机电一体化系统设计控制系统设计教学PPT课件
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机电一体化系统设计-控制器ppt课件
4
26.04.2021
精选ppt课件2021
3
课堂讨论
5.按照教材P74图3-5所示，回答： a.图上的信号线哪些是数据总线？哪些是 地址总线？哪些是控制总线？ b. 板地址选择是由哪些信号线组成的？ c. 输出信号数据由哪些信号线控制？ d. 输入数据由哪些信号线控制？
26.04.2021
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26.04.2021
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课堂讨论
2. 机电一体化控制器的基本组成模式有哪两种？ 全自动洗衣机和数控机床产品分别适用于哪种 模式？说明理由。 3.为什么说，总线技术是工控机组合模式的技 术基础？总线有哪些形式？请各列举出三种主 要类型。 4.根据传统机床和并联机床在轨迹运动控制上 采用的不同原理，讨论在并联机床数控系统中 采用开放结构的必要性。
第三章 机电一体化系统控制器的构成原理
26.04.2021
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1
课堂讨论
1。以下哪一点不是工控机必须满足的条件：[ ] A． 能够提供各种数据实时采集和控制； B． 能够安装在机械结构里面，和机器成为一 体； C． 能够和被控制对象的传感器、执行机构直 接接口； D． 能够在苛刻的工作环境中可靠运行。
机电一体化 完整ppt课件
2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
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13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
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7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
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图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
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37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。
机电一体化系统设计ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
机电一体化系统设计课件(第7章)
机电一体化系统的发展趋势
总结词
机电一体化系统的发展趋势与未来展望
详细描述
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，机电一体化系统的发展趋势主要包括智能化、模块化、网络化、绿 色化等。未来，机电一体化系统将更加注重人工智能、物联网等新技术的应用，实现更加高效、智能的生产和服 务。
CHAPTER 02
对系统的各项性能指标进行测试，如速度 、精度、稳定性等。
对测试数据进行整理、分析和评估，提出 改进意见和建议，为系统的优化和完善提 供依据。
CHAPTER 06
机电一体化系统可靠性设计
可靠性分析
可靠性定义
01
产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
失效模式与影响分析
02
识别产品可能的失效模式，分析其对系统功能的影响，为可靠
THANKS
[ 感谢观看 ]
机电一体化系统设计基础
机电一体化系统设计的基本原则
功能完整性
确保系统能够完成预定 的功能，满足用户需求
。
技术先进性
采用当前最先进的科学 技术，确保系统的性能
和效率。
经济合理性
在满足功能和技术要求 的前提下，尽可能降低
系统成本。
安全可靠性
确保系统在各种工作条 件下都能安全、稳定地
运行。
机电一体化系统的设计流程
可靠性测试与评估
可靠性试验
在模拟或实际使用条件下 测试产品的可靠性表现。
故障分析
对产品故障进行深入分析 ，找出根本原因，为可靠 性改进提供依据。
可靠性评估
根据测试数据和实际使用 情况，评估产品的可靠性 水平，为产品设计改进提 供参考。
CHAPTER 07
机电一体化系统设计案例分析
机电一体化系统设计控制系统设计教学课件
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技 术等多项技术进行有机融合，实现各种技术之间的优势互补。其主要特点包括 高效、精确、自动化和智能化。
机电一体化系统的组成
总结词
机电一体化系统的组成
详细描述
机电一体化系统主要由机械本体、动力部分、传感检测装置、执行机构、控制系 统以及信息处理部分等组成。这些组成部分相互协作，共同实现系统的功能。
VS
执行器的工作原理
不同类型的执行器工作原理不同，但基本 原理都是基于能量转换。例如，电动式执 行器通过电能驱动电动机转动，实现控制 动作；气动式执行器通过压缩气体驱动活 塞或气动马达工作，实现控制动作。
传感器与执行器的选择与使用
选择原则
在选择传感器和执行器时，应根据具体的应用需求和条件综合考虑，选择性能稳定、可 靠性强、易于维护的传感器和执行器。同时要考虑其精度、灵敏度、响应速度等参数是
02
控制系统设计基础
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统的分类
控制系统是一种通过反馈机制，对被 控对象进行自动调节的系统，以实现 预定的目标或过程。
根据不同的分类标准，如控制方式、 控制结构、控制参数等，可以将控制 系统分为多种类型。
控制系统的基本原理
控制系统基于负反馈原理，通过比较 期望值与实际值之间的偏差，调整系 统输出，以减小偏差。
闭环控制策略
根据系统输出信号的反馈，实时调整控制信 号，以实现精确控制。
模糊控制策略
基于模糊逻辑和模糊集合理论的控制策略， 适用于不确定性和非线性系统的控制。
神经网络控制策略
模拟生物神经网络的自适应学习算法，用于 处理复杂的、非线性的系统控制问题。
详细描述
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技 术等多项技术进行有机融合，实现各种技术之间的优势互补。其主要特点包括 高效、精确、自动化和智能化。
机电一体化系统的组成
总结词
机电一体化系统的组成
详细描述
机电一体化系统主要由机械本体、动力部分、传感检测装置、执行机构、控制系 统以及信息处理部分等组成。这些组成部分相互协作，共同实现系统的功能。
VS
执行器的工作原理
不同类型的执行器工作原理不同，但基本 原理都是基于能量转换。例如，电动式执 行器通过电能驱动电动机转动，实现控制 动作；气动式执行器通过压缩气体驱动活 塞或气动马达工作，实现控制动作。
传感器与执行器的选择与使用
选择原则
在选择传感器和执行器时，应根据具体的应用需求和条件综合考虑，选择性能稳定、可 靠性强、易于维护的传感器和执行器。同时要考虑其精度、灵敏度、响应速度等参数是
02
控制系统设计基础
控制系统的基本概念
控制系统的定义
控制系统的分类
控制系统是一种通过反馈机制，对被 控对象进行自动调节的系统，以实现 预定的目标或过程。
根据不同的分类标准，如控制方式、 控制结构、控制参数等，可以将控制 系统分为多种类型。
控制系统的基本原理
控制系统基于负反馈原理，通过比较 期望值与实际值之间的偏差，调整系 统输出，以减小偏差。
闭环控制策略
根据系统输出信号的反馈，实时调整控制信 号，以实现精确控制。
模糊控制策略
基于模糊逻辑和模糊集合理论的控制策略， 适用于不确定性和非线性系统的控制。
神经网络控制策略
模拟生物神经网络的自适应学习算法，用于 处理复杂的、非线性的系统控制问题。
机电一体化系统设计课程设计课件
设计软件介绍
SolidWorks
三维机械设计软件，用于建立三维模型、进行运动分析和优化设计。
AutoCAD
二维绘图软件，用于绘制平面图、电路图和布局图等。
MATLAB/Simulink
仿真软件，用于系统建模、分析和优化。
LabVIEW
虚拟仪器软件，用于数据采集、处理和控制等。
设计经验分享
经验一
注重系统整体性
设计要求
明确课程设计的要求，包括技术指标、性能参数、安全性能等方 面。
设计优化
在设计过程中注重优化，提高系统的性能、稳定性和可靠性。
设计成果评价
评价标准
制定合理的评价标准，对设计成果进行评价 。
评价方法
采用多种评价方法，如专家评审、实验测试 等，确保评价结果的客观性和准确性。
反馈与改进
根据评价结果，及时反馈设计中的不足之处 ，并进行改进和完善。
01
课程设计任务与要 求
设计任务书解读
任务书内容
01
详细解读课程设计任务书，明确设计目标、要求、限制条件和
预期成果。
任务书分析
02
对任务书中的各项内容进行深入分析，理解设计的重点和难点
。
任务书实施计划
03
根据任务书要求，制定合理的设计实施计划，确保按时完成设
计任务。
设计要求与规范
设计规范
掌握机电一体化系统设计的基本规范和标准，确保设计符合行业 要求。
实时性、稳定性、可扩展性
传感检测系统设计
设计内容
传感器选型、信号处理电路、数据采 集与传
设计要点
准确性、可靠性、抗干扰能力
01
机电一体化系统设 计实践
设计案例分析
5机电一体化技术(控制系统)第五章PPT课件
e(t)dtTD
de(t)
dt
G(s)
U(s) E(s)
Kp1T11s
TDs
36
37
计算机控制中的离散控制公式： 代入PID控制公式：及递推公式，位置式PID
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PID算法软件流程，e(0-1)值取e(0)，开始偏差变 化率为0，可使动作不至于过大，因为u(0)=0
39
位置式PID算法的缺点： ❖ 由于全量输出，每次输出均与过去状态有关，
3
3.对控制系统的要求： 稳：针对闭环系统，当参数匹配不当时，会引 起振荡。 准：调节过程结束后输出量与给定量之间的偏 差越小越好。 快：当系统输出量与输入量之间产生偏差时， 消除这种偏差的快速程度。 因系统的稳准快是相互制约的，故被控对象不 同，各种系统对稳准快有所侧重。快速性好， 可能引起振荡，或超调，控制精度变差。
18
传递函数的定义和性质
设线性定常系统由下述阶线性常微分方程描述：
a0d dnnty(t)a1d dnn t 11y(t) an1d dyt(t)any(t) b0d dm m tu(t)b1d dm m t 11u(t) bm1d dut(t)bmu(t)
由定义得系统传递函Байду номын сангаас为
G (s) U Y ( (S s))b a 0 0 s sm n b a 1 1 s sm n 1 1 b a m n 1 1 s s a b m n
24
5)转矩平衡方程及其拉氏变换
Tm(t)
Jem
dm(t)
dt
Bemm(t)TL(t)
(9)
Tm(s)TL(s)Jemsm(s)Bemm(s) (10)
m(s)
Tm(s)TL(s) BemJems
机电一体化系统设计控制系统设计教学课件
B. 论文
引用一些与机电一体 化系统设计和控制系 统设计相关的研究论 文。
C. 网页
提供一些在线资源和 网页链接，供进一步 深入学习。
D. 视频资源
推荐一些教学视频资 源，方便学习者深入 了解相关知识。
IX. 结束语
感谢您对机电一体化系统设计和控制系统设计教学课件的关注。希望本课件能为您提供有价值的知识和启发， 并帮助您在相关领域取得成功。
机电一体化系统设计控制 系统设计教学课件PPT
这是一份关于机电一体化系统设计和控制系统设计的教学课件PPT。通过本课 件，您将了解相关背景、目标、概述以及具体实现和应用示例。
I. 引言
引言部分将介绍机电一体化系统设计控制系统设计教学课件的背景和目标。
II. 机电一ห้องสมุดไป่ตู้化系统设计
A. 机械设计
介绍机械设计在机电一体化系统设计中的重要性和流程。
VII. 总结
1 A. 内容回顾
概述主要内容和重点，回 顾课件中的核心概念。
2 B. 学习收获
总结学习课件后的收获和 技能提升。
3 C. 展望未来
展望机电一体化系统设计 和控制系统设计领域的未 来发展趋势。
VIII. 参考文献
A. 书籍
推荐一些经典的机电 一体化系统设计和控 制系统设计相关的书 籍。
C. 控制系统设计流程
详细阐述控制系统设计的具体 步骤和流程。
IV. 控制系统元件
1 A. 传感器
2 B. 操作器
介绍传感器在控制系统中的作用和常见类型。
探讨在控制系统中使用的操作器及其功能。
3 C. 控制器
讲解不同类型的控制器和其在控制系统中的 应用。
4 D. 执行器
详细阐述执行器在控制系统中的功能和种类。
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
2020/4/11
电力拖动
22
第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
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电力拖动
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第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
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电力拖动
40
第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
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电力拖动
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第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
机电一体化系统设计PPT
四、系统论、控制论和信息论的相互关系 系统论、
信息论研究的是如何认识信息和度量信息。 而系统论和控制论是研究如何利用信息，系统 论是利用信息来实现系统最优化，控制论是利 用信息来实现系统的有目的最佳控制。
1.5.2 关键技术（技术构成） 关键技术（技术构成）
1、机械技术 、
数控机床、机器人、自动生产设备 生产用机电一体化产品和系统 柔性生产单元、自动组合生产单元 FMS、无人化工厂、CIMS 微机控制汽车、机车等交通运输工具 运输、包装及工程用机电一体化产品 数控包装机械及系统 数控运输机械及工程机械设备 自动仓库 储存、销售用机电一体化产品 自动空调与制冷系统及设备 自动称量、分选、销售及现金处理系统 自动化办公设备 社会服务性机电一体化产品 动力、医疗、环保及公共服务自动化设备 文教、体育、娱乐用机电一体化产品 微机或数控型耐用消费品 家庭用机电一体化产品 炊事自动化机械 家庭用信息、服务设备 测试设备 科研及过程控制用机电一体化产品 控制设备 信息处理系统 农、林、牧、渔及其它民用机电一体化产品 航空、航天、国防用武器装备等机电一体化产品
机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目 的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中 的应用仅仅是计算机应用技术的一部分，它还可以在办 公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。机电一体化 技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。
1.2 机电一体化系统的基本组成
1.2.1 机电一体化系统的功能组成
D、节约能源
• 机电一体化的产品 ， 可以节约材料、 节约 机电一体化的产品， 可以节约材料 、
能源。 能源。例如： • 我国目前各类电风扇的调整器为电磁机械 式 ， 如果用电子式调整器每年全国可节约 电600万度； 600万度； • 汽油机电子点火； • 液压挖掘机电子节能。
机电一体化系统总体设计 ppt课件
• 总体设计报告要突出设计重点，将所设计系统的特点阐述 清楚，同时应列出所采取的措施及注意事项。
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局， 指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上 进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的 观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是 具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分 析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思 想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列 设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料 能量 信息
总功能
物料 能量 信息
能 分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有 物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物 理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分 离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在 的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能 元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分
• 总体设计给具体设计规定了总的基本原理、原则和布局， 指导具体设计的进行;而具体设计则是在总体设计基础上 进行的具体化。具体设计不断地丰富和修改总体设计，两
者相辅相成，有机结合。因此，只有把总体设计和系统的 观点贯穿于产品开发的过程，才能保证最后的成功。
2.2 机电一体化系统原理方案设计
• 机电一体化系统原理方案设计是整个总体设计的关键，是 具有战略性和方向性的设计工作。
• 在机电一体化系统原理方案设计中，常用的方法有功能分 析设计法、创造性方法、评价与决策方法、商品化设计思 想及方法、变型产品设计中的模块化方法和相似产品系列 设计方法等。
2.2.1 机电一体化系统原理方案设计步骤
功
物料 能量 信息
总功能
物料 能量 信息
能 分
分功能1
分功能2
分功能3
解
分功能4
模
分功能21
分功能22
分功能23
型
......
分功能…
分功能…
分功能…
• (1)功能元在机电一体化系统设计中常用的基本功能元有 物理功能元、逻辑功能元和数学功能元。
• 1)物理功能元。它反映系统中能量、物料、信号变化的物 理基本动作，常用的有转变-复原、放大-缩小、合并-分 离、传导-绝缘、存储-提取。(常用的五种物理功能元)
2.2.2.3 求解功能元(分功能)
• 功能元的原理解法是通过物理作用和作用件确定的。现在 的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，即求得功能 元的原理解，通常有下述几种求解方法。
• (1)直觉法 • 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分
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课件(PPT51张)
真题解析——选择题
（ 05、4 ）1、主要用于系统中各级间的信息传递 的模块称为【 】 B A．软件模块 C．通信模块 B．接口模块 D．驱动模块
（ 04、4 ）1．由计算机网络将计算机辅助设计、 计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称
为【 】
D
A．顺序控制系统 C．柔性制造系统
真题解析——选择题
（ 12、4 ）1．用于承载、传递力和运动的模块是
【 】A
A．机械受控模块 C．接口模块 B．驱动模块 D． 微计算机模块
（ 09、4 ）1．系统中用于提供驱动力改变系统运 行状态，产生所希望运动的模块称为 【 】 A A．驱动模块 B．接口模块 C .微计算机模块 D．测量模块
B．自动引导车系统 D． 计算机集成制造系统
真题解析——选择题
（ 03、4 ）1.将计算机数控机床、工业机器人以 及自动引导车联接起来的系统称( C ) A.顺序控制系统 B.计算机集成制造系统 C.柔性制造系统 D.伺服系统 （ 02、4 ）1.受控变量是机械运动的一种反馈控 制系统称( A.顺序控制系统 D.工业机器人 )B B.伺服系统 C.数控机床
1.2 典型机电一体化系统
工业机器人组成部件：主体结构、终端器、控制器
1.2 典型机电一体化系统
4、自动导引车 自动导引车是另一种形式的移动工业机器人。他能 跟踪编程路径，在工厂内江一个零件从一个地方移动 到另一个地方。
1.2 典型机电一体化系统
5、顺序控制系统 顺序控制系统是按照预先规定的次序完一系列操作 的系统。 根据如何开始和终结操作可分为两类： （1）当某一事件发生时，开始或结束操作的称为事件驱 动顺序控制； （2）在某一时刻或一定时间间隔之后，开始或结束操作 的称为时间驱动顺序控制。
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2. 对控制系统的基本要求
稳定性、准确性、快速性 3
第3章 控制系统设计
1. 直流电动机
3.2.1 执行电动机
图3.1 直流伺服电动机基本结构
4
第3章 控制系统设计
3.2 控制系统的数学模型
图3.2电枢控制直流电动机原理图
图3.4 激磁控制直流电机原理图
m(s) Km
Ea(s) s(Tms1)
图示： 0
j 0
频率
放大
14
第3章 控制系统设计
3.3.3 控制系统的性能指标分析
系统动态性能主要时域性能指标及系统极点原理
超调量
Mp e 12 100%
调节时间
ts
3.5 n
上升时间 15
tr
d
图3.15 系统在S平面上满足 时域性能指标的范围
第3章 控制系统设计
3.4 数字控制系统分析 3.4.1 控制信号的采样与复原
Tm(t)Kiia(t)
c(t)
N1 N2
m(t)
Jem
Jm
N1 N2
2
JL
2
Bem Bm NN12 BL
c r((ss))RaBem s(1Tas)1 ( K T seAm s)iK N N K 1 2bKisKsAiK N N1 2
Ta La/Ra
TemJem/Bem
9
第3章 控制系统设计
m ：为电动机时间常数
7
第3章 控制系统设计
3.2.2 典型位置随动系统的数学模型
e(t)r(t)c(t) e(t)Kse(t) ea(t)Ae(t)
图3.9 位置随动系统原理图 8
第3章 控制系统设计
e a(t) L add a(ti)t R a ia(t) K bdd m (t)t
T m (t)Jem d2 dm 2(tt)B em dd m (t)t
计算机控制系统
计算机控制系统工作原理： 1）将连续时间信号….离散化，即经过采样、量化，编码成数字量后，输 入计算机进行运算和处理，由采样／保持电路和A／D转换器实现。 2）计算机根据某个控制算法，对输入的数字序列….加以一系列的运算， 得到控制量(数字序列)….。….经过D／A转换和保持器后又变成连续信号 或模拟信号….，作为被控对象的输入，控制被控对象实现控制目标。
图3.6 两相电机原理 6
第3章 控制系统设计
两相感应电动机的力矩-速度曲线如图3.7所示。可见，这 组曲线具有严重的非线性因素。将其线性化后得到图3.8所 示力矩-速度曲线图。
图3.7 电机力矩-速度曲线
图3.8 线性化的力矩-速度曲线
传递函数
m(s) Km E2(s) s(1ms)
K m ：为电动机增益常数
图3.25 采样过程 17
第3章 控制系统设计
●采样类型： 在采样过程中，采样周期T保持不变——周期采样； 在整个计算机控制系统有多个采样开关，这些开关的采样周期都为相等 的常数，并且所有的开关都同时开闭——同步周期采样； 各采样开关以各自不同的采样周期进行采样——多速率采样； 各采样周期是随机变化——随机采样。
3.3 控制系统性能分析
3.3.1二阶系统性能分析
闭环传递函数
(s)
n2
s2 2nsn2
R(s)
_
ωn2
C(s)
S(S+2ξωn)
图3-8 标准形式的二阶系统方块图 图3.11 标准形式的二阶系统方块图
系统特征方程
系统特征根（闭环极点）
s22 nsn20
10
s1,2 nn 21
第3章 控制系统设计
●脉冲强度
……………………………………………………(3.60) ●……的采样性质
……
k＝0，1，2，……
(3.61)
21
第3章 控制系统设计
(4)当ξ=0时，称为零阻尼状态。 系统有一对纯虚根。
(5)当ζ<0时，称二阶系统为负阻 尼系统，此时为两个正实部的特征 根系统发散而不稳定。
左 半 平 面 ξ>0
ξ= 0
jω
右 半 平 面 ξ<0
0 < ξ< 1
jω n
ξ=1 两个相等根
ω d=ω n
β
σ
0
ξ=0
ξ>1
jω n
两个不等根
图
图3.12
二3 - 9 阶二 阶系系 统统 极极点点分 分布 布
11
第3章 控制系统设计
12
第3章 控制系统设计
3.3.2系统极点在S平面上不同位置时的特性
图3.13 等...线和等...线的 分n 布 图3.14 S平面上不同位置极点的输出响应曲线
13
第3章 控制系统设计
estet ejt
t
etcot setsin t ; sj
●理想采样开关：τ＝0，通过理想采样开关采样后的信号……就成为一
系列有高度无宽度的脉冲序列如图3.26所示。
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)
系统的极点是随阻尼比 和系统的无阻尼振荡频率 n 变化而变化的，极点在S平面上的分布规律如图3.12所示。
(1)当0<ξ<1时，称为欠阻尼状态，
方程有一对实部为负的共轭复根。
(2)当ξ=1时，称为临界阻尼状态， 系统有一对相等的负实根。
(3)当ξ>1时，称为过阻尼状态， 系统有两个不等的负实根。
第3章 控制系统设计
机电一体化系统设计
1
第3章 控制系统设计
第3章 控制系统设计
3.1 概述 3.2 控制系统的数学模型 3.3 控制系统性能分析 3.4 控制系统的综合与校正 3.5 数字控制系统分析 3.6 数字控制器设计
2
第3章 控制系统设计
3.1 概述
1. 控制系统基本结构
图3.1 控制系统的基本构成
16
第3章 控制系统设计
1.信号的采样 （1）信号采样的概念 ●采样：把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程。 ●采样过程：如图3.25所示，采样开关每隔时间T闭合一次，每次闭合时间
为τ，对连续信号……进行采样，将它变成时间上离散的采样信号：
称……为……的采样信号；T 称为采样周期。
传递函数
K m ：为电机增益常数 T m：为电机电枢时间常数
m() K
Ef (s) s(1ms)
m：为电机机械时间常数 K：为电机增益常数
5
第3章 控制系统设计
2. 两相感应电动机 参考相绕组接恒定的交流电压，控制相绕组接交流控制电压。 两相定子线圈互相垂直。两相分别产生交变磁场，两个交变磁 场合成一个旋转磁场。
稳定性、准确性、快速性 3
第3章 控制系统设计
1. 直流电动机
3.2.1 执行电动机
图3.1 直流伺服电动机基本结构
4
第3章 控制系统设计
3.2 控制系统的数学模型
图3.2电枢控制直流电动机原理图
图3.4 激磁控制直流电机原理图
m(s) Km
Ea(s) s(Tms1)
图示： 0
j 0
频率
放大
14
第3章 控制系统设计
3.3.3 控制系统的性能指标分析
系统动态性能主要时域性能指标及系统极点原理
超调量
Mp e 12 100%
调节时间
ts
3.5 n
上升时间 15
tr
d
图3.15 系统在S平面上满足 时域性能指标的范围
第3章 控制系统设计
3.4 数字控制系统分析 3.4.1 控制信号的采样与复原
Tm(t)Kiia(t)
c(t)
N1 N2
m(t)
Jem
Jm
N1 N2
2
JL
2
Bem Bm NN12 BL
c r((ss))RaBem s(1Tas)1 ( K T seAm s)iK N N K 1 2bKisKsAiK N N1 2
Ta La/Ra
TemJem/Bem
9
第3章 控制系统设计
m ：为电动机时间常数
7
第3章 控制系统设计
3.2.2 典型位置随动系统的数学模型
e(t)r(t)c(t) e(t)Kse(t) ea(t)Ae(t)
图3.9 位置随动系统原理图 8
第3章 控制系统设计
e a(t) L add a(ti)t R a ia(t) K bdd m (t)t
T m (t)Jem d2 dm 2(tt)B em dd m (t)t
计算机控制系统
计算机控制系统工作原理： 1）将连续时间信号….离散化，即经过采样、量化，编码成数字量后，输 入计算机进行运算和处理，由采样／保持电路和A／D转换器实现。 2）计算机根据某个控制算法，对输入的数字序列….加以一系列的运算， 得到控制量(数字序列)….。….经过D／A转换和保持器后又变成连续信号 或模拟信号….，作为被控对象的输入，控制被控对象实现控制目标。
图3.6 两相电机原理 6
第3章 控制系统设计
两相感应电动机的力矩-速度曲线如图3.7所示。可见，这 组曲线具有严重的非线性因素。将其线性化后得到图3.8所 示力矩-速度曲线图。
图3.7 电机力矩-速度曲线
图3.8 线性化的力矩-速度曲线
传递函数
m(s) Km E2(s) s(1ms)
K m ：为电动机增益常数
图3.25 采样过程 17
第3章 控制系统设计
●采样类型： 在采样过程中，采样周期T保持不变——周期采样； 在整个计算机控制系统有多个采样开关，这些开关的采样周期都为相等 的常数，并且所有的开关都同时开闭——同步周期采样； 各采样开关以各自不同的采样周期进行采样——多速率采样； 各采样周期是随机变化——随机采样。
3.3 控制系统性能分析
3.3.1二阶系统性能分析
闭环传递函数
(s)
n2
s2 2nsn2
R(s)
_
ωn2
C(s)
S(S+2ξωn)
图3-8 标准形式的二阶系统方块图 图3.11 标准形式的二阶系统方块图
系统特征方程
系统特征根（闭环极点）
s22 nsn20
10
s1,2 nn 21
第3章 控制系统设计
●脉冲强度
……………………………………………………(3.60) ●……的采样性质
……
k＝0，1，2，……
(3.61)
21
第3章 控制系统设计
(4)当ξ=0时，称为零阻尼状态。 系统有一对纯虚根。
(5)当ζ<0时，称二阶系统为负阻 尼系统，此时为两个正实部的特征 根系统发散而不稳定。
左 半 平 面 ξ>0
ξ= 0
jω
右 半 平 面 ξ<0
0 < ξ< 1
jω n
ξ=1 两个相等根
ω d=ω n
β
σ
0
ξ=0
ξ>1
jω n
两个不等根
图
图3.12
二3 - 9 阶二 阶系系 统统 极极点点分 分布 布
11
第3章 控制系统设计
12
第3章 控制系统设计
3.3.2系统极点在S平面上不同位置时的特性
图3.13 等...线和等...线的 分n 布 图3.14 S平面上不同位置极点的输出响应曲线
13
第3章 控制系统设计
estet ejt
t
etcot setsin t ; sj
●理想采样开关：τ＝0，通过理想采样开关采样后的信号……就成为一
系列有高度无宽度的脉冲序列如图3.26所示。
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)
系统的极点是随阻尼比 和系统的无阻尼振荡频率 n 变化而变化的，极点在S平面上的分布规律如图3.12所示。
(1)当0<ξ<1时，称为欠阻尼状态，
方程有一对实部为负的共轭复根。
(2)当ξ=1时，称为临界阻尼状态， 系统有一对相等的负实根。
(3)当ξ>1时，称为过阻尼状态， 系统有两个不等的负实根。
第3章 控制系统设计
机电一体化系统设计
1
第3章 控制系统设计
第3章 控制系统设计
3.1 概述 3.2 控制系统的数学模型 3.3 控制系统性能分析 3.4 控制系统的综合与校正 3.5 数字控制系统分析 3.6 数字控制器设计
2
第3章 控制系统设计
3.1 概述
1. 控制系统基本结构
图3.1 控制系统的基本构成
16
第3章 控制系统设计
1.信号的采样 （1）信号采样的概念 ●采样：把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程。 ●采样过程：如图3.25所示，采样开关每隔时间T闭合一次，每次闭合时间
为τ，对连续信号……进行采样，将它变成时间上离散的采样信号：
称……为……的采样信号；T 称为采样周期。
传递函数
K m ：为电机增益常数 T m：为电机电枢时间常数
m() K
Ef (s) s(1ms)
m：为电机机械时间常数 K：为电机增益常数
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第3章 控制系统设计
2. 两相感应电动机 参考相绕组接恒定的交流电压，控制相绕组接交流控制电压。 两相定子线圈互相垂直。两相分别产生交变磁场，两个交变磁 场合成一个旋转磁场。