第五章 机电一体化系统的元、部件特性分析.ppt
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1、1,第五章 机电一体 化系统的元、部件特性分析,第一节 自动控制理论与机电一体化系统第二节 机电一体化系统的元、部件动态特性习题与思考题,2,第一节 自动控制理论 与机电一体化系统,自动控制理论是机电一体化系统的控制基础,随着机电一体 化技术的发展,控制理论在机电一体化系统中的应用越来越广泛。机电一体化系统的操作过程控制目的有两个,其一是根据操作条 件的变化,制定最佳操作方案;其二是对操作过程进行自动检测 和自动控制,提高控制性能,实现规定的目的功能。在机电一体化系统中,伺服控制的首要目标是系统的输出,要尽可能使输出量跟踪随时刻变化的输入量,因此,对抗外部干 扰的能力要求更高。对被控对象来说,
2、系统的各构成要素的特性 参数比较容易掌握,而随操作条件和环境条件变化的过程控制较 难掌握,为此,以反馈控制理论为基础的控制理论是机电一体化 系统不可缺少的理论基础。,3,“反馈”是通过适当的检测传感装置将输出量的全部或一部分返回到输入端,使之与输入量进行比较,用其偏差对系统进行控制,反馈控制的目标是使该偏差为零。在设计机电一体化系统的控制系统时,首先必须明确其静态和动态特性要求,研究其外部干扰的形式、强弱、持续时间及其作用点,其次,必须选择具有适合该系统特性的调节器、检测传感器及执行元件。在经典控制理论中,研究机电体化系统的动态特性是以传递函数为基础的,而传递函数是通过数学中的拉普拉斯变换定义
3、的。当系统(或执行元件)的运动能够用相关定律(如电学、热学、力学等的某些定律)描述时,该系统(或执行元件)的传递函数就可用理论推导的方法求出。对那些无法用相关定律推导其传递函数的系统(或执行元件),可用实验法建立其传递函数。,“反馈”的涵义,4,常用函数的拉氏变换和反变换可从拉氏变换表中查出,通常不必自己计算。一般来说,机电一体化系统(或元件)的输入量(或称输入信号)和输出量(或称输出信号)可用时间函数描述,输入量与输出量之间的因果关系或者说系统(或元件)的运动特性可用微分方程描述。这里仅就机电一体化系统设计中用到的动态特性的分析基础概述。系统(或元件)的运动特性也可以用传递函数描述。线性定常
4、系统(或元件)的传递函数定义为:零初始值下,系统(元件)输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。当系统受到外部干扰时,其输出量必将发生变化,但由于系统总含有惯性或储能元件,其输出量不可能立即变化到与外部干扰相应的值,而需要有一个过程,这个过程就是系统的过渡过程。,5,系统(或执行元件)在阶跃信号作用下(即操作量阶跃变化时)的过渡过程,大致可分为稳定过程、不稳定过程(发散)、稳定过程(有振荡)三种情况,并可近似地用传递函数表示。伺服系统有时也称伺服机构,它是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。其输出量随输入量的变化而变化,因此,有时也称随动系统。在随动系统中,输出量不仅受输入量控制,而且反馈
5、回来影响输入量,所以称其为闭环控制或反馈控制。并且由于系统是利用输出量与输入量之间的偏差进行控制的,故又称负反馈控制。对于输出量与输入量之间只有顺向作用,而无反向联系的控制,则称其为开环控制。通过随动系统的传递函数可以分析:1)系统过渡过程品质,即系统响应的快速性和 振荡性。2)系统的稳态精度,即稳态误差的大小。,6,流经系统的信号随时间连续变化时,则称系统为连续时间系统,其信号为连续时间信号;在系统中,只要有一个地方的信号是脉冲信号或数字信号时,就称系统为离散系统或称采样系统,其脉冲信号或数字信号称为离散信号或采样信号。所谓采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信号的过程。采样控制系统包括一
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