机电控制技术

方程系数与时间的关系->定常、时变*
控制系统根据有无反馈作用可分为三类：


开环控制系统 闭环控制系统 复合控制系统
开环控制
控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且 控制单方向进行。
数控机床的开环控制系统方块图
优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值
比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。
顺序控制：使机器 时间控制：某台机器 条件（连锁）控制： 按着制定的操作顺 的操作经过规定的时 若设定的条件成立 序运行。 时， 使机器运行。 间后，使下一个机器 运行。 如：马达和机械的 顺序启动 如：一般机械的控制 如：交通信号灯 如：洗衣机 如：氖灯广告
按系统中传递信号的性质分类 连续控制系统： 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。 连续控制系统通常采用微分方程描述。
6.校正元件：
用以改善系统控制质 量的装置。 校正元件分为串联和并联两种。 控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元 件等共同起控制作用，统称为控制器。 实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为 内部扰动和外部扰动。但在控制系统中，扰动集中表现在 控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动 等效为对控制对象的干扰。
(a) 按输入量补偿的复合控制
(b) 按扰动量补偿的复合控制
复合控制系统结构图
3、闭环控制系统的组成
1.给定元件： 产生给定信号或输入信号。 2.反馈元件： 测量被控制量（输出量），产生反馈信 号。为便于传输，反馈信号通常为电信 号。 注意：在机械、液压、气动、机 电等系统中存在着内在反馈，这种反馈无须专门的反馈元件，是系统内部 各参数相互作用产生的，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。 3.比较元件： 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。 4.放大元件： 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现控制功能。 5.执行元件： 直接对受控对象进行操纵的元件，如电动机、液压马达等。
机电一体化的形人结构
2、控制系统的基本类型
按输入量 特征分类
恒值控制
按传递信 号分类
连续控制
按系统构 成分类
程序控制
随动控制
离散（数 字）控制
按系统中 按信号传递方 向 元件特性 开环控制 线性控制 前馈控制 闭环控制 非线性控制 反馈控制
半闭环控 制
按输入量的特征分类 恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任 何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 随动系统（伺服系统）：输入量的变化规律不能预先确知， 其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并 能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化 规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，控制器按照预 先确定的顺序，或按照一定逻辑顺序逐次对各个阶段进行 控制，使被控对象按照要求而运动。 程序控制主要包括如下三种形式：
一、教学要求的基本层次
教学要求分为三个层次，即：掌握、理解和了解。 1. 掌握 本课程的重点内容要求达到全面、深入地掌握程度。 并能够举一反三，熟练解决相关问题，这是学位考的重点 考核内容。 2. 理解 本课程的一般内容要求能够理解，并能够进行分析和 判断。 3. 了解 本课程的一些基本概念要求能够了解。同时一些涉及 数学、电子的内容不要求进一步深入和扩展的要求。
离散（数字）控制系统： 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递 的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。
按系统元件特性分类
线性控制系统： 由线性元件组成，输入输出问 具有叠加性和均匀性性质。 以线性微分方程来表述。 非线性控制系统： 系统中有非线性元件，输入 输出间不具有叠加性和均匀 性性质。 用非线性微分方程来表述。
二、考题类型 一、选择题（包括单、多选择） 二、简答题 三、程序分析题（包括PLC、单片机） 四、控制系统设计（包括低压电器、PLC、单片机 的硬、软件） 五、分析、判断题
三、复习范围和具体要求 第一章 概述
复习内容：
第三节：机电控制系统的基本要素和功能 第四节：控制系统的基本概念 具体要求： 1、机电一体化系统的五大构成要素、五大功能及它们的对应 关系。 2、控制系统基本类型 3、闭环控制系统的基本组成。 4、控制系统的基本要求。 以上内容要求掌握。
缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。
Байду номын сангаас
闭环控制 闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在 反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的 作用：应用反馈，减少偏差。
优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化具有 抗干扰能力。 缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分 析和设计复杂。
复合控制
复合控制系统是在闭环控制系统的基础上再附加一条 开环控制通路而形成的一种控制系统。典型的复合控制系统 结构如图所示。
4、自动控制系统的基本要求
稳定性： 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定性 是控制系统正常工作的首要条件。
稳定的摆
不稳定的摆
(c)稳定
(a)输入信号
(b)控制系统
(d)不稳定 注意：控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关
准确性：
控制精度，以系统稳态误差来衡量。稳态误差是指输入量作用 系统后，系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系 统输出量的实际值与给定量之间的差值。 快速性： 系统输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢 程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： ① 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各 有侧重。 ② 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约。如提高系统响 应的快速性，可能会引起振荡，稳定性变差；改善系统的 稳定性，控制过程可能过于迟缓，甚至控制精度降低。因 此，应根据实际需求合理选择。
重要内容的回顾 （教材P3 ～12） 1.机电一体化系统的构成 机械 部件 电机
CNC 位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
数控机床伺服系统组成
机电一体化系统的组成
电气控制单元
控制信息 动力源 能量 执行器
参数变化信息 检测传感部分 检测参数
驱动力 机械本体
机电一体化系统的各部分的作用： 1.电气控制单元:处理、运算、决策，实现控制功能。 2.能源（运转功能）:提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能。 3.执行机构:包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动 作，实现驱动功能和能量转换功能。 4.机械本体（结构功能）：由机械零件组成，能够传递运动并完成某 些有效工作的装置。 5.检测传感装置:检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能