《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》PPT課件.ppt

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),教 師：蘇少鈺 辦公室：自動(dòng)化系樓313室 聯(lián)系電話313,緒論,1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是什么？ 2、為什么要學(xué)習(xí)？ 3、本課程有什么特點(diǎn) ,What？ Why？ How,Listen To Me,1、什么是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng),自動(dòng)控制系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng),人工控制,自動(dòng)控制系統(tǒng),1）液位自動(dòng)控制動(dòng)畫,2）自動(dòng)控制定義 所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 例如：數(shù)控車床按照預(yù)定程序自動(dòng)地切削工件；化

2、學(xué)反應(yīng)爐的溫度或壓力自動(dòng)地維持恒定；無(wú)人飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行等等,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的自動(dòng)控制系統(tǒng),典型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,按驅(qū)動(dòng)電機(jī)分： 直流傳動(dòng)系統(tǒng)用直流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械； 交流傳動(dòng)系統(tǒng)用交流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械； 按被控物理量分： 調(diào)速系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速為被控量； 位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)） 以角位移或直線位移為被控量； 按控制器的類型分：模擬控制系統(tǒng)以模擬電路構(gòu)成控制器； 數(shù)字控制系統(tǒng)以數(shù)字電路構(gòu)成控制器； 按閉環(huán)數(shù)分：?jiǎn)苇h(huán)，雙環(huán)，多環(huán)系統(tǒng) 對(duì)某一實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可能是這些分

3、類的交叉： 如：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流電機(jī)系列,步進(jìn)電機(jī)系列,接收數(shù)字控制信號(hào)，把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移,交流電機(jī)系列,2、為什么要學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,機(jī)械加工，冶金，交通運(yùn)輸，石油加工，航天航空、國(guó)防工業(yè)、家電生產(chǎn)、輕工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,具體應(yīng)用例子,工業(yè)領(lǐng)域：數(shù)控機(jī)床； 印刷電路板生產(chǎn)線：表面貼焊，快速打孔， 機(jī)械手放置器件； 國(guó)防領(lǐng)域：雷達(dá)跟蹤，自動(dòng)武器，飛行器控制等； 家電領(lǐng)域：冰箱，空調(diào)，洗衣機(jī)，電腦光驅(qū)， 電風(fēng)扇等； 機(jī)器人：機(jī)械手、足球機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等,數(shù)控車床,數(shù)控銑床,機(jī)械手,Mars Rover,Mars Rover2,六自由

4、度機(jī)械手取物,六自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng),據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量約為4億多千瓦，其用電量占當(dāng)年全國(guó)發(fā)電量的60% 70,當(dāng)前，能源緊張！ 合理、經(jīng)濟(jì)、有效的利用電能，是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的責(zé)任,綜合性強(qiáng)，多個(gè)學(xué)科交叉 （自動(dòng)控制、電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)等） 工程化理論與實(shí)踐相結(jié)合。 涉及的知識(shí)：自動(dòng)控制理論、模擬與數(shù)字電路、 微機(jī)原理 重視能力培養(yǎng)，學(xué)會(huì)如何將學(xué)到的知識(shí)具體應(yīng)用 到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中,3、本課程有什么特點(diǎn),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主要研究?jī)?nèi)容：（1）電力傳動(dòng)裝置與系統(tǒng) （2）運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量與反饋 （3）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略,1）電力傳動(dòng)裝置與系統(tǒng) 電力傳動(dòng)：電源、控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和 被拖動(dòng)的機(jī)械

5、對(duì)象的組合。 電動(dòng)機(jī)： 電能到機(jī)械能的變換裝置。 電力傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛、研究最深入的電動(dòng)機(jī)： 直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器：向電動(dòng)機(jī)提供功率并控制其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速 或位置的裝置,2）運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量和反饋 測(cè)量和反饋部分的核心：傳感器 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器的作用： 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量 力學(xué)參數(shù)的測(cè)量 電氣參數(shù)的測(cè)量 控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)量反饋部分的基本性能要求： 準(zhǔn)確性（靜態(tài)特性）、實(shí)時(shí)性（動(dòng)態(tài)特性,3）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略 開環(huán)控制：一種不需要測(cè)量系統(tǒng)輸出，以及不需 要根據(jù)輸出作出反應(yīng)的控制技術(shù)。 閉環(huán)控制：將測(cè)量系統(tǒng)輸出與輸入給定值相比較， 并采取正確行動(dòng)已獲得期望的輸出結(jié)果 的技術(shù)。 閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一

6、般圍繞某種控制目標(biāo)進(jìn)行,閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)： （1）位置控制： 將某負(fù)載從某一確定的空間位置按某種軌跡移動(dòng)到另一確定的空間位置。（數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人） （2）速度和加速度控制： 以確定的速度曲線使負(fù)載產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。（電梯） （3）轉(zhuǎn)矩控制： 通過(guò)轉(zhuǎn)矩的反饋來(lái)維持轉(zhuǎn)矩的恒定。（造紙機(jī)械,閉環(huán)控制器中的著名控制機(jī)制： 比例-積分-微分（PID）控制 對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行處理并得到控制量的三種方式 它們的本質(zhì)是什么？ 它們的作用各有哪些？ 它們是如何實(shí)現(xiàn)的？在工程設(shè)計(jì)中如何使用,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史,19世紀(jì)80年代 以前僅有 直流電氣傳動(dòng),19世紀(jì)末，出現(xiàn)交流電機(jī) （鼠籠式異步交流電機(jī)） 開始逐步使用交

7、流電 氣傳動(dòng),20世紀(jì)30年代起，形成直流 調(diào)速，交流不調(diào)速的格局,20世紀(jì)后期， 交流調(diào)速興起,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),高頻化,交流化,網(wǎng)絡(luò)化,以省電為目的：改原來(lái)交流不調(diào)速為交流調(diào)速； 以減少維護(hù)為目的：改直流調(diào)速為交流調(diào)速； 原直流調(diào)速達(dá)不到的領(lǐng)域：大功率、高壓、高速 場(chǎng)合應(yīng)用交流調(diào)速系統(tǒng),本課程時(shí)間安排： 總共32學(xué)時(shí) 講課24學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí),本課程內(nèi)容安排,調(diào)速系統(tǒng)：直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)； 伺服系統(tǒng)（位置隨動(dòng)系統(tǒng)）； 實(shí)驗(yàn),1）直流調(diào)速系統(tǒng) 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)（速度環(huán)+電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)； 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（PWM）； 2）交流調(diào)速系統(tǒng) 變頻調(diào)速