运动控制系统 第八讲 运动对象
《运动控制系统》课件
闭环控制系统包含反馈回路，通过负反馈来自动调节系统的输出量，使其达到预定的目标值。
闭环控制系统的优点是精度高，抗干扰能力强，能够自动修正误差，适用于对精度要求较高的复杂系统。
闭环控制系统的缺点是结构复杂，设计难度较大，需要具备一定的稳定性分析和调整能力。
03
反馈控制原理的实现需要具备一定的传感器和控制器技术，以及对系统的数学建模和仿真分析能力。
01
反馈控制原理是通过比较系统的输入与输出信号，将输出信号的差值用于控制执行机构，以实现系统的自动调节。
02
反馈控制原理广泛应用于各种运动控制系统，能够提高系统的稳定性和精度。
04
运动控制系统的应用
运动控制系统能够精确控制机器人的动作和位置，实现自动化生产线的连续作业，提高生产效率和产品质量。
控制器的种类繁多，根据应用需求可以选择不同的控制器，如单片机、PLC、运动控制卡等。
执行器是运动控制系统的输出部分，负责将驱动器的电压或电流信号转换为机械运动。
执行器的种类也很多，常见的有步进电机、伺服电机、直线电机等。
执行器的选择要根据实际应用需求来决定，如需要高精度定位、快速响应等。
传感器的种类也很多，常见的有光电编码器、旋转变压器、霍尔元件等。
自动化决策
智能化运动控制系统将具备自适应学习能力，能够根据不同环境和工况自动调整控制策略，以适应各种复杂和动态的运动需求。
自适应控制
远程监控与控制
通过网络技术，实现对运动控制系统的远程监控和控制，方便对设备进行远程调试、故障诊断和远程维护。
数据共享与协同工作
通过网络化实现多设备之间的数据共享和协同工作，提高生产效率和设备利用率。
第八讲 神经运动
二、运动的脑控制
大脑、小脑、脑干 中 枢
复杂 反射 运 动 传 导 路
感 觉 传 导 路 简单 反射 感觉器 眼、耳等
脊 髓
效应器 肌肉、腺体
肌肉（muscle)和运动
通常所说的肌肉指骨骼肌，即附着于四肢骨上的肌肉，它们是我们随意
运动的动力。人体有这样肌肉有600余块，占体重的40%。
专题篇之二
第八讲 运 动
肖
飞 广州 510632)
(暨南大学神经药理室
引言
感觉、运动、调节（适应）是所有动物都具备的 基本功能。而运动是动物区别于植物的主要标志。
运动首先依赖于肌肉的收缩，肌肉是最终功能的 执行者，而脑则是指挥者。脑指挥全身的肌肉协调收 缩，维持一定的姿势和产生动作。
第八讲 运 动
脑发出的指令，但能独立完成一些简单的反射（reflex)活 动。对人体有保护作用，以避免更大的伤害。
感觉神经元
检查时用的膝反射
神经内科医生通过反射 完成情况来检测神经通路的 的完整性。该通路的神经损 伤则无法完成此反射。 外周神经或脊髓的损伤能使 反射消失( – )
运动神经元
股四头肌
返回
脑对运动的控制
1、大脑：运动中枢皮质发动随意运动。 2、脑干：调节肌张力、维持姿势的作用。 3、小脑：协调运动，使运动更为精确、敏捷。
大脑运动中枢
以中央沟为界，前方
中央前回 中央沟 中央后回
的4区和6区为运动中 枢，称为中央前回。
后方的S1区为躯体感
觉中枢，也称为中央 后回。
躯体运动定位图
运动传导路
损下 伤位 症神 状经 元 脊髓左腰部前 角运动神经元 受病毒侵害。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案一、教学目标1. 理解运动控制系统的概念和组成2. 掌握运动控制系统的分类和原理3. 了解运动控制系统在实际应用中的重要性二、教学内容1. 运动控制系统的概念和组成1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的组成要素2. 运动控制系统的分类和原理2.1 模拟运动控制系统2.2 数字运动控制系统2.3 位置控制、速度控制和加速度控制3. 运动控制系统在实际应用中的重要性3.1 运动控制系统在工业生产中的应用3.2 运动控制系统在技术中的应用3.3 运动控制系统在自动驾驶技术中的应用三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。
2. 案例分析法：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。
3. 讨论法：组织学生探讨运动控制系统的发展趋势和挑战，培养学生的创新思维和问题解决能力。
四、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 多媒体课件：PPT、动画、视频等3. 网络资源：相关论文、案例、新闻报道等五、教学评价1. 课堂参与度：评估学生在课堂讨论、提问等方面的积极性。
2. 课后作业：布置相关练习题，评估学生对运动控制系统知识的理解和掌握程度。
3. 小组项目：组织学生团队合作完成一个运动控制系统的应用案例，评估学生的实践能力和问题解决能力。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，每课时45分钟2. 教学计划：第1-4课时：运动控制系统的概念和组成第5-8课时：运动控制系统的分类和原理第9-12课时：运动控制系统在实际应用中的重要性第13-16课时：运动控制系统的的发展趋势和挑战七、教学步骤1. 引入：通过一个实际应用案例，引出运动控制系统的重要性，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。
3. 案例分析：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。
运动控制系统总结
• 转速反馈系数
U
* nm
nmax
(3-6)
• 电流反馈系数
U
* im
I dm
(3-7)
• 两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计 者选定。
3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统 的数学模型与动态过程分析
3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型
图3-5 双闭环直流调速系统的动态结构图
运动控制系统总结
第1章 绪论
什么是运动控制系统
• 运动控制系统是以机械运动的驱动设备— —电动机为控制对象，以控制器为核心， 以电力电子功率变换装置为执行机构，在 自动控制理论的指导下组成的电气传动自 动控制系统。
运动控制系统及其组成
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转矩易 于控制。
换向器与电刷的位置保证了电枢电流 与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成 正比。
• δ大ma。x与M1成反比。转速愈低，M1愈小，误差率愈
T法测速
• T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔 时间来计算转速，又被称为周期法测速。
• 准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数M2 计算出来的，即 Tt M 2 / f0 ，
• 电动机转速为
n 60 60 f0 ZTt ZM 2
（2-80）
• T(M法2-测1)速时的转分速辨的率变定化义量为，时钟脉冲个数由M2变成
Q 60 f0 60 f0
60 f0
Z (M 2 1) ZM 2 ZM 2 (M 2 1)
（2-81）
• 综合式（2-80）和式（2-81），可得
Q Zn2 60 f0 Zn
(2-82)
• T法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q 值越小，分辨能力越强。
运动控制系统设计课件
编程语言与开发环境
01 Python：易学易用，适合算法开发和原型设计。 02 MATLAB/Simulink：用于建模、仿真和控制系
统设计。
03 Visual Studio：集成开发环境，支持多种编程语 言。
软件测试与调试
单元测试
对软件模块进行测试，确保其功能正常。
系统测试
模拟实际运行环境，验证系统整体性能和功 能。
80%
神经网络控制
利用神经网络的学习和自适应能 力，对复杂的非线性系统进行精 确控制。
系统参数调整
01
02
03
增益调整
根据系统的运行状态和性 能要求，调整控制系统的 增益参数，以实现更好的 控制效果。
滤波器设计
通过设计适当的滤波器， 降低噪声干扰，提高信号 的信噪比，从而提高控制 精度。
系统校准
对系统的各个部分进行校 准，确保系统参数的准确 性，提高系统的整体性能 。
案例二：工业机器人运动控制系统设计
总结词
灵活、快速、安全
详细描述
工业机器人运动控制系统设计需要实现灵活、快速和安全的运动控制，以确保生产过程的自动化和高 效性。该系统通常采用开放式架构，支持多种机器人型号和编程语言。同时，为了保证系统的安全性 和稳定性，还需要进行防碰撞检测和紧急停止功能的设计。
案例三：自动化生产线运动控制系统设计
运动控制器阶段
随着计算机技术的不断发展， 独立的运动控制器逐渐成为主 流，采用高速总线技术和分布 式系统结构，实现了高速、高 精度的运动控制。
02
运动控制系统设计基础
运动控制系统的基本组成
01
02
03
04
控制器
用于生成控制指令，根据系统 输入和当前状态计算出控制量
运动控制讲义
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算 可根据动能守恒原则： 可根据动能守恒原则：即 E=EM+E1+EL 2 2 2 2 1)对于旋转运动 1/2J ωM = 1/2JM ωM + 1/2J1 ω1 + 1/2JL ωL 对于旋转运动 J = JM nM 2 / nM 2 + J1 n1 2 / nM 2 + JL nL 2 / nM 2
传动部件从根本 上限制了伺服系 统的精度！ 统的精度！
伺服控制系统及其产生
能量
驱动电路
Uidea、Iidea
Fidea、Videa
动力部件
（Tidea、nidea）
最终执行部件
伺服系统
控制部件
伺服控制系统
能量流动方向： 信息流动方向：
运动控制系统的总体构成
给定运动指令 能量
运动控制系统 运动 动指令 控制 器
0
TL
T
位能转矩：由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转大亨作用所 位能转矩：由物体的重力和弹性体的压缩、 产生的负载转矩 n 特点：其作用方向恒定， 特点：其作用方向恒定，与运动方向无关 其机械特性曲线： 其机械特性曲线： 2.3.2 离心式通风机型机械特性 特点：按离心力原理工作，即负载转矩 与转速n的平方成正比 特点：按离心力原理工作，即负载转矩TL与转速 的平方成正比 2.3.3 直线型机械特性 特点：负载转矩 随转速n的增加成正比的增大 的增加成正比的增大， 特点：负载转矩TL随转速 的增加成正比的增大，即TL =c n 2.3.4 恒功率型机械特性 特点：负载转矩 与转速n成反比 成反比， 特点：负载转矩TL与转速 成反比，即TL =k/ n n 也就是： 也就是：k=TLn ∝ P 0 T 0 TL T
运 动 控 制 系 统
基于稳态模型的交流调速系统动态性能无法与直
流调速系统相比；基于动态模型的交流调速系统 （矢量控制系统，直接转矩控制系统）动态性能 良好，取代直流调速系统。 同步电动机交流调速系统 同步电动机的转速与电源频率严格保持同步， 机械特性硬。 电力电子变频技术的发展，成功地解决了阻碍同 步电动机调速的失步和启动两大问题。
负载可能是多个典型负载的组合，应根据实际负 载的具体情况加以分析。 1、 恒转矩负载 负载转矩的大小恒定，称作 恒转矩负载 TL 常数 a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载
图1-3 恒转矩负载
2、 恒功率负载
负载转矩与转速成反比， 而功率为常数，称作恒功 率负载
TL
m
PL
信号检测
电压、电流、转速和位置等信号 信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理 信号滤波
二、运动控制系统的历史与发展
电力电子技术和微电子技术的兴起与发展，使交流
调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。 直流调速系统 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电 流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。 交流调速系统 交流电动机（尤其是笼型感应电动机）结构简单。 但动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质， 比直流电动机复杂得多。
1、电动机—— 运动控制系统的控制对象
从类型上分
直流电动机、交流感应电动机（交流异步电动机） 和交流同步电动机。 从用途上分 用于调速系统的拖动电动机和用于伺服系统的伺服 电动机。 2、 功率放大与变换装置 半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功率模块发展
电力拖动实现了电能和机械能之间 的能量转换。 运动控制系统的任务 是：通过控制电机的电压、 电流、频率等输入量来改 变工作机械的转矩、速度、 位移等机械量，使各种工 作机械按人们期望的要求 运行，以满 足生产工艺及 其他应用要求。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案一、教学目标1. 了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 掌握运动控制系统的分类及其原理。
3. 熟悉运动控制系统的应用领域和发展趋势。
4. 培养学生对运动控制系统的兴趣和创新能力。
二、教学内容1. 运动控制系统概述运动控制系统的定义运动控制系统的组成运动控制系统的功能2. 运动控制系统的分类开环运动控制系统闭环运动控制系统混合运动控制系统3. 运动控制系统的原理位置控制原理速度控制原理力控制原理4. 运动控制系统的应用领域工业数控机床电动汽车航空航天5. 运动控制系统的发展趋势智能化网络化绿色化三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的基本概念、原理和应用。
2. 案例分析法：分析具体运动控制系统的实例，加深学生对运动控制系统的理解。
3. 讨论法：引导学生探讨运动控制系统的发展趋势及其在我国的应用前景。
4. 实践操作法：安排实验室参观或动手实践，让学生亲身体验运动控制系统的工作原理。
四、教学安排1. 第1-2课时：运动控制系统概述2. 第3-4课时：运动控制系统的分类和原理3. 第5-6课时：运动控制系统的应用领域4. 第7-8课时：运动控制系统的发展趋势5. 第9-10课时：实验室参观或实践操作五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对运动控制系统基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对运动控制系统知识的掌握。
3. 小组讨论：评估学生在探讨运动控制系统发展过程中的创新能力。
4. 实践报告：评价学生在实验室参观或实践操作中的表现。
六、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 课件：运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势3. 视频资料：运动控制系统的实际应用案例4. 实验室设备：的运动控制系统实验装置5. 网络资源：关于运动控制系统的相关论文和新闻七、教学过程1. 导入：通过一个运动控制系统的实际应用案例，引发学生对运动控制系统的兴趣。
2. 讲解：结合教材和课件，详细讲解运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势。
运动控制系统 第八讲 运动对象
• 2、激光雷达的现状及应用
• 激光技术从它的问世到现在，虽然时间不 长，但是由于它有：高亮度性、高方向性 、高单色性和高相干性等几个极有价值的 特点，因而在国防军事、工农业生产、医 学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用 。LiDAR技术在西方国家发展相对成熟，已 经投入商业运行的激光雷达系统（主要指 机载）主要有Optech（加拿大）、TopSys （法国）和Leica（美国）等公司的产品。
• 除此之外，还可以测出大气中肉眼看不到 的微粒的动态等情况。激光雷达的作用就 是精确测量目标的位置（距离与角度）、 形状（大小）及状态（速度、姿态），从 而达到探测、识别、跟踪目标的目的。
图8-1图中符号说明：Servo motor伺服电机，Objects目标，Optical
rotary encoder光学旋转编码器，Laser Source 激光源，Receiver接收器 ，Tilting mirror转镜
• 如果把两块栅距W相等的光栅平行安装，并让它
们的刻线之间有较小的夹角，这时光栅上会出现
若干条明暗相间的条纹，这种条纹称为莫尔条纹。 莫尔条纹沿着与光栅刻线几乎垂直的方向排列， 如图8-5所示。光线透过两块光栅非重合部分而形 成亮带，亮带由一系列四棱形图案组成，如图85(a)中的d—d线区所示；f— f线区则是由两块光 栅的遮光效应形成的。由此可见，标尺光栅和指 示光栅的组合产生了莫尔条纹。图8-5(b)是d—d 线区的放大图，其中菱形的两条对边平行线的距 离是W/2，即栅距的一半；菱形长对角线的长度 是B，即莫尔条纹的间距。
1．光栅的结构
• 在透明的玻璃板上均匀地刻出许多明暗相 间的条纹，或在金属镜面上均匀地刻出许 多间隔相等的条纹，就形成了光栅。通常， 这些条纹的间隙和宽度是相等的。以透光 的玻璃为载体的光栅，称为透射光栅；以 不透光的金属为载体的光栅，称为反射光 栅。根据光栅外形的不同，还可分为直线 光栅和圆光栅。
(完整word版)运动控制系统 复习知识点总结
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
（运动控制系统框图）2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。
因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1相控整流器-电动机调速系统原理2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。
（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。
晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。
在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。
需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。
3.V-M系统机械特4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题”。
（7）直流PWM调速系统的机械特性6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。
运动控制系统 绪论
直流电机调速， 在额定转速以下， 保持励磁电流恒定， 可用改变电枢电压的方法实现恒转矩调速； 在额定转速以上， 保持电枢电压恒定， 可用改变励磁的方法实现恒功率调速。 近代采用晶闸管供电的转速、 电流双闭环直流调速系统可获 得优良的静、 动态调速特性。 因此， 长期以来在变速传动领 域中， 直流调速一直占据主导地位。 然而， 由于直流电机本 身存在机械式换向器和电刷这一固有的结构性缺陷及制造工艺 复杂且成本高等缺点， 使之维护麻烦， 使用环境受到限制， 并且很难向高转速、 高电压、 大容量方向发展， 因而直流调 速难以满足现代社会对调速系统的需求。
2） 功率放大与变换装置有电机型、 电磁型、 电力电子 型等， 现在多用电力电子型功率放大与变换装置。 电力 电子器件经历了由半控型向全控型、 由低频开关向高频 开关、 由分立器件向具有复合功能的功率模块发展的过 程。 电力电子技术的发展， 使功率放大与变换装置的结 构趋于简单， 性能趋于完善。
3） 控制器分模拟控制器和数字控制器两类， 现在已越来 越多地采用全数字控制器。 模拟控制器常用运算放大器及相应的电气元件实现， 具有物理概念清晰、 控制信号流向直观等优点， 其控制规 律体现在硬件电路和所用的器件上， 因而线路复杂， 通用 性差， 控制效果受到器件性能、 温度等因素的影响。 以微处理器为核心的数字控制器的硬件电路标准化程度 高， 制作成本低， 而且不受器件温度漂移的影响， 其控制 规律体现在软件上， 修改起来灵活方便。 此外， 数字控制 器还具有信息存储、 数据通信和故障诊断等模拟控制器无 法实现的功能。
运动控制系统的种类繁多， 用途各异， 并有不同的分 类方法。
（1） 按被控物理量分： 以转速为被控量的系统叫调速系 统； 以角位移或直线位移为被控量的系统叫位置随动系统， 有时也叫伺服系统。
运动控制系统PPT参考课件
第1篇 直流拖动பைடு நூலகம்制系统
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 ❖ 直流调速方法 ❖ 直流调速电源 ❖ 直流调速控制
10
1.1.1 直流调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
（1-1）
n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）；
I — 电枢电流（A）；
R — 电枢回路总电阻（ ）；
晶闸管-电动机调速系统（简称VM系统，又称静止的Ward-Leonard系 统），图中VT是晶闸管可控整流器，通 过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移 动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud ，从而实现平滑调速。
22
• V-M系统的特点
与G-M系统相比较： 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提
25
1). 直流斩波器的基本结构
控制电路
+
VT
Us
VD
_
a）原理图
u
+ Us ton
M _O
T
b）电压波形图
图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形
Ud t
26
2). 斩波器的基本控制原理
在原理图中，VT 表示电力电子开关器件， VD 表示续流二极管。当VT 导通时，直流电源 电压 Us 加到电动机上；当VT 关断时，直流电 源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续流，两端 电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如 图1-5b ，好像是电源电压Us在ton 时间内被接上， 又在 T – ton 时间内被斩断，故称“斩波”。
改变电压 UN U
U n ， n0
❖ 调速特性：
O
转速下降，机械特性
运动控制系统教学教案
运动控制系统教学教案一、教学目标1. 让学生了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 使学生掌握运动控制系统的核心技术和应用领域。
3. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
二、教学内容1. 运动控制系统概述运动控制系统的定义运动控制系统的组成运动控制系统的分类2. 运动控制系统的核心技术与原理位置控制技术速度控制技术力控制技术3. 运动控制系统的应用领域工业数控机床电动汽车生物医疗设备4. 运动控制系统的硬件组成控制器执行器传感器5. 运动控制系统的软件设计与编程软件设计流程编程语言与工具程序调试与优化三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的基本概念、原理和应用。
2. 案例分析法：分析实际应用中的运动控制系统案例，加深学生对知识的理解。
3. 实验法：引导学生动手实践，培养实际操作能力。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作精神。
四、教学准备1. 教材：运动控制系统相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助教学。
3. 实验设备：运动控制系统实验装置。
4. 编程软件：运动控制系统编程软件。
五、教学评价1. 课堂表现：考察学生的出勤、发言、讨论等参与程度。
2. 课后作业：布置相关练习题，检验学生对知识的掌握。
3. 实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和问题解决能力。
4. 期末考试：全面测试学生的运动控制系统知识水平和应用能力。
六、教学安排1. 课时：本课程共32课时，包括16次课，每次2课时。
2. 授课方式：理论课与实验课相结合，各占一半课时。
3. 授课顺序：先讲解基本概念和原理，进行案例分析，进行实验操作。
七、教学案例1. 案例一：工业关节运动控制学习目标：了解工业的运动控制系统及其编程。
案例内容：分析工业的关节运动控制原理，学习相关编程指令。
2. 案例二：数控机床速度控制学习目标：掌握数控机床的速度控制方法。
案例内容：探讨数控机床速度控制的技术要点，分析实际应用中的问题。
八、实验环节1. 实验一：运动控制系统基本原理验证实验目的：验证运动控制系统的原理和功能。
8典型运动控制
《运动控制》第八章 典型运动控制之双轴控制
2、坐标位移速度程序控制 这种方法和前一种方法类似， 只是控制的是位移速度，即什么时间 往哪个方向按什么速度移动，从而使两轴运动 的合成轨迹符合预定的要求。 这种方法的优缺点也和前面一样，另外这 种方法通常只能采用开环方式，因此控制精度 不如前者，但如果控制的轨迹是斜线的话，控 制程序将比前者简单得多。
《运动控制》第八章 典型运动控制之单轴位移
辩向原理
L 左移
1/2L
A
1/4L
B
右移
A
左移 左移
B B’
右移 A 右移
B
《运动控制》第八章 典型运动控制之单轴位移
辩向电路系统框图
A B 微分
与 门
正向脉冲
反向 微分
与 门
反向脉冲
《运动控制》第八章 典型运动控制之单轴位移
辩向电路原理图
P1 5V P2 从下到上 从上到下
《运动控制》第八章 典型运动控制之双轴控制
1、坐标位移量程序控制（续） 为提高控制精度可采用“闭环”的方法， 即先检测主动轴的移动位置，控制程序通过“ 查表”或计算得出从动轴的位置信息，然后控 制从动轴移动。 上述方法的优点是控制器比较简单（可采 用普通的逻辑控制器），缺点是控制的程序量 较大，另外比较死板，是一种“笨”办法，一 般只在不具备“插补控制”条件的情况下应用 ，或作为一种临时或应急措施。
ห้องสมุดไป่ตู้
《运动控制》第八章 典型运动控制之单轴位移
丝杆 电机 工作台
编码器
电机驱动器
数值比较器
加减计数器
转向识别器
位置设定
采用数字式位移传感器的闭环位移控制
《运动控制》第八章 典型运动控制之单轴位移
运动控制系统
运动控制系统运动控制是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置或速度。
包括计算机技术、自动控制技术、电力半导体变流技术、机械设计等。
运动控制技术的研究对象是自动化设备中各种运动机构的位置控制、速度控制、轨迹控制等。
按电机类型分为：直流伺服电机运动控制系统、步进电机运动控制系统、交流伺服电机运动控制系统、直线电机运动控制系统、气压、液压等其它伺服系统。
控制系统为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的，使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
以自动控制方式分类：开环控制系统通过某种装置将能反映输出量的信号引回来去影响控制信号，若控制回路没有设反馈环节的，即对系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，称为开环控制系统。
开环进给伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机，其控制原理开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。
但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。
闭环控制系统闭环系统亦称'反馈系统'，系统的输入影响输出同时又受输出的直接或间接影响的系统，该类系统有若干个闭合的回路结构。
因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。
闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。
闭环控制系统将数控机床本身包括在位置控制环之内，因此机械系统引起的误差可由反馈控制得以消除，但数控机床本身固有频率、阻尼、间隙等的影响，成为系统不稳定的因素，从而增加了系统设计和调试的困难。
半闭环控制系统采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。
通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案一、教学目标1. 了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 掌握运动控制系统的分类及其特点。
3. 熟悉运动控制系统的主要组成部分及其功能。
4. 理解运动控制系统在实际应用中的重要性。
二、教学内容1. 运动控制系统的概念与组成1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的组成要素2. 运动控制系统的分类与特点2.1 模拟运动控制系统2.2 数字运动控制系统2.3 现代运动控制系统3. 运动控制系统的主要组成部分及其功能3.1 控制器3.2 执行器3.3 传感器3.4 反馈环节4. 运动控制系统在实际应用中的重要性4.1 运动控制系统在工业生产中的应用4.2 运动控制系统在交通运输中的应用4.3 运动控制系统在生物医学中的应用三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的概念、组成、分类、特点及应用。
2. 案例分析法：分析实际应用中的运动控制系统案例，加深学生对运动控制系统的理解。
3. 讨论法：组织学生就运动控制系统相关问题进行讨论，提高学生的思考能力。
四、教学准备1. 教材：《运动控制系统》相关章节。
2. 课件：制作涵盖教学内容的课件。
3. 案例材料：收集运动控制系统在实际应用中的案例。
五、教学过程1. 导入：简要介绍运动控制系统的基本概念，激发学生兴趣。
2. 讲解：详细讲解运动控制系统的组成、分类、特点及应用。
3. 案例分析：分析实际应用中的运动控制系统案例，让学生理解运动控制系统的作用。
4. 讨论：组织学生就运动控制系统相关问题进行讨论，提高学生的思考能力。
6. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对运动控制系统概念、组成、分类和应用的理解。
2. 练习题：布置课后练习题，评估学生对运动控制系统知识的掌握程度。
3. 案例分析报告：评估学生在案例分析环节的思考深度和分析能力。
七、教学拓展1. 介绍运动控制系统领域的最新研究成果和技术发展动态。
运动控制系统教学教案
运动控制系统教学教案一、教学目标1. 了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 掌握运动控制系统的常见类型及其工作原理。
3. 熟悉运动控制系统的主要应用领域和发展趋势。
4. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
二、教学内容1. 运动控制系统的概念与组成1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的组成要素1.3 运动控制系统的作用2. 运动控制系统的常见类型2.1 模拟式运动控制系统2.2 数字式运动控制系统2.3 混合式运动控制系统3. 运动控制系统的工作原理3.1 模拟式运动控制系统的工作原理3.2 数字式运动控制系统的工作原理3.3 混合式运动控制系统的工作原理4. 运动控制系统的主要应用领域4.1 工业自动化领域4.2 领域4.3 交通运输领域4.4 生物医学领域5. 运动控制系统的发展趋势5.1 智能化发展趋势5.2 网络化发展趋势5.3 模块化发展趋势5.4 高效能发展趋势三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的概念、组成、类型、工作原理等基本知识。
2. 案例分析法：分析运动控制系统的实际应用案例，加深学生对运动控制系统的理解。
3. 讨论法：组织学生探讨运动控制系统的发展趋势，培养学生的创新思维。
4. 实践操作法：安排实验室实践活动，让学生动手操作，提高实际操作能力。
四、教学资源1. 教材：运动控制系统相关教材。
2. 实验室设备：运动控制系统实验设备。
3. 网络资源：相关学术论文、企业案例等。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、讨论参与度等。
2. 实验报告：评估学生在实验室实践活动的成果。
3. 期末考试：测试学生对运动控制系统的全面理解掌握程度。
六、教学安排1. 课时：本课程共32课时，其中理论课时24课时，实验课时8课时。
2. 教学安排：第1-8课时：讲述运动控制系统的概念与组成第9-16课时：介绍运动控制系统的常见类型及其工作原理第17-24课时：分析运动控制系统的主要应用领域和发展趋势第25-32课时：实验室实践活动及总结七、教学步骤1. 引入新课：通过相关案例引出运动控制系统的基本概念。
精品课件-运动控制系统(贺昱曜)-第8章
图8-2 (a) 相电压波形;
(b) 线电压波形
第8章 多电平逆变器变频技术
1983年， Bhagwat等人在此基础上， 将三电平电路推 广到任意的n电平， 并对NPC电路及其统一结构作了进一步 的研究。 在多电平变换器的主电路中含有大量功率器件和 电容， 电容一般起分压作用， 各电容上电压通常均相等。 逆变器在功率器件不同的导通组合时， 输出侧得到几种电 平， 其电压波形在一个周期内呈阶梯状。 图8-3是不同电 平数逆变器单个变换臂的示意图。 假设功率器件都是理想 的， 可知， 两电平变换臂有两种输出电压值， 见图83(a)； 三电平变换臂有三种输出电压值， 见图8-3(b)； 依次可得， n电平变换臂有n种输出电压值， 见图8-3(c)。
第8章 多电平逆变器变频技术
（1） 对于n电平逆变器， 每个功率器件仅承受1/(n－ 1)的直流母线电压， 所以可用耐压等级较低的功率器件实 现高电压输出， 大大减小了du/dt应力， 且无需动态 均压电路。
（2） 随着电平数的增加， 输出电压波形越逼近正弦 波， 输出电压波形的畸变（THD）就越小。
第8章 多电平逆变器变频技术
1. 这是一种最简单、 直接的方案， 将小功率器件并联以承 受大电流， 将器件串联以承受高压， 实现高压大功率变换。 由于功率器件开关特性的分散性， 因而具有高速开关特性的功 率器件（如IGBT）是不允许直接串联的， 否则中间回路的高电 压将直接加在后开通的器件上， 使后开通的器件可能承受高压 而击穿。 由于功率器件的参数不一致， 因而功率器件直接并 联同样存在动、 静态电流不均衡的问题。 功率器件的饱和压 降不一致导致静态电流不均衡， 而功率器件的开关时间不同步 造成动态电流不均衡。 因此， 功率器件的串并联， 需要复杂 的动、 静态均压或均流电路。
运动控制中工作对象不确定时,参数的自整定方法介绍
运动控制中工作对象不确定时，参数的自整定方法介绍网络导语：在运动控制经过中，按偏向的比例〔P〕、积分〔I〕和微分〔D〕发展控制的PID 控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。
它具有原理简单，易于实现，合用面广，控制参数互相独立，参数的选定比拟简单等优点；而且在理论上可以证实，对于经过控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后〞与“二阶滞后+纯滞后〞的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。
PID 调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，构造改变灵敏〔PI 、PD 、…〕。
在经过中，按偏向的比例〔P〕、积分〔I〕和微分〔D〕发展控制的PID 控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。
它具有原理简单，易于实现，合用面广，控制参数互相独立，参数的选定比拟简单等优点；而且在理论上可以证实，对于经过控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后〞与“二阶滞后+纯滞后〞的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。
PID 调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，构造改变灵敏〔PI 、PD 、…〕。
PID 是闭环控制算法因此要实现PID 算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反应。
比方控制一个机电的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反应到控制道路上，下面也将以转速控制为例。
PID 是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法但并非必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P 算法控制。
我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就惟独P 控制，将当前结果反应回来，再与目的相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。
如今知道这只是最简单的闭环控制算法。
PID 控制器构造对偏向信号发展比例、积分和微分运算变换后形成一种控制规律。
“利用偏向，纠正偏向〞。
摹拟PID 控制器PID 控制器的输入输出关系为：比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用比例，反响系统的根本(当前)偏向e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定;积分，反响系统的累计偏向，使系统消除稳态误差，进步无差度，由于有误差，积分调节就发展，直至无误差;微分，反映系统偏向信号的变化率e(t)-e(t-1) ，具有预见性，能预见偏向变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏向还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
PLC知识超详细的运动控制详解
PLC知识超详细的运动控制详解
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运动控制在实际的工业现场中随处可见，也常听到大家提到运动控制；哪什么叫运动控制？以及基本概念有哪些？下面我们为大家做简单的介绍:运动控制(MC)是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置或速度。
运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制(GMC)。
运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。
定位的基本概念：使指定对象按指定速度和轨迹运动到指定位置运动控制需要有控制器（PLC）、驱动器、电机、机械等机械需要将位置和速度反馈给控制，形成一个闭环的控制；这样控制器就能知道机械的动态和位置信息
电机的速度和位置反馈给驱动器这也是一种闭环控制的方式，电机和驱动器之间形成一个闭环；或者电机将位置和速度反馈给控制器作为一个闭环
运动控制中关键的要素的位置和速度
a表示加速度 d表示减速度 s就是运行距离（位置）
伺服系统的概念和组成
什么是伺服系统？以物体的位置、方向、状态等为控制量，以跟踪输入目标值（或给定值）的任意变化为目的，所构成的自动控制系统
伺服系统的组成：伺服系统具有反馈闭环的自动控制系统，由控制器、伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成
伺服驱动器的原理
伺服与变频器的区别
伺服系统的三种控制方式
位置控制：以位置为目标的控制，从位置A到位置B
速度控制：以速度为目标的控制，以恒定的速度持续运转
转矩控制：以转矩或者力矩为目标的控制，输出恒定的转矩
小型自动化产品的运动控制有三种，分别是S7-200/200SMART /1200
END。
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• 光栅的结构如图8-4所示，它主要由标尺光 栅、指示光栅、光电器件和光源等组成。 通常，标尺光栅和被测物体相连，随被测 物体一起做直线位移。一般来说，标尺光 栅和指示光栅的刻线密度是相同的，刻线 之间的距离称为栅距。光栅条纹密度一般 为每毫米25条、50条、100条、2述
• 检测技术是实现高速度、高精度运动控制 必不可少的基础技术。运动控制的主要检 测对象是距离、位移、速度、加速度 （力）、角度、角速度、角加速度等参数。 运动控制系统要实现高性能的控制，就必 须进行实时监测，以达到满意的运动控制 效果。本章的重点是介绍位置、速度、加 速度、角度、角速度、角加速度等参数的 基本测量方法及其传感器的应用。
8.1距离检测
• 距离是运动系统的一个主要参数，有关距 离检测技术方法由:光电检测、激光雷达检 测、红外检测与超声检测。本节的应用对 象主要是车辆距离检测，面向的应用重点 是自动驾驶汽车或者无人驾驶汽车。因此 研究对象是摄像头、激光雷达、毫米波雷 达、超声波雷达。
8.1.1 激光雷达
• 1、激光雷达的工作原理
• 激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传 感器，所形成的数据是点云形式。其工作 光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、 接收机、测量控制和电源组成。工作原理 为：首先向被测目标发射一束激光，然后 测量反射或散射信号到达发射机的时间、 信号强弱程度和频率变化等参数，从而确 定被测目标的距离、运动速度以及方位。
图8-5
成像原理
• 图8-6所示的是一个光栅的测量成像原理图， 其中图8-6(a)是四扫描场成像原理图，图86(b)是单扫描场成像原理图。需要注意的是， 图8-6(b)所示的是结构化之后的莫尔条状结 构，其结构简单，相对于四扫描场而言， 制作容易。
图8-3 摄像头图
8.2 直线位移检测
• 方法： • 一：光栅 • 二：同步感应器 • 三：磁栅式传感器
8.2.1 光栅
• 光栅是一种新型的位移检测元件，是将机 械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装 置。它的特点是测量精度高（可达1 m）， 响应速度快，量程范围大，可进行非接触 测量等。由于光栅易于实现数字测量和自 动控制，因此广泛应用于数控机床和精密 测量之中。
图8-2 超声检测物理基础
8.1.3 摄像头（图像视觉）
• 摄像机（图像传感器） • 摄像机又称图像传感器，简称摄像头。
无人驾驶汽车中配置的视觉传感器主要是 工业摄像机，它是最接近于人眼获取周围 环境信息的传感器。 • 工业摄像机按照芯片类型可分为CCD摄像 机和CMOS摄像机两种。图8-3就是一个摄 像头。 •。
• 2、激光雷达的现状及应用
• 激光技术从它的问世到现在，虽然时间不 长，但是由于它有：高亮度性、高方向性 、高单色性和高相干性等几个极有价值的 特点，因而在国防军事、工农业生产、医 学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用 。LiDAR技术在西方国家发展相对成熟，已 经投入商业运行的激光雷达系统（主要指 机载）主要有Optech（加拿大）、TopSys （法国）和Leica（美国）等公司的产品。
• 如果把两块栅距W相等的光栅平行安装，并让它
们的刻线之间有较小的夹角，这时光栅上会出现
若干条明暗相间的条纹，这种条纹称为莫尔条纹。 莫尔条纹沿着与光栅刻线几乎垂直的方向排列， 如图8-5所示。光线透过两块光栅非重合部分而形 成亮带，亮带由一系列四棱形图案组成，如图85(a)中的d—d线区所示；f— f线区则是由两块光 栅的遮光效应形成的。由此可见，标尺光栅和指 示光栅的组合产生了莫尔条纹。图8-5(b)是d—d 线区的放大图，其中菱形的两条对边平行线的距 离是W/2，即栅距的一半；菱形长对角线的长度 是B，即莫尔条纹的间距。
• 3、激光雷达的发展趋势 • 1）星载激光雷达 • 2）战场侦察激光雷达 • 3）测风激光雷达 • 4）激光雷达寻标器
8.1.2 毫米波雷达、超声波雷达
• 毫米波雷达是指工作在毫米波波段，频率 在30—300GHz之间的雷达。超声波传感器 是利用超声波的特性研制而成的，工作在 机械波波段，工作频率在20kHz以上。
• 1、CCD摄像机，由光学镜头、时序及同步 信号发生器、垂直驱动器及模拟/数字信号 处理电路组成，具有体积小、重量轻、低 功耗、无滞后、无灼伤、低电压等特点
• 2、CMOS摄像机，集光敏元阵列、图像 信号放大器、信号读取电路、模数转换电 路、图像信号处理器及控制器于一体，具 有传输速率高、动态范围宽、局部像素的 可编程随机访问等优点，参见图8-3.
1．光栅的结构
• 在透明的玻璃板上均匀地刻出许多明暗相 间的条纹，或在金属镜面上均匀地刻出许 多间隔相等的条纹，就形成了光栅。通常， 这些条纹的间隙和宽度是相等的。以透光 的玻璃为载体的光栅，称为透射光栅；以 不透光的金属为载体的光栅，称为反射光 栅。根据光栅外形的不同，还可分为直线 光栅和圆光栅。
• 除此之外，还可以测出大气中肉眼看不到 的微粒的动态等情况。激光雷达的作用就 是精确测量目标的位置（距离与角度）、 形状（大小）及状态（速度、姿态），从 而达到探测、识别、跟踪目标的目的。
图8-1图中符号说明：Servo motor伺服电机，Objects目标，Optical
rotary encoder光学旋转编码器，Laser Source 激光源，Receiver接收器 ，Tilting mirror转镜
本讲主要内容
8.1 距离检测 8.1.1 激光雷达 8.1.2 毫米波雷达、超声波雷达 8.1.3 摄像头（图像视觉） 8.2 直线位移检测
8.2.1 光栅 *8.2.2 感应同步器 8.2.3 磁栅式传感器
8.3 角位移检测
• *8.3.1 旋转变压器 • 8.3.2 光电编码器 • 8.4 速度、加速度检测 • *8.4.1 直流测速发电机 • 8.4.2 光电式速度传感器 • 8.4.3 加速度传感器 • 8.5 力、力矩检测 • 8.5.1 测力传感器 • 8.5.2 压力传感器 • 8.5.3 力矩传感器 • *8.5.4 力与力矩复合传感器