，机电一体化系统的设计至关重要。本课程将介绍系统的背景 和意义，设计目标和要求，以及所需器件和材料的选择。
系统总体方案介绍
1 完整的一体化方案
设计一个集机械、电子、计算机等多项技术于一体的系统。
2 高效的能源利用
通过最大程度地优化各部分的协调工作，实现能源的高效利用。
2 人机界面（HMI）
设计直观且易于操作的人机界面，使操作员能够轻松地与系统交互。
3 数据存储和分析
实现对系统数据的存储和分析，以帮助优化系统性能。
系统测试和验证方法
1
单元测试
逐个测试系统的各个部件以确保其正常工作。
2
集成测试
将各个部件组合并测试系统的整体试来确认系统满足设计要求。
总结和展望
总结
机电一体化系统的总体方案设计 是一个复杂而关键的过程，需要 综合考虑不同技术的相互配合。
展望
随着技术的不断发展，机电一体 化系统将会变得更加高效、智能 和可靠。
机电系统工程师的角色
机电系统工程师在设计和开发过 程中发挥关键作用，为工程的成 功做出贡献。
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计1. 引言1.1 引言概述机电控制系统是一种融合了机械、电气和控制技术的综合系统，广泛应用于工业生产、交通运输、环境监测等领域。
自动控制技术是指利用各种传感器、执行器和控制器，通过反馈控制系统实现对系统运行状态的监测和调节，从而实现系统的自动化运行。
一体化设计原理是将机电控制系统中的各个组成部分进行整合，充分发挥各部分的优势，实现系统性能的最优化。
实践应用案例可以展示机电控制系统自动控制技术与一体化设计在不同行业中的应用效果。
市场前景分析可以帮助我们了解这项技术在未来的发展趋势和市场需求。
引言的目的就是通过引入以上内容，帮助读者对本文内容进行一个整体的了解和预期。
1.2 研究背景本文要探讨的是机电控制系统自动控制技术与一体化设计。
在当今社会，随着科技的不断发展，机电控制系统在各个领域得到了广泛的应用。
从工厂生产线到家用电器，机电控制系统的影响无处不在。
研究背景部分将探讨机电控制系统的发展历程和应用现状，为后续的内容提供必要的背景知识。
机电控制系统的发展可以追溯到工业革命时期。
随着蒸汽机和电动机的发明，人们开始意识到通过控制机械运动来提高生产效率的重要性。
随着电子技术的不断进步，控制系统的功能也在不断增强，从简单的开关控制到全面自动化控制。
机电控制系统已经成为现代工业中不可或缺的一部分。
在当今高度竞争的市场环境中，企业需要不断提高生产效率和质量来保持竞争力。
自动控制技术的应用可以帮助企业实现生产自动化，减少人力成本和提高生产效率。
一体化设计原理则能够将机电控制系统设计和制造整合，提高系统的稳定性和可靠性。
通过研究市场前景分析和实践应用案例，我们可以更好地了解机电控制系统自动控制技术与一体化设计的实际效果和优势。
本文旨在为读者提供有关机电控制系统的全面介绍，并探讨其在未来发展中的潜力和趋势。
1.3 研究目的研究目的旨在探讨机电控制系统自动控制技术与一体化设计的结合应用，以提高系统的效率、稳定性和可靠性。
机电控制系统课程设计
机电控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握机电控制系统的基本原理和基本方法，培养学生分析和解决实际问题的能力。
具体来说，知识目标包括：了解机电控制系统的基本概念、组成和分类；掌握系统的数学模型建立方法和仿真技术；熟悉不同类型控制器的设计方法和应用。
技能目标包括：能够运用机电控制系统的基本原理分析和解决实际问题；能够使用相关软件进行系统建模和仿真；具备一定的实验操作能力和数据分析能力。
情感态度价值观目标包括：培养学生对科学研究的兴趣和热情，提高学生创新意识和团队协作能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括三个部分：机电控制系统的基本概念、系统的数学模型和控制器设计。
首先，介绍机电控制系统的基本概念，包括系统的定义、分类和性能指标。
其次，讲解系统的数学模型，包括线性微分方程和差分方程的求解方法，以及系统的稳定性分析。
最后，介绍控制器的设计方法，包括PID控制、模糊控制和自适应控制等。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课采用多种教学方法相结合的方式。
首先，运用讲授法向学生传授基本概念和理论知识。
其次，通过案例分析法让学生了解机电控制系统的实际应用，激发学生的学习兴趣。
此外，采用讨论法引导学生深入探讨和理解控制器设计的方法和技巧。
最后，利用实验法让学生亲身参与实验操作，巩固所学知识，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课准备了一系列教学资源。
教材方面，选用《机电控制系统》作为主教材，辅助以相关参考书籍和论文。
多媒体资料方面，制作了PPT课件和视频教程，以便更直观地展示机电控制系统的原理和应用。
实验设备方面，准备了电机、控制器、传感器等实验器材，为学生提供动手实践的机会。
此外，还利用网络资源，如在线仿真软件和学术论坛，为学生提供更多的学习和交流平台。
五、教学评估本节课的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现主要考察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，通过观察和记录来进行评估。
机电一体化中的自动控制系统设计
机电一体化中的自动控制系统设计摘要：基于时代的高发展要求和信息技术的快速进步，现阶段的机电一体化控制集成技术已发展成为具有综合价值的创新技术。
该技术在各种机电工程结构中的实际应用还需要通过多种专业技术的相互作用和协调来进一步实现。
关键词：自动控制；机电一体化；优化功能模块在机电一体化和美学一体化的设计理念指导下，机械产品设计被赋予了智能化、绿色化、人性化产品的新特征，这无疑对推动信息社会产品系列化建设的创新和可持续发展起到了更大的作用。
1机电控制系统与自动控制技术1.1机电控制系统机电控制系统主要用于使用计算机对其生产工作程序等执行的一定数量的程序设置操作。
以微机技术平台为载体，使机械设备能够根据设计建立的生产操作流程，自动形成一整套稳定的连续生产活动。
由于现代中国在机电过程控制系统开发技术领域也充分融合和应用了大量成熟优秀的西方技术电气自动化应用技术，自动网络通信技术等。
因此，由于其生产具有高度自动化控制系统的特点，特别是机电控制系统与通信技术的完美有效结合，不仅可以有效地实现对企业整个生产管理过程细节的实时、全面的自动监控，同时也意味着它可以全面实现对生产各个细节过程的动态、全面的实时控制，避免企业生产经营中可能存在的各种问题。
机电控制系统设备的安全应用和集成开发技术不仅可以全面有效地提高工作环境的效率，而且可以全面提高企业系统的经济效益规模。
目前，国内外智能机电控制系统产品的实际应用形式主要表现在以下两种形式，一种是以自动维护智能遥控系统为主，另一种是具有智能人机交互的遥控系统。
1.2自动控制技术从现代自动设备控制自动化技术的原理来看，其主要优点是在完全依赖其他自动控制设备技术和智能控制器技术的基础上，可以根据设定和计划的设备生产和操作程序直接进行全自动生产，并且在自动化设备生产控制的整个过程中基本上不需要额外的人力和协助。
目前，应用先进设备自动生产线控制技术的关键仍然是协调各生产线设备的控制。
机电控制工程中的智能控制与自动化系统设计研究
机电控制工程中的智能控制与自动化系统设计研究摘要：随着科技的不断发展与进步，智能控制与自动化系统在机电控制工程中扮演着越来越重要的角色。
本论文旨在对智能控制与自动化系统的设计进行深入研究与探索，通过分析现有的技术与方法，提出了一套有效的设计方案。
我们重点关注了系统的性能优化、稳定性和可靠性等关键问题，并通过实验验证了该设计方案的可行性和有效性。
这项研究为机电控制工程的发展和应用提供了重要的理论参考和实践指导，具有一定的理论和实际应用价值。
关键词：机电控制工程；智能控制；自动化系统引言随着科技的快速发展和进步，智能控制与自动化系统在机电控制工程领域中正扮演着越来越重要的角色。
智能控制技术的应用不仅大幅度提高了系统的效率和性能，还实现了人类对机电控制系统的智能化监控和操作。
本论文旨在对智能控制与自动化系统的设计进行深入研究与研究，以推动机电控制工程领域的创新和发展。
通过分析现有的技术和方法，并结合实际需求，我们致力于提出一套有效的设计方案，关注系统的性能优化、稳定性和可靠性等关键问题。
此外，我们还将通过实验和案例研究来验证设计方案的可行性和有效性。
本研究的成果将为机电控制工程的应用和发展提供理论参考和实践指导，并在智能控制领域具有一定的实际应用价值。
1.智能控制与自动化系统概述1.1智能控制技术的发展与应用智能控制技术是在人工智能、机器学习和传感器技术的支持下迅速发展起来的一项关键技术。
它以智能化的算法和方法为基础，实现了机电控制系统的自动化和自适应能力，提高了系统的效率和性能。
智能控制技术广泛应用于工业生产、交通运输、能源管理等领域。
通过智能控制技术，机电控制系统能够准确感知环境信息，采取灵活的决策与调节，从而实现自主、高效、可靠的控制和管理。
随着智能控制技术的不断发展，其在工程实践中所展现的巨大潜力将会为各行业带来更多创新与突破。
1.2自动化系统设计原理与要素自动化系统设计的原理是基于对系统的功能和需求进行分析，通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，实现对系统的自动化操作。
机电一体机电一体化系统设计方法
7.3 优化设计
7.3.1 优化设计概念
优化设计：优化设计（optimization design）是将设计问题的物理模型转 化为数学模型，运用最优数学理论，选用适当的优化方法，以计算机为 手段求解数学模型，从而得出最佳设计方案的一种设计方法。产品的优 化设计是在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项 设计指标获得最优值。优化设计在机电一体化系统中主要应用于结构设 计与控制系统中。
确定性能指标：产品技术与性能指标包括功能性指标、经济性指标、 可靠性指标、安全性标等。
拟定开发计划：开发计划是为了实现决策，预先明确所追求的目标以 及相应的行动方案的活动，即为设定目标以及决定如何达成目标，指 明路线的过程。
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7.2.2 机电一体系统开发工作
2.设计阶段
总体设计：总体设计也称为初步设计，是应用系统总体技术，从整体 目标出发，统一分析产品的性能要求及各组成单元的特性，选择最合 理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。机电 一体化系统总体设计内容包括总体方案拟订、工作原理设计、功能模 块划分、技术方案评价等。
• 适应性设计：是指在工作原理和总体结构基本保持不变的情况下对现有产 品进行局部更改，或增设某种新部件，或用微电子技术代替原有的机械结 构，或为了进行微电子控制对机械结构进行局部修改，以改善产品的性能 和质量。例如，在内燃机上增加增压器以增大输出功率，增加节油器以节 约燃料，均属于适应性设计。
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7.1.2 设计类型
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7.2.2 机电一体系统开发工作
定型阶段：定型是产品在正式投产前的一个重要环节，产品定型阶段 主要任务是准备定型文件（设计图纸、软件清单、机械零部件清单、 电气元器件清单及调试记录），编写技术资料（设计说明书、使用说 明书等），组织产品鉴定等。批准定型投产的产品必须由技术标准、 工艺规程、装配图、零件图、工装图以及其他相关技术资料。
机电一体化系统设计课件
机械传动系统设计
选择合适的传动方式
根据工作需求和条件，选择合适的传 动方式，如齿轮传动、带传动、链传 动等。
确定传动装置的参数
根据机械系统的功率、转速和运动特 性，确定传动装置的参数，如齿轮模 数、带轮直径等。
优化传动装置的结构
在满足功能和可靠性的前提下，优化 传动装置的结构，降低制造成本和维 护成本。
控制系统的基本概念是指通过一定的 控制手段，使被控对象根据设定的目 标进行运作的系统。
控制系统的组成
控制系统的分类
根据不同的分类标准，控制系统可以 分为开环控制系统和闭环控制系统、 连续控制系统和离散控制系统等。
控制系统通常由控制器、受控对象、 执行机构和反馈回路等部分组成。
控制系统设计方法
系统工程方法
考虑传动装置的安装和维修
在设计传动装置时，应考虑其安装和 维修的便利性，以确保机械系统的长 期稳定运行。
机械结构设计
确定机械结构的基本布局 根据机械系统的功能和使用要求 ，确定合理的机械结构基本布局 。
进行结构优化 在满足功能和可靠性的前提下， 对机械结构进行优化，降低制造 成本和维护成本。
设计关键零部件
数控机床的机电一体化设计特点
数控机床的机电一体化设计主要体现在数字化控 制技术的应用上，包括高精度定位、高速切削、 高刚性结构等。
工业机器人的机电一体化设计
工业机器人概述
01
工业机器人是一种自动化生产设备，能够实现高效、精准、快
速的作业。
工业机器人的组成
02
工业机器人由机械臂、控制系统、伺服系统等部分组成，各部
机电一体化的发展历程与趋势
总结词
发展与展望
详细描述
机电一体化技术的发展经历了多个阶段，从最初的简单机械与电气组合，到计算机控制 和可编程逻辑控制器的出现，再到现代的智能制造和物联网技术，其发展历程体现了技 术与工业需求的不断进步。未来，随着人工智能、大数据等新技术的融合，机电一体化
机电一体化系统设计及应用实例
6.3
6.3.1 有轨小车（RGV） 有轨小车（RailGuideVehicle）是一种沿着铁轨行
走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动 有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条 啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小 车由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向 销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟 槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。
图6-2 柔性制造单元
图6-3所示是加工棱体零件的柔性制造单元。单元 主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双 机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环 形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧 的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。
图6-3 带托盘库的柔性制造单元
6.1.3柔性制造系统(FMS) 柔 性 制 造 系 统 （ FlexibleManufacturingSystem ） 由
图6-1所示为加工曲拐零件的刚性自动线总体布局 图。该自动线年生产曲拐零件17000件，毛坯是球墨铸 铁件。由于工件形状不规则，没有合适的输送基面， 因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。
图6-1 (a)正视图；(b)俯视图
该曲拐加工自动线由七台组合机床和一个装卸工 位组成。全线定位夹紧机构由一个泵站集中供油。工 件的输送采用步伐式输送带，输送带用钢丝绳牵引式 传动装置驱动。
6.2 数控机床
6.2.1 一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数
控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系 统是非常重要的。
1. 2.自动化程度高 3.加工精度高且质量稳定
4.生产效率较高
5.
6. 现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计 算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之 间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。 通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。 图6-10是数控装置的基本组成框图。图6-10中的4为数 控系统，它是数控机床的核心环节。
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周期函数
非周期函数
经过采样后的频谱图？
哈尔滨工业大学机电工程学院
12
7.3 采样定理
其采样函数频谱图
采样函数频谱图的特点？
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7.3 采样定理
例题:
设连续函数I (t ) I 0 exp(t / ), 其中 0.01，取 求，该连续函数的最高有限频谱max。 I0 s 1/ I ( jmax ) I (0) I ( s) I0 1002 max 2 0.05 I0 100 I ( jmax ) 0.05, 为信息损失率， I (0)
TD e( j ) [e(k ) e(k 1) T j 1
k
T u (k ) K p e(k ) TI
位置型PID算式的特点？
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7.6.1 模拟PID控制规律的离散化
增量式算式
TD T u (k ) K p e(k ) e(k 1) e(k ) [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)] TI T
(t ) f (t )dt f (0) (t t0 ) f (t )dt f (t0 )
同理：
(t kT) f (t )dt f (kT)
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8
7.2 信号采样与保持
3）理想采样开关的数学描述 T ( t ) ...... ( t kT )...... ( t )...... ( t kT ).....
dc(t ) c(k ) c(k 1) r (k ) dt t k T
等式两边z变换：
1 ( 1 z ) C () z T R () z
D( z )
C ( z) T Tz 1 D ( s ) R( z ) 1 z 1 z 1 s
s
z1 Tz
即：
dc(t ) c(k ) c(k 1) dt t k T
t
0
c(t )dt Tc( j )
j 1
k
o
T
t
D(z)D(s) s z1
Tz
def
数字置换公式
T代表什么？积分和微分置换公式的意义？
哈尔滨工业大学机电工程学院
7.5 离散化方法
后向差分法
D(s) C(s) 1 R(s) s
D( z ) D( s) s 2 z 1
def
T z 1
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7.5 离散化方法
已知连续校正环节
D(s) k sa
试用图斯汀变换法求数字校正环节
例题:
D( z )
k s a s 2 z 1
T z 1
kT (1 z 1 ) (2 aT ) (aT 2) z 1 C ( z) R( z )
使用计算机如何求解差分方程？方程解的形式是什么？
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18
7.4 差分方程
例题:
例：y( kT ) y( kT T ) r ( kT ) 2r ( kT 2T ) k k 0 输入序列：r ( kT ) 0 k 0 试用迭代法求解差分方 程。 初始条件y(0) 2
第7章 计算机控制系统
哈尔滨工业大学机电工程学院
2
本章
• • • •
学习目标
了解计算机控制系统的组成与信号形式。 重点掌握采样定理。 重点掌握差分方程的物理意义以及解差分方程的方法。 重点掌握模拟PID控制的离散化方法。
哈尔滨工业大学机电工程学院
本章
学习内容
模拟PID控制器
离散化方法 解差分方程 数字PID控制器
7.6 数字PID控制器设计
模拟PID控制规律的形式
u (t ) K p (e(t ) 1 de(t ) e ( t ) dt T ) D TI dt
传递函数的形式
U ( s) 1 K p [1 TD s] E ( s) TI s
式中： TI
积分时间常数
微分时间常数
偏差量输入
c(t )dt Tc( j )
t 0 j 0
k 1
o
T
t
D(z)D(s) s z1
T
def
T代表什么？积分和微分置换公式的意义？
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23
7.5 离散化方法
后向差分法：用一阶向后差分方法近似替代微分所推出
的置换公式 ，是一种简单代数置换方法，更易工程化。
r(t) r(k)
15
7.3 采样定理
例题:
x(n) sin(2 100n) sin(2 150n) sin(2 250n) n 1,2,..., 100
t 0 : 0.001: 1; x sin(2 * pi *100* t ) sin(2 * pi *150* t ) sin(2 * pi * 250* t ); subplot(2,1,1); plot( x); Y fft ( x,512); f 1000* (0 : 255) / 512; subplot(2,1,2); plot( f , abs(Y (1 : 256))); grid on;
机械类专业技术基础课
机电系统控制基础
机电工程学院
2013年5月
哈尔滨工业大学机电工程学院
教学内容
第1 章 绪 论
第2章 系统的数学模型
第3章 系统的时域分析法
第4章 系统的频域分析法
第5章 稳定性及稳态误差分析
第6章 机电控制系统的设计与校正 第7章 计算机控制系统
哈尔滨工业大学机电工程学院
1
教学内容
max 1997 rad / s 320 Hz
哈尔滨工业大学机电工程学院
7.3 采样定理
采样定理：对于一个具有有限频谱的连续信 号进行采样，若满足下式，再经过一个理想 的低通滤波器，则能不失真地反映原始信号。
s 2max
什么低通滤波器？如何设置低通滤波器？
哈尔滨工业大学机电工程学院
D(s)和D（z）的脉冲响应
S域和z域的映射关系？一一映射吗？
哈尔滨工业大学机电工程学院
22
7.5 离散化方法
前向差分法：用一阶向前差分近似替代微分所推出的
置换公式 ，是一种简单代数置换方法，更易工程化。 即：
dc(t ) c(k 1) c(k ) dt t k T
r(t)
r(k)
T
t
两边做z变换： C ( z ) z 1C (k 1) T [ R( z ) z 1R( z )]
2
C ( z ) T 1 z 1 1 1 D( z ) D ( s ) R( z ) 2 1 z 1 2 z 1 s T z 1
数字置换公式
图斯汀变换的置换公式为
Z变换
Z反变换
哈尔滨工业大学机电工程学院
教学内容
第一节 计算机信号形式 第二节 信号采样与保持
哈尔滨工业大学机电工程学院
5
计算机信号形式 计算机信号的语言描述？ 计算机信号的数学描述？ 傅里叶级数和傅里叶积分的意义？
哈尔滨工业大学机电工程学院
6
7.1 计算机信号形式
在时间轴上离散的，函数轴上是连续，即离散的模拟量。
TD
e(t )
u(t )
控制器输出
积分项和微分项的意义？
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7.6.1 模拟PID控制规律的离散化
用向后差分的方法近似
位置型PID算式
t kT e(t ) e(kT ) k e(t )dt T e( jT ) j 1 de(t ) e(kT ) e[(k 1)T ] T dt
哈尔滨工业大学机电工程学院
7.3 采样定理
例题:
时间域采样点数？纵坐标的意义？哪些频率点的密度谱？
Hale Waihona Puke 哈尔滨工业大学机电工程学院
7.4 差分方程
连续系统的动态过程用微分方程来描述； 离散系统的动态过程用差分方程来描述 。
线形连续系统： d (n) y d ( n 1) y d (n) r d ( n 1) r a0 a1 .... a n y b0 b1 n 1 .... bn r dt n dt n 1 dt n dt 线形离散系统： a0 y ( kT ) a1 y ( kT T ) .... a n y ( kT nT ) b0 r ( kT ) b1r ( kT T ) .... bm r ( kT mT ) a0 y ( kT nT ) a1 y ( kT nT T ) .... a n y ( kT ) b0 r ( kT mT ) b1r ( kT mT T ) .... bm r ( kT ) 其中， n m
( t kT )
4）理想采样信号的时域描述
f * ( t ) f ( t ) T ( t ) f ( t ) ( t kT )
f ( kT ) ( t kT )
采样信号在时域和频域的实质？
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9
7.2 信号采样与保持
哈尔滨工业大学机电工程学院
7
7.2 信号采样与保持
1）脉冲函数或函数
(t )
0 t0 t0 t t0 t t0
(t )dt 1
(t t0 ) 0