机电控制工程
控制工程基础-机电(3)
2
控制工程基础课程结构
控制工程基础总结
控制系统 工作 控制系统 的组成 原理 的分类
PID校正
控制系统的概念 分析
滞后校正
控制系统
校正
常用校 正方式
设计
对控制系统的基本要求
超前校正
滞后—— 超前校正
稳定性 准确性 快速性
时域分析法 频域分析法
3
第1章 绪论
惯性环节： 1
Ts 1
延迟环节： e s
13
第3章 系统的数学模型
第3章控系制统工的程数基学础模总型结
例：试求如图所示机械系统的传递函数。其中，F(t)为系统的 输入外力，y(t)为系统的输出位移，M1和M2为质量块，K1和K2 为弹簧的弹性系数，B为阻尼器的阻尼系数。（忽略质量块重力 作用）（共10分）
K G( j2)
1 4T 2
() G( j) arctanT (2) G( j2) arctan 2T
对于正弦输入r(t)=2sin2t的频率响应为：
r
(t
)c(t
)Asin1
2k
4tT
2
sin(c2(tt)
arcGtg(2jT))
Asin t
G(
j)
31
第5章 系统的频域分析
控制工程基础总结
K12
d
ds
(s
s3 2)2 (s
1)
(s
2)2
s2
2
K2 F(s)(s 1)s1 2
F (s)
(s
1 2)2
s
2 2
s
2 1
11
第3章 系统的数学模型
机电控制工程定义
机器人定义（针对制造业）
• 1967年在日本召开了第一届机器人学术会议，森政弘提出定义“机 器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、自主性、半机械 性、奴隶性等7个特征”。加藤一郎提出“机器人具有脑、手、脚等 三要素的个体；具有非接触性和接触性传感器”。 • 美国RIA：工业机器人是完成不同作业，根据程序化的运动，实现材 料、部件、工具移动，并可编程的多功能操作机。 • 日本JIRA：工业机器人是在三维空间具有类似人体上肢运动的功能 和结构，并能完成复杂空间动作的多自由度自动机械。
对准期的要求
理想情况下，当过渡过程结束后，被控量达 到的稳态值（即平衡状态）应与期望值一致。 但实际上，由于系统结构、外作用形式以及 摩擦、间隙等非线性因素的影响，被控量的稳态 值与期望值之间会有误差存在，称为稳态误差。 稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要标志， 在技术指标中一般都有具体要求。 起初研发灵巧手钢丝绳驱动存在很大误差
对快速的要求
为了很好完成控制任务，控制系统仅仅 满足稳定性要求是不够的，还必须对其过 渡过程的形式和快慢提出要求。 对控制系统过渡过程的时间（即快速 性）和最大振荡幅度（即超调量）一般都 有具体要求。 起初研发的四足机器人行走十分缓慢
机电控制系统的基本控制方式
• 反馈控制方式 • 开环控制方式 • 复合控制方式
反馈控制方式 反馈控制是机电控制系统最基本 的控制方式，也是应用最广泛的一种 控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对 被控对象施加的控制作用，是取自被 控量的反馈信息，用来不断修正被控 量的偏差，从而实现对被控对象进行 控制的任务，这就是反馈控制的原理。
机电控制工程Ⅱ
（定义，组成，要求） （机械、电控、编程、用途） 北京航空航天大学 机器人研究所
机电控制工程基础课后习题答案左健民
机电控制工程基础课后习题答案第一章：引论1.题目问题：简述机电控制工程的基本概念和发展历程。
答案机电控制工程是一个交叉学科，它涉及机械工程、电气工程和控制工程等多个学科的知识与技术。
其基本概念包括机电系统、控制系统和传感器系统。
机电系统由机械设备、电气设备和控制设备组成，用来完成特定的运动任务。
控制系统由传感器、控制器和执行器组成，用来监测和控制机电系统的运行状态。
传感器系统负责采集、测量和传输机电系统的运行数据。
机电控制工程的发展历程可以分为三个阶段。
第一个阶段是机械、电气和控制等学科独立发展的阶段，各自在不同领域取得了一定的成就。
第二个阶段是机械、电气和控制等学科开始相互交叉融合的阶段，机电系统的概念逐渐形成。
第三个阶段是机电控制工程逐渐成为一个独立学科，形成了一整套完整的理论和方法体系。
第二章：电气与电子技术基础2.题目问题：简述直流电路的基本特点和常用电路元件。
答案直流电路是指电流方向恒定的电路。
其基本特点包括以下几个方面：•电流方向不变。
在直流电路中，电荷只能沿着一个方向移动，电流的方向不会发生改变。
•电压稳定。
直流电源提供的电压一般是恒定的，不会发生明显的波动。
•电阻内部不产生能量损耗。
电阻元件在直流电路中，不会消耗电能，只会产生热能。
常用的直流电路元件包括电容器、电感器和电压源。
电容器用来存储电荷，具有储能效果。
电感器则用来存储磁能，具有阻尼和滤波效果。
电压源是直流电路中常用的电源元件，用来提供稳定的电压。
第三章：电路理论与分析3.题目问题：简述电路的戴维南定理和诺顿定理。
答案戴维南定理和诺顿定理是电路分析中常用的方法，用于简化电路的计算和分析。
•戴维南定理：戴维南定理又称为戴维南-诺顿定理，它指出：任意一个由电压源、电流源和电路元件组成的线性电路，可以用一个等效的电流源和等效的内阻表示。
通过计算戴维南等效电流源和内阻，可以将复杂的电路简化为一个更容易分析的等效电路。
•诺顿定理：诺顿定理是戴维南定理的一种特例，它用电压源和等效的电阻来表示电路。
机电控制工程基础综合练习概念题
《机电控制工程基础》综合练习概念题解析一、填空1. 自动控制就是 人直接参与的情况下， 使生产过程的输出量按照给定的规律 。
(没有，运行或变化)2．系统的稳定性取决于 。
（系统闭环极点的分布）3. 所谓反馈控制系统就是的系统的输出 地返回到输入端。
（全部或部分）4. 给定量的变化规律是事先不能确定的，而输出量能够准确、迅速的复现给定量，这样的系统称之为 。
（随动系统）5. 在 下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的 。
（零初始条件，传递函数）6. 单位积分环节的传递函数为 。
（1/s ）7．一阶系统11+Ts ，则其时间常数为 。
（T ） 8．系统传递函数为W(s)，输入为单位阶跃函数时，输出拉氏变换Y (s)为 。
（s s W )(）9．单位负反馈系统开环传函为)1(9)(+=s s s G ，系统的阻尼比ξ= 、无阻尼自振荡角频率ωn 为 ，调节时间ts （5％）为 秒。
（0.167,3,6）10．反馈信号(或称反馈)：从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈信号。
当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫 。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫 。
（正反馈, 负反馈）11．Ⅰ型系统 地跟踪单位斜坡输入信号。
（无静差）12. 某环节的传递函数为2s ，则它的幅频特性的数学表达式是 ，相频特性的数学表达式是 。
(2ω,90o)13.单位反馈系统的开环传递函数为)3)(2()(*++=s s s K s G ，根轨迹的分支数为 。
(3) 14. 负反馈结构的系统，其前向通道上的传递函数为G(s)，反馈通道的传递函数为H(s)，则该系统的开环传递函数为 ，闭环传递函数为 。
(G(s)H(s)，)()(1)(s H s G s G +)15. 函数f(t)=2t 的拉氏变换为 。
(22s )16．单位负反馈结构的系统，其开环传递函数为)2(+s s K 则该系统为 型系统，根轨迹分支数为 。
基础知识_机电控制工程PPT演示课件
2019年4月20日星期六
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传递函数转换为状态方程
1 0 0 0 0 1 A 0 0 0 an an 1 an 2 C 1 0 0 , D 0 0 1 0 2 ,B 1 n 1 a1 n
机电控制工程
2019年4月20日星期六
1
教师资料
– – – – 姓名：张嵘 办公地点：五金库2006 联系方法：71335 E-mail：rongzh@
2019年4月20日星期六
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2019年4月20日星期六
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课程内容
– 机电系统建模 – 电机的原理与控制 – 伺服系统分析 – 实验
x Ax Bu y Cx Du
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状态方程转换为传递函数
Y ( s) 1 G( s) C ( sI A) B D U ( s)
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方块图
y (t ) Ku (t )
t
Y ( s ) KU ( s )
教学计划
– – – – 第1~8周 讲课 第9~14周 实验 第15周 课程设计讨论 第16周 考试
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考核要求
项目 比例
15％ 30％ 15％ 40％
备注
布置后两周内交齐， 过时无效 实验完成后两周内交 齐，过时无效 第16周交齐 开卷
作业 实验 大作业 考试
2019年4月20日星期六
输出
前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度
机电控制工程基础课件：机电控制系统应用举例
机电控制系统应用举例
图 9－7 水位自动控制的自动调节过程
机电控制系统应用举例
9. 3 发动机离心调速系统
9. 3. 1 液压阀控液压缸和液压阻尼器 1. 液压阀控液压缸 液压阀控油缸(又称液压伺服阀)是液压伺服系统中常用
的一种执行元件。其结构原理图如图 9－8 所示。它实际上 是一个控制滑阀和一个动力液压缸的组合。
机电控制系统应用举例
1. 系统组成 1 )交流伺服电机 图中的被控对象是交流伺服电动机 SM , A 为励磁绕组, 为使励磁电流与控制电流互差 90° 电角,励磁回路中串接了 电容 C1 ,它通过变压器 T 1 产生的交流电源供电。 B 为控制 绕组,它通过变压器 T 2 经交流调压电路接于同一交流电源。 供电的电源为 115V 、 400Hz交流电源。系统的被控量为角 位移 θ 0 。
机电控制系统应用举例 2. 系统方块图 综上所述,可得如图 9－2 所示的位置随动系统的方框图。
图 9－2 位置随动系统方框图
机电控制系统应用举例
3. 工作原理 在稳态时, θo = θ i , Δ U =0 , U k 1 = U k 2 =0 , VT 正 与 VT 反 均关断, U s =0 ,电机停转。当位置给定信号 θi 改变,设 θ i 增大,则 U θ i = kθ i ,偏差电压 Δ U ( = U θ i - Ufθ) >0 ,此信号电 压经 PID 调节器 A 1 和放大器 A 2 后产生的 U k 1 >0 ,使正组 触发电路发出触发脉冲,双向晶闸管 VT 正 导通,使电动机正 转, θ o 增大。这个调节过程一直继续到 θ o = θi ,到达新的稳 态,此时 Ufθ= U θ i , Δ U =0 , U k 1 =0 , VT 正 关断,电机停转。 如图 9－3 ( a )所示。
四川大学制造科学与工程学院本科课程《机电控制工程》教学
（1）能够将数学、自然科学、 运行等过程中的复杂工程问题所需的工程 机械工程基础知识和专业知识用于 基础知识和专业知识；
学习目标 1
解决机械工程领域设计、制造、运
1.3 能够运用数学、自然科学、工程基
行等方面的复杂工程问题。
础和专业知识解决机械工程领域的复杂工 学习目标 2
程问题。
3.2 具备与机械设计制造及其自动化领
7
（3）能够设计满足特定需求的 机械产品功能原理方案、零部件及 机械系统，或针对机械工程领域设 计、制造、运行等方面的复杂工程 问题，拟定相应的设计、制造、运 行方案，并能够综合考虑社会、健 康、安全、法律、文化以及环境因 素，体现创新意识。
域相关的社会、健康、安全、法律、文化 以及文化等方面的基础知识，针对机械工 程领域设计、制造、运行中的复杂工程问 题所提出的解决方案中，能够考虑上述因 素；
机电控制工程
机电控制工程机电控制工程是将机械学、电子学和自动控制理论相结合，应用于机械系统的自动控制领域。
这个领域涵盖了机械、电子、计算机、控制等多个学科的知识，旨在设计和实现能够对机械系统进行控制和监测的自动化系统。
1.工程概述机电控制工程的目标是通过引入先进的控制技术，使机械系统能够满足特定的性能要求和操作条件。
这些系统可以是各种类型的机械设备，如机床、机器人、自动化生产线等。
机电控制工程主要涉及以下几个方面：•机械设计：设计机械系统的机构、传动和执行器等部件，使其具有良好的运动性能和可靠性。
•电子设计：设计机械系统的电气控制部分，包括传感器、执行器、电路和电源等，以实现对机械系统的控制和监测。
•自动控制：设计和实现控制算法，根据输入信号和系统反馈信息，控制机械系统的运动和行为。
2.机电控制系统的组成机电控制系统由以下几个基本组成部分组成：1.传感器：传感器用于感知机械系统的状态和环境条件，比如测量位置、速度、力等参数。
传感器将这些信息转化为电信号，供控制系统使用。
2.执行器：执行器是机械系统中实际完成工作的部件，比如电机、液压马达等。
执行器接收控制系统的指令，将电信号转换为机械运动或力输出。
3.控制器：控制器是机电控制系统中的核心部件，负责接收传感器反馈信息，根据预定的控制算法计算输出信号，并将其发送给执行器。
常见的控制器包括微处理器、PLC等。
4.电源：为了保证机电控制系统的正常运行，需要稳定的电源供应。
电源提供所需的电能，并确保系统各部件的电压和电流符合要求。
5.通信接口：机电控制系统通常需要与其他设备或系统进行通信，以实现数据共享和远程控制。
通信接口可以通过串口、以太网等方式实现。
3.机电控制工程的应用机电控制工程广泛应用于许多领域，如制造业、机械加工、交通运输、航空航天等。
下面列举几个常见的应用领域：1.自动化生产线：机电控制工程可以用于设计和实施自动化生产线，从而提高生产效率和产品质量。
自动化生产线可以实现自动化装配、包装和检测等任务。
机电控制工程基础-机电控制系统应用举例
工业机器人控制系统设计是机电控制工程中非常重要的应 用之一。在工业自动化生产中，工业机器人可以代替人工 完成危险、繁重或高精度的工作，提高生产效率和产品质 量。在设计过程中，需要考虑机器人的运动学和动力学特 性，以及控制系统的稳定性和鲁棒性。同时，还需要对机 器人的感知系统进行设计，以便实现对周围环境的感知和 适应。
工业锅炉控制系统
利用传感器和执行器对锅 炉的燃烧过程进行监控和 调节，确保安全、高效、 节能的运行。
机械手控制系统
通过预设程序或运动规划 ，实现机械手对工件的自 动抓取、搬运和放置。
交通运输中的应用
地铁车门控制系统
通过电气控制系统实现地铁车门的自动控制，提高运营效率和安 全性。
汽车防抱死系统
利用电子传感器和控制器对车轮的制动压力进行调节，防止车辆在 制动时出现抱死现象。
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机电控制工程基础-机电控制系统 应用举例
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目录
• 机电控制系统概述 • 机电控制系统应用举例 • 机电控制系统设计方法 • 机电控制系统发展趋势与挑战 • 机电控制系统应用案例详解
01
机电控制系统概述
定义与组成
定义
机电控制系统是指通过机械、电子、 信息等手段将各种机电元件、部件、 系统有机地结合起来，实现某些预定 功能的一门工程技术。
分析模型特性
通过分析模型，了解系统的稳定性和动态性能，为后续控制算法设 计提供依据。
控制算法设计
选择控制策略
根据系统要求和特性，选 择合适的控制策略，如PID 控制、模糊控制、神经网 络控合适的控制器，实现系 统控制。
控制器参数整定
通过实验和仿真，调整控 制器的参数，以获得更好 的系统性能。
机电控制工程 (2)
机电控制工程1. 简介机电控制工程是指将机械工程和电气工程技术相结合，运用电子技术对机械系统进行控制和管理的工程领域。
机电控制工程在许多领域中起着重要的作用，如制造业、运输、航空航天等。
本文将介绍机电控制工程的基本概念、应用领域和相关技术。
2. 基本概念机电控制工程涉及到机械系统的控制和管理，其中主要包括以下几个方面：2.1 机械系统机械系统是由各种机械元件（如传动装置、传感器、执行机构等）组成的机械设备。
机械系统可以是简单的机械装置，也可以是复杂的工业生产线。
机械系统的设计和控制是机电控制工程的核心。
2.2 电子技术机电控制工程离不开电子技术的支持。
电子技术提供了各种各样的电子元件和电路，用于控制和管理机械系统。
例如，采用传感器感知机械系统的状态，通过电路将感知到的信号转化为控制信号，从而实现对机械系统的控制。
2.3 控制系统控制系统是机电控制工程中的一个重要概念。
控制系统可以是开环控制系统或闭环控制系统。
开环控制系统是指根据预先设定的规则进行控制，不考虑输出结果对控制系统的影响；闭环控制系统是指根据实际输出结果来调节控制动作，从而改善系统的性能和稳定性。
3. 应用领域机电控制工程在许多领域中都有广泛的应用，下面将介绍其中几个典型的应用领域。
3.1 制造业在制造业中，机电控制工程发挥着关键的作用。
机械设备的控制和管理对于生产效率和产品质量起着至关重要的作用。
例如，自动化生产线中的机器人系统，通过机电控制工程技术，可以实现对机器人的精确定位和操作控制，从而提高生产效率和质量。
3.2 运输在运输领域，机电控制工程用于实现交通工具（如汽车、火车、飞机等）的自动驾驶、导航和控制。
通过引入自动驾驶技术，可以提高交通工具的安全性和运行效率。
此外，机电控制工程还可用于实现交通信号灯的自动控制，以优化交通流量。
3.3 航空航天航空航天领域对机电控制工程的需求非常高。
机械系统的控制和管理关系到人员的安全和飞行器的稳定性。
机电控制工程基础试卷及答案
机电控制工程基础试卷及答案(填空和判断)(总5页)填空题1. 传递函数的定义是对于线性定常系统,在初始条件为零的条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
2. 瞬态响应是系统受到外加作用激励后，从初始状态到最终或稳定状态的响应过程。
3. 判别系统稳定性的出发点是系统特征方程的根必须为负实根或负实部的复数根，即系统的特征根必须全部在复平面的左半平面是系统稳定的充要条件。
4. I 型系统G s K s s ()()=+2在单位阶跃输入下，稳态误差为 0 ，在单位加速度输入下稳态误差为 ∞ 。
5. 频率响应是系统对正弦输入稳态响应，频率特性包括幅频和相频两种特性。
6. 如果系统受扰动后偏离了原工作状态，扰动消失后，系统能自动恢复到原来的工作状态，这样的系统是(渐进)稳定的系统。
7. 传递函数的组成与输入、输出信号无关，仅仅决定于系统本身的结构和参数，并且只适于零初始条件下的线性定常系统。
8. 系统的稳态误差与输入信号的形式及系统的结构和参数或系统的开环传递函数有关。
传递函数反映系统本身的瞬态特性，与本身参数，结构有关，与输入无关；不同的物理系统，可以有相同的传递函数，传递函数与初始条件无关。
9. 如果在系统中只有离散信号而没有连续信号，则称此系统为离散(数字)控制系统，其输入、输出关系常用差分方程来描述。
10. 反馈控制系统开环对数幅频特性三频段的划分是以ωc （截止频率）附近的区段为中频段，该段着重反映系统阶跃响应的稳定性和快速性；而低频段主要表明系统的稳态性能。
11. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性。
1．.对控制系统的基本要求一般可以归纳为稳定性、快速性 和准确性。
2．.按系统有无反馈，通常可将控制系统分为 开环控制系统 和 闭环控制系统 。
3．.在控制工程基础课程中描述系统的数学模型有微分方程 、传递函数 动态结构图 频率特性等。
4． .稳态误差反映出稳态响应偏离系统希望值的程度，它用来衡量系统控制精度的程度。
机电控制工程基础机电控制系统应用举例
2023-10-28•机电控制系统概述•机电控制系统设计•机电控制系统应用举例目录•机电控制系统的发展趋势与挑战01机电控制系统概述定义机电控制系统是指通过机械、电子、信息等手段将各种机电元件和装置有机地结合起来，形成一个具有一定功能的整体，实现某些特定的控制任务。
组成机电控制系统通常由电力电子器件、电机、传感器、控制器、执行器等组成。
定义与组成开环控制系统开环控制系统没有反馈环节，输入量直接控制输出量，系统精度和稳定性较差。
闭环控制系统闭环控制系统有反馈环节，输出量通过传感器反馈给控制器，控制器根据反馈信号调整输入量，使得系统精度和稳定性提高。
机电控制系统的基本类型机电控制系统应当在一定条件下保持稳定，即系统输出不随时间变化而变化。
稳定性快速性准确性机电控制系统应当能够快速响应输入信号的变化，并迅速达到新的稳态。
机电控制系统应当能够精确地控制系统的输出量，使其与期望值相符。
03机电控制系统的性能要求020102机电控制系统设计根据系统的数学模型，通过求解系统的传递函数或零极增益图来设计控制系统。
解析法机电控制系统的设计方法通过分析系统的性能指标，利用综合公式或计算机辅助设计软件来设计控制系统。
综合法结合解析法和综合法的优点，先利用解析法得到系统传递函数或零极增益图，再利用综合公式或计算机辅助设计软件进行系统优化设计。
解析与综合相结合法机电控制系统的硬件设计用于检测被控对象的参数变化，如位置、速度、压力等。
传感器控制器执行器电源和接口电路根据传感器反馈的参数变化，按照一定的控制算法输出控制信号，调节被控对象的状态。
接收控制器的控制信号，驱动被控对象执行相应的动作。
为控制系统提供电能，并实现控制器、传感器和执行器之间的信号传输。
机电控制系统的软件设计根据被控对象的特性和性能要求，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
控制算法根据控制算法和系统需求，设计控制程序的流程图或程序框图，包括初始化、数据采集、数据处理、控制输出等环节。
机电控制工程基础作业-答案
机电控制工程基础第1次作业第1章一、简答1．什么是自动控制？是相对于人工控制而言的，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。
2．控制系统的基本要求有哪些？控制系统的基本要求：稳定性、快速性和准确性(稳态精度)，即稳、快、准3．什么是自动控制系统？指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成。
4．反馈控制系统是指什么反馈？反馈控制系统是负反馈5．什么是反馈？什么是正反馈？什么是负反馈？从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这就是反馈。
当它与输入信号符号相同，即反馈结果有利于加强输入信号的作用时叫正反馈。
反之，符号相反抵消输入信号作用时叫负反馈。
6．什么叫做反馈控制系统？从系统(或元件)输出端取出信号，经过变换后加到系统(或元件)输入端，这样的系统称为反馈控制系统7．控制系统按其结构可分为哪3类？开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统8．举例说明什么是随动系统。
如雷达自动跟踪系统，火炮自动瞄准系统，各种电信号笔记录仪等9．自动控制技术具有什么优点？⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用。
10．对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加某一给定值时，输出量的暂态过程可能有几种情况？单调过程、衰减振荡过程、持续振荡过程、发散振荡过程二、判断1．自动控制中的基本的控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制。
正确2．系统的动态性能指标主要有调节时间和超调量，稳态性能指标为稳态误差。
机电控制工程基础资料整理
机电控制工程基础资料整理1. 介绍机电控制工程是一门涉及机械、电气和自动控制的综合学科。
它主要研究机械系统中的电气与电子技术应用，以及自动化控制理论与技术。
在现代工业中，机电控制工程被广泛应用于生产自动化、机器人技术、工业自动化、传感器技术等领域。
为了更好地理解和应用机电控制工程，以下是一些基础资料的整理，希望对初学者和感兴趣的人有所帮助。
2. 机电控制系统2.1 机械部分机械部分是机电控制系统的重要组成部分，包括机械结构、机械元件和机械传动装置。
机械结构是机电控制系统的骨架，它决定了机械部件的布局和运动方式。
机械元件是机械系统中的基本部件，如齿轮、轴、连杆等。
机械传动装置用于传递和改变动力和运动，包括传动轴、齿轮传动、皮带传动等。
2.2 电气部分电气部分是机电控制系统中的另一个重要组成部分。
它包括电路、电机和电源等。
电路是电气部分的核心，用于传输和控制电能。
电机是将电能转换为机械能的装置，可以分为直流电机和交流电机等不同类型。
电源是供给电气部分所需电能的装置，可以是电池、电网或发电机等。
2.3 自动控制部分自动控制部分是机电控制系统的关键组成部分。
它主要应用控制理论和控制器来实现对机械系统的控制。
自动控制系统的基本框架包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于感知机械系统的状态和参数，控制器根据传感器反馈的信息进行控制决策，执行器负责执行控制器的指令。
3. 机电控制工程应用机电控制工程在许多领域中得到了广泛应用，下面列举了几个典型领域：3.1 生产自动化生产自动化指的是利用机械、电气和自动控制技术来实现生产过程的自动化。
它可以提高生产效率、降低生产成本，并且可以实现生产过程的灵活性和可控性。
在生产自动化中，机电控制工程被用于自动化生产线、机器人技术、智能仓储系统等。
3.2 工业自动化工业自动化是指利用机电控制工程技术对工业设备和系统进行自动化控制。
它可以提高工业生产的效率、质量和可靠性，减少人工操作的错误和劳动强度。
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24BYJ48A
步进电机基础
电机旋转一周需要多少个脉冲？ 360/5.625×64=64×64=4096
步进电机基础
➢实验中用到的步进电机：四相
a. 四相四拍
a.四相四拍 b.四相双四拍 c.四相八拍
b. 四相双四拍
c.四相八拍
A->B->C->D AB->BC->CD->DA A-> AB-> B->BC->C-> CD-> D-> DA
控制拍子顺序倒置即让电机反转！
步进电机控制
➢环形分配器的实现
采用软件方式： 四相八拍环形分配器数值表如下，在单片机程序中延时 一段时间后按顺序轮转输出以下值以使其正转或反转。
序号 A
B
C
D
方向
引脚 PB1： A相
1
1
0
0
0 反转
PB3： B相
2
1
1
0
0
PB2： C相
3
0
1
0
0
PB4： D相
4
0
1
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四相八拍环形分配器程序
if(step_choice == EIGHTBEATS) //四相八拍 { if(dir_flag == FORWARD) //正转 { if(step == 0) A(); else if(step == 1) AB(); else if(step == 2) B(); else if(step == 3) BC(); else if(step == 4) C(); else if(step == 5) CD(); else if(step == 6) D(); else if(step == 7) DA(); } else if(dir_flag == BACKWARD) //反转 {…} step++; if(step == 8) step = 0; }
➢ 基本运算
• 相数：
m
• 状态系数： K(单三拍、双三拍时，K=1；单双六拍时，K=2)
• 电脉冲频率：f (Hz)
• 转子齿数： Z
齿距 = 360
步距角
Z齿距 = 拍数
=
360 拍数
Z
360 Kmz
转速n
f
60
360 KmZ
f
60 =
60 f
360
360 KmZ
• 增大转子齿数Z、定子相数m或者运行拍数K，可以减小步距角，提高 控制精度。
机电控制工程
1 步进电机基础 2 步进电机控制
步进电机基础
➢ 步进电机
• 将电脉冲信号变换成相应的角位移或者直线位移的机电执行元件。
• 步进电机的位移量与输入脉冲严格成比例，不会引起误差积累。 • 转速取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲信号数，转向
取决于绕组通电顺序。
➢ 应用
• 优点：简化系统，工作可靠，不需要位移传感器就可以达到较精确的 定位，获得较高的控制精度。
1 步进电机基础 2 步进电机控制
步进电机控制
➢ 采用AVR单片机作为主控单元，L298作为驱动芯片。
控制框图如下：
AVR
环形分配器
L298
转过的角度： 脉冲个数
转速：
频率
转向：
绕组通电顺序
步进电机
步进电机驱动电路
引脚PB1、PB3、PB2、PB4分别控制步进电机的A、B、C、D四相。
开始
步进电机速度控制
➢ 速度控制
实际上就是控制系统发出脉冲的频率。系统可以用两种方法确定 脉冲的频率： ❖ 软件延时：通过调用延时子程序的方法实现的，它占用CPU
• 双相轮流（三相双三拍）
AB—BC—CA—AB
• 单双相轮流（三相单双六拍） A—AB—B—BC—C—CA—A
• 单相轮流方式下，每次只有一相控制绕组通电吸引转子，容易使转子在平衡 位置附近产生振荡，运行稳定性较差。另外，在切换时一相绕组断电而另一 相控制绕组开始通电，容易造成失步。
步进电机基础
➢ 基本概念
• 步距 输入一个电脉冲时，转子转过的角度。
• 齿距 各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。
• “单” 每次切换前后只有一相绕组通电。
• “双” 每次切换前后有两相绕组通电。
• “拍” 从一种通电状态换到另一种通电状态叫做一“拍”。
➢ 举例说明（三相步进电机）
• 单相轮流（三相单三拍 ） A—B—C—A
• 缺点：功率小，输出力矩小。
步进电机基础
1. SB接通，SA、SC、SD 断开，磁极B和转子0、 3对齐，其他产生错齿；
2. SC接通，SB、SA、SD 断开，磁极C和转子1、 4对齐，其他产生错齿。
3. 依次类推，A、B、C、 D四相轮流供电，转子 就会沿着A、B、C、D 转动。
步进电机基础
0
5
0
0
1
0
6
0
0
1
1 正转
7
1
0
0
1
脉冲的产生
➢ 定义8个宏
#define A() #define B() #define C() #define D()
(PORTB = 0B00000010) (PORTB = 0B00001000) (PORTB = 0B00000100) (PORTB = 0B00010000)
#define AB() (PORTB = 0B00001010) #define BC() (PORTB = 0B00001100) #define CD() (PORTB = 0B00010100) #define DA() (PORTB = 0B00010010)
引脚 PB1： A相 PB3： B相 PB2： C相 PB4： D相
四相八拍环形分配器程序
if(step == 0) A(); else if(step == 1) AB(); else if(step == 2) B(); else if(step == 3) BC(); else if(step == 4) C(); else if(step == 5) CD(); else if(step == 6) D(); else if(step == 7) DA(); step++; if(step == 8) step = 0;
初始化IO 初始化定时器
初始化AD 开中断 采集AD 显示AD
计算定时器初值
步进电机流程图
外部中断0 改变方向为正
外部中断1 改变方向为反
定时中断
重载定时 寄存器
输出时间 序列
步数+1
设定步数到 N Y 停止
计数器
根据控制算法产生时序脉冲
1、四相四拍： A->B->C->D->A 2、四相双四拍：AB->BC->CD->DA->AB 3、四相八拍： A-> AB-> B->BC-> C-> CD-> D-> DA->A