机电控制系统教材课件.ppt

机电控制系统,西工大机电学院,机电控制系统,机电控制系统概述信号综合、转换与功率放大元件机电控制系统的执行元件机电控制系统的动力机构机电系统的计算机控制机电控制系统的研究专题 参考教材：机电控制 北航出版社 李运华主编 工业控制电子学设备、系统与应用 清华大学05年出版(美)Terry Bartelt 著，姜绍龙、富晓静等译,机电控制系统,西工大机电学院,机电控制系统概述,机电控制与机电一体化组成和工作原理分类及特点典型的机电控制系统,机电控制系统,西工大机电学院,机电控制与机电一体化,机电一体化：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入微电子技术，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。Mechatronics(Mechanics+Electronics)机电一体化共性关键技术产品：指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代机电产品，如数控机床、工业机器人、数码相机、复印机、洗衣机等,包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。如机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统技术等,机电控制系统,西工大机电学院,机电控制与机电一体化,机电控制（mechatronic control）定义 是指采用控制理论和电子技术解决机电系统控制问题的一门学问。是组成和实现机电一体化的关键技术之一。机电控制研究内容 研究如何设计控制器并合理选择或设计放大器、执行元件、检测与转换元件、导向与支撑元件和传动机构等，并由此组成机电控制系统使机电装备达到所要求的性能。背景知识 自控、模电、数电、机械、液压（气动）、传感器、计算机（工控机、单片机、PLC、DSP）等,机电控制系统,西工大机电学院,机电控制系统组成和工作原理,组成 指令元件、比较、综合和放大元件，转换与功率放大元件，执行元件，工作机构，检测与转换元件等。工作原理,机电控制系统,西工大机电学院,分类及特点,分类按有无输出量反馈：开环、闭环按控制器实现方式：模拟式、数字式按机电动力机构：机械式、电气式、流体式特点（机电动力机构）机械式：无能量转换元件，摩擦片离合器、V型带、齿轮有级调速电气式：线性、开关功放，变频调速液压式：伺服阀、比例阀，变量泵、变量马达气压式：气压泵、气压马达,机电控制系统,西工大机电学院,典型的机电控制系统,数控机床工业机器人水切割机床汽车防抱死制动系统（ABS）飞机姿态控制系统,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床定义定义：是指采用了数控技术的机床或是装备了数控系统的机床，可在零件程序的控制下自动完成程序所规定的操作，其实质和特征是用数字技术控制机床。,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床组成,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床组成组成部分功能控制介质：人和数控机床之间的联系的媒介物。记录了数控装置所能识别的数字和文字，常用的有穿孔带，磁带，磁盘等，有些直接集成在CAD/CAM中。数控装置：是数控机床的中枢。由输入装置，存储器，控制器，运算器，输出装置组成。是一台专用的控制计算机，有软件和硬件及所需要的接口（通用接口、专用接口，如主轴/位置输出/开关量接口等）。,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床组成组成部分功能伺服系统：它的作用是把来自数控装置的脉冲 信号转换成机床移动部件的运动，包括驱动放大和驱动元件。其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。脉冲当量 相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移，常见的有：0.01mm，0.005mm，0.001mm 常用的伺服元件,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床组成组成部分功能机床：早期采用通用车床，现在采用了新技术，使其发生了很大的变化。目前已模块化生产，分为六大块,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床组成 数控机床本身的特点：（1）采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；（2）为了使用连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；（3）更多的采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝杠、直线滚动导轨等；（4）加工中心带有刀库、自动换刀装置（5）辅助装置：冷却、排屑、防护、润滑、储运等装置,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床的分类（品种齐全，达400多种）按工艺用途分类按运动轨迹分类按伺服系统的控制方式分类按数控装置分类,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床的分类按工艺用途分类一般数控机床：车铣镗钻磨等，功能与通用机床相似；但是可以加工复杂形状的零件。数控加工中心：数控铣、镗、钻床的基础上增加了自动换刀装置。带刀库，一次装夹后可完成多工序加工；加工中心的优点p4多坐标数控机床：坐标轴大于3，能加工复杂形状零件。,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床的分类按运动轨迹分类点位控制数控机床：点点位置精确控制，保证的是定位精度，加减速过程固定；如：钻床、冲床、测量机等点位直线控制数控机床：位置控制+速度和路线控制，只能沿某个坐标轴方向（平行或45）切削加工轮廓控制数控机床：每点的位置+速度+路线控制，可对2坐标或2坐标以上坐标轴进行控制,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床的分类按伺服系统的控制方式分类开控制数控机床闭环控制数控机床半闭环控制数控机床开环补偿型数控机床,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床的分类按数控装置分类硬件数控机床（NC）速度快，但功能扩展性和灵活性差软件控制数控机床（CNC）主要功能由软件实现，软件模块化，便于扩展,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,数控机床优点可加工形状复杂的工件。刀具轨迹由计算机数字控制系统确定，自动完成加工过程。工序集中，一台机床可加工不同的工序，完成复杂工件的全部加工过程。数控程序可由程序员编制，或由CAD/CAM集成系统自动生成。操作者和机床在时间上和空间上分离，可进行多台机床管理。机床结构模块化，可实现刀具和工件的自动交换。,机电控制系统,西工大机电学院,数控机床,控制系统组成,机电控制系统,西工大机电学院,高速数控机床,高速切削的优点提高了生产率；提高了加工精度；能获得较好的表面质量；可加工各种难加工材料；降低了加工成本。,机电控制系统,西工大机电学院,高速数控机床,高速切削机床的关键技术高速主轴单元；高速直线驱动进给单元；高速切削刀具技术；CNC控制系统；切屑处理和冷却系统；安全装置与实时监控系统；换刀装置；机床床体结构。,机电控制系统,西工大机电学院,高速数控机床,高速数控机床产品 米克朗（Mikron）公司生产的HSM400U5轴联动高速加工中心。机床性能参数：工作范围400mm240mm350mm，主轴转速42000 r/min，主轴功率13kW，进给速度 X,Y,Z 方向40 m/min，回转速度 B、C摆 9001500/sec，加速度 X,Y,Z 方向 17 m/s，回转加速度 B、C摆 570017200/s，刀柄采用HSK40，刀库为18 76位。,机电控制系统,西工大机电学院,并联运动机床,并联运动机床的优点运动精度高；可实现高速加工；机床刚性好；结构简单。并联运动机床的缺点控制计算极其复杂；有效加工范围小；,机电控制系统,西工大机电学院,并联运动机床,并联运动机构（Stewart平台）,机电控制系统,西工大机电学院,工业机器人,控制系统构成,机电控制系统,西工大机电学院,水切割机床,液压系统原理压力：100-750MPa喷口直径：0.2-0.3mm,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,汽车制动时易出现的问题当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时，汽车会发生侧滑，严重时甚至会出现旋转调头；当左右侧车轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时，汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道上制动遇到上述情况则险情会更加严重；所有这些现象的产生，均源自于制动过程中的车轮抱死。,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,制动力分析 提高制动效能的有效途径通过提高正压力Fz来增大Fxbmax；通过提高摩擦系数(附着系数)；考虑到汽车具体使用情况，后一种途径更具有实际意义。,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,车轮运动方式的定量描述 车轮滑移率,当S趋近于100时，横向附着系数趋于0，车轮无法获得地面横向摩擦力。这种情况出现在前轮上，会导致转向能力的丧失；出现在后轮上会导致后轮抱死，后轴极易产生剧烈的侧滑，使汽车处于危险的失控状态。,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,汽车防抱死制动系统特点缩短制动距离改善汽车制动时的方向操纵性能改善汽车制动时的横向稳定性能减小轮胎的局部磨损减轻驾驶员的劳动强度，提高乘坐舒适性和安全性使用方便，工作可靠,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,逻辑门限法控制过程 该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控制参数，在ECU中预先设定好车轮加、减速度门槛值，并以参考滑动率和参考速度为辅助控制参数，对制动过程实施控制。,机电控制系统,西工大机电学院,汽车防抱死制动系统,ABS的分类 按照ABS通道数目和传感器数目的多少来分类：传感器数目：四传感器（4S）、三传感器（3S）、两传感器（2S）和单传感器（1S）等 通道数目：四通道式、三通道式、二通道式和一通道式等,机电控制系统,西工大机电学院,飞机姿态控制系统,飞机姿态控制系统,