《機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)》 教案 卓民 第4-7章　伺服傳動(dòng)技術(shù)-典型機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)分析

課題序號(hào)17授課班級(jí)授課課時(shí)33，34授課形式新授課題名稱(chēng)第4章伺服傳動(dòng)技術(shù)4.1認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)使用教具多媒體教學(xué)目的掌握伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。了解伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)。掌握伺服驅(qū)動(dòng)器的定義教學(xué)重點(diǎn)掌握伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)理解伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)4.1認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)1.伺服系統(tǒng)的定義（1）伺服的定義（2）伺服系統(tǒng)的定義（3）伺服系統(tǒng)的組成（4）伺服系統(tǒng)的工作原理2.伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程（1）伺服電動(dòng)機(jī)定義（2）伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（3）伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求（4）直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（5）直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)（6）交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)（7）交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)（8）如何選擇伺服電動(dòng)機(jī)（9）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)器定義教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、導(dǎo)入工業(yè)生產(chǎn)中，需要對(duì)速度、轉(zhuǎn)矩、位置進(jìn)行精確控制。為了精確控制好物體的速度、轉(zhuǎn)矩、位置，工業(yè)上專(zhuān)門(mén)研發(fā)了“伺服”系統(tǒng)。那什么叫“伺服”系統(tǒng)呢？它是如何工作的？讓我們進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)。講授新課4.1認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)1.伺服系統(tǒng)的定義（1）伺服(Servo)的定義伺服的意思就是“伺候服侍”的意思，就是在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，并使機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。（2）伺服系統(tǒng)的定義伺服系統(tǒng)(FeedServoSystem)，又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是使物體的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化而變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制變得更加靈活方便。視頻視頻課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（3）伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)=控制器+功率放大器+執(zhí)行機(jī)構(gòu)+檢測(cè)裝置=1\*GB3①?控制器：工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC、CNC=2\*GB3②?功率放大器：驅(qū)動(dòng)器。=3\*GB3③?執(zhí)行機(jī)構(gòu)：交直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。=4\*GB3④?檢測(cè)裝置：編碼器、光柵尺。（4）伺服系統(tǒng)的工作原理位置檢測(cè)裝置將檢測(cè)到的移動(dòng)部件的實(shí)際位移量進(jìn)行位置反饋，和位置指令信號(hào)進(jìn)行比較，將兩者的差值進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，并將其變換成速度控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)朝著消除偏差的方向，直到到達(dá)指定的目標(biāo)位置。（5）伺服系統(tǒng)的工作要求系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)特性、工作頻率。2.伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程第一階段（1960年之前）：應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)第二階段（1960-1970年）：應(yīng)用直流伺服電機(jī)第三階段（1980年以后）：應(yīng)用交流伺服電機(jī)、無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)（1）伺服電動(dòng)機(jī)定義又稱(chēng)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件。（2）伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)比較：直流伺服簡(jiǎn)單和便宜。交流伺服，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。視頻視頻課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（3）伺服電機(jī)的基本要求=1\*GB3①具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍；=2\*GB3②具有較硬的機(jī)械特性和良好的調(diào)節(jié)特性；=3\*GB3③具有快速響應(yīng)特性；=4\*GB3④空載始動(dòng)電壓較小。（4）直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)=1\*GB3①永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)。=2\*GB3②?無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。=3\*GB3③?空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)。=4\*GB3④?印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)。（5）直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)（與普通直流電動(dòng)機(jī)一樣）優(yōu)點(diǎn)：良好的調(diào)速特性較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率易于控制及響應(yīng)快。缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。（6）交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)=1\*GB3①?永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)。②?兩相異步交流伺服電動(dòng)機(jī)。（7）交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)（與普通交流流電動(dòng)機(jī)一樣）視頻視頻課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)方便轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積、重量較小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜缺點(diǎn)：=1\*GB3①轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動(dòng)機(jī)好=2\*GB3②其效率也比直流伺服電動(dòng)機(jī)低（8）如何選擇伺服電動(dòng)機(jī)必須選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)外，一般盡量考慮選擇交流伺服電動(dòng)機(jī)。（9）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)脈沖馬達(dá)，就是一步一步走的電機(jī)。特點(diǎn)：=1\*GB3①成本較低=2\*GB3②易于采用計(jì)算機(jī)控制=3\*GB3③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)精度高=4\*GB3④適用于精度不太高的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合：一般數(shù)控機(jī)械和普通機(jī)床的微機(jī)改造中大多數(shù)均采用開(kāi)環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。視頻視頻課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、3.伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)器（伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路）：控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)，為電動(dòng)機(jī)提供電能的控制裝置。也叫變流器。小結(jié)1.伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理2.伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程、伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)、特點(diǎn)3.伺服驅(qū)動(dòng)器的定義作業(yè)課后習(xí)題1、2、3、4、5、6、7課題序號(hào)18授課班級(jí)授課課時(shí)35，36授課形式新授課題名稱(chēng)4.2認(rèn)識(shí)伺服控制系統(tǒng)使用教具多媒體教學(xué)目的掌握伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。了解伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)。掌握伺服驅(qū)動(dòng)器的定義教學(xué)重點(diǎn)掌握伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。掌握伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)和特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)理解伺服系統(tǒng)的定義、組成和工作原理。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)4.2認(rèn)識(shí)伺服控制系統(tǒng)1.直流伺服控制系統(tǒng)（1）直流伺服控制系統(tǒng)定義（2）直流伺服電機(jī)調(diào)速和變向的原理（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式（4）常用直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（5）PWM變換器工作原理（6）直流伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)2.交流伺服控制系統(tǒng)（1）交流伺服控制系統(tǒng)定義（2）交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理（3）異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)調(diào)速系統(tǒng)（4）變頻調(diào)速的特點(diǎn)教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.什么叫伺服系統(tǒng)？答：又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是使物體的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化而變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.伺服電機(jī)的種類(lèi)有哪些？答：直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.什么叫變流器？答：控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為功率信號(hào)，為電動(dòng)機(jī)提供電能的控制裝置。也叫伺服驅(qū)動(dòng)器。講授新課4.2認(rèn)識(shí)伺服控制系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)：簡(jiǎn)單講就是伺服驅(qū)動(dòng)器+伺服電機(jī)=伺服控制系統(tǒng)1.直流伺服控制系統(tǒng)（1）直流伺服控制系統(tǒng)定義采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服控制系統(tǒng)，稱(chēng)為直流伺服（控制）系統(tǒng)。（2）直流伺服電機(jī)調(diào)速和變向的原理改變電源直流電壓的大小和調(diào)換電源極性。（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式可控硅變流技術(shù)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)和晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)兩種方式。變流技術(shù)：按變流技術(shù)的功能應(yīng)用，變流器可分為整流器、逆變器、斬波器、交流調(diào)壓器、周波變流器。隨著電力電子器件的發(fā)展，交流技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置和種類(lèi)不斷增加，性能不斷完善。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（4）常用直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常采用晶體管脈寬調(diào)制（PWM）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。PWM—指脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation，PWM)PWM變換器基本原理：利用大功率電器的開(kāi)關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。式中μ為導(dǎo)通率，又稱(chēng)占空比或占空系數(shù)。電機(jī)電樞兩端的平均電壓。（5）PWM變換器工作原理只需控制UAB正負(fù)脈沖的寬度，就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（6）直流伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：精確的速度控制；轉(zhuǎn)矩速度特性很硬；原理簡(jiǎn)單、使用方便；價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。缺點(diǎn)：速度受限。2.交流伺服控制系統(tǒng)（1）交流伺服控制系統(tǒng)定義采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服控制系統(tǒng)，稱(chēng)為交流伺服（控制）系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)的分類(lèi)：一種是用永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)；另一種是用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。（2）交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理以異步交流伺服電動(dòng)機(jī)為例，采用變頻調(diào)速。改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f1，可以改變其同步轉(zhuǎn)速n1，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為變頻調(diào)速。（3）異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)調(diào)速系統(tǒng)—SPWM(SinusoidalPWM)變頻器在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)速性能最好、應(yīng)用最廣的系統(tǒng)是變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。SPWM變頻技術(shù)：在PWM的基礎(chǔ)上，改變脈沖寬度時(shí)間占空比，按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。SPWM(SinusoidalPWM)：正弦波脈沖調(diào)制。SPWM工作原理如圖4-14所示：課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式圖4-15(a)是SPWM變壓變頻器的模擬控制電路框圖。圖4-15(b)是SPWM變壓變頻器的主電路框圖。SPWM的模擬控制現(xiàn)在已很少應(yīng)用，但它的原理仍是其他控制方法的基礎(chǔ)。目前常用的SPWM控制方法是數(shù)字控制。比如通過(guò)軟件實(shí)時(shí)生成SPWM波形；或采用大規(guī)模集成電路專(zhuān)用芯片中產(chǎn)生的SPWM信號(hào)。（4）變頻調(diào)速的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，為無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑性好，變頻時(shí)電壓按不同規(guī)律變化，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速。?缺點(diǎn)：控制裝置價(jià)格較貴。隨著新型功率開(kāi)關(guān)器件、專(zhuān)用集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制算法等的發(fā)展，使得交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速特性不僅能媲美直流伺服系統(tǒng)，而且進(jìn)一步降低了交流伺服驅(qū)動(dòng)器的制造成本，因此交流伺服系統(tǒng)大有取代直流伺服系統(tǒng)之勢(shì)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、小結(jié)1.直流伺服系統(tǒng)的定義、工作原理、特點(diǎn)。2.交流伺服系統(tǒng)的定義、工作原理、特點(diǎn)。作業(yè)課題序號(hào)18授課班級(jí)授課課時(shí)35，36授課形式新授課題名稱(chēng)3.步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)使用教具多媒體教學(xué)目的掌握步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制原理。理解伺服系統(tǒng)的三種控制方式原理。教學(xué)重點(diǎn)掌握步進(jìn)電機(jī)的控制原理。能分辨伺服系統(tǒng)的三種控制方式。教學(xué)難點(diǎn)同上更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)4.2認(rèn)識(shí)伺服控制系統(tǒng)3.?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)1)?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2)?環(huán)形分配器3)?功率驅(qū)動(dòng)器4.?伺服系統(tǒng)的控制方式1)?開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)2)?閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)3)?半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.什么叫PWM？答：指脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation，PWM),利用大功率電器的開(kāi)關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。2.什么叫SPWM？答：SPWM(SinusoidalPWM)即正弦波脈沖調(diào)制。在PWM的基礎(chǔ)上，改變脈沖寬度時(shí)間占空比，按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。講授新課3.?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)1)?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）步進(jìn)電機(jī)定義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，所以又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)后，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(即步距角)。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。（2）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其工作原理主要可分為磁電式和反應(yīng)式兩大類(lèi)。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖4-16(a)所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子上有6個(gè)齒，其上分別纏有U、V、W三相繞組，構(gòu)成三對(duì)磁極；轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個(gè)齒。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流電源供電。當(dāng)U、V、W三相繞組輪流通電時(shí)，通過(guò)電磁力的吸引，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組按U→V→W→U→V→W→U…依次輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。反之，如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按倒序依次使繞組通電，即U→W→V→U→W→V→U…則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組每次通斷電使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)之為步距角。對(duì)于一個(gè)真實(shí)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了減少每通電一次的轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)子和定子上開(kāi)有很多定分的小齒。其中定子的三相繞組鐵芯間有一定角度的齒差。圖4-16(b)所示為真實(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。圖4-16(c)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單雙想通電工作方式示意圖。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（3）步進(jìn)電機(jī)的使用場(chǎng)合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般用于開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)，由于沒(méi)有位置反饋環(huán)節(jié)，故位置控制的精度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給絲杠等來(lái)決定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雖檔次低，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低，在要求不高的場(chǎng)合仍有廣泛應(yīng)用。（4）步進(jìn)電機(jī)的的缺點(diǎn)振動(dòng)、噪聲也比較大。在過(guò)載情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生失步。（還有高頻也會(huì)失步）2)?環(huán)形分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作，這種使電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的裝置稱(chēng)為脈沖分配器，又稱(chēng)為環(huán)形分配器。3)?功率驅(qū)動(dòng)器功率驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)功率開(kāi)關(guān)電路，其功能是將環(huán)形分配器的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，得到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。實(shí)際應(yīng)用中，常將環(huán)形分配器與功率驅(qū)動(dòng)器一起做成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用，如圖4-18所示。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器=環(huán)形分配器+功率驅(qū)動(dòng)器解釋“失步”課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式4.?伺服系統(tǒng)的控制方式伺服系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法。按工作原理的不同，伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制三種控制方式。1)?開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)原理：開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)大多數(shù)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出的脈沖指令信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪和絲杠來(lái)帶動(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移量不進(jìn)行檢測(cè)。使用場(chǎng)合：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作可靠，但精度較低。主要用于精度、速度要求不高的場(chǎng)合，如簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)械。2)?閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)原理：閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)是有位置反饋的系統(tǒng)，如圖4-20所示。通過(guò)安裝在工作臺(tái)上的位置傳感器，將直線位移量變換成反饋電信號(hào)，并與位置控制器中的數(shù)值相比較，將所得到的偏差值進(jìn)行放大，再由直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向減少偏差的方向不斷移動(dòng)，直到偏差值等于零為止。使用場(chǎng)合：閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于精度和速度較高以及大型的機(jī)電一體化設(shè)備中。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、3)?半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)原理：半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)是從傳動(dòng)鏈中間部分取出反饋信號(hào)的系統(tǒng)，如圖4-21所示。其位置傳感器不是安裝在工作臺(tái)上，而是安裝在伺服電動(dòng)機(jī)的軸上，用以精確控制伺服電動(dòng)機(jī)的角位移量，然后通過(guò)絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將角位移量轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的直線位移量。使用場(chǎng)合：半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性比閉環(huán)控制系統(tǒng)要好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整和維護(hù)也比較容易，被廣泛用于各種機(jī)電一體化設(shè)備中。圖4-22為工業(yè)生產(chǎn)中使用的伺服定位控制的應(yīng)用案例。小結(jié)1.?步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理2.步進(jìn)控制系統(tǒng)工作原理3.伺服系統(tǒng)的三種控制方式工作原理作業(yè)課后作業(yè)前后對(duì)照講解課題序號(hào)19授課班級(jí)授課課時(shí)37，38授課形式新授課題名稱(chēng)4.3認(rèn)識(shí)電液伺服系統(tǒng) 使用教具多媒體教學(xué)目的理解電液伺服系統(tǒng)的工作原理。教學(xué)重點(diǎn)了解液壓氣動(dòng)技術(shù)。理解電液伺服控制系統(tǒng)工作原理。教學(xué)難點(diǎn)理解電液伺服控制系統(tǒng)工作原理。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)4.3認(rèn)識(shí)電液伺服系統(tǒng)1.液壓與氣動(dòng)技術(shù)2.氣、液壓傳動(dòng)工作原理3.液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的組成1)?能源部件：2)?控制元件：3)?執(zhí)行元件：4)?輔助裝置：4.?電液伺服控制系統(tǒng)1）定義2）分類(lèi)3）原理4）主要器件教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.步進(jìn)電機(jī)的速度和線位移如何控制？答：通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)和頻率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)速度和線位移。2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成。答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)=控制器+步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.伺服系統(tǒng)的控制的三種方式有哪些？答：開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)。講授新課4.3認(rèn)識(shí)電液伺服系統(tǒng)近代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)密切結(jié)合，使得電液伺服技術(shù)得到迅速發(fā)展。電液伺服系統(tǒng)(ElectrohydraulicServoSystem)是一種由電信號(hào)處理裝置和液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。1.液壓與氣動(dòng)技術(shù)液壓與氣動(dòng)技術(shù)定義：液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)統(tǒng)稱(chēng)為流體傳動(dòng)，它們都是利用有壓流體(液體或氣體)作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力或控制信號(hào)的一種傳動(dòng)方式。圖4-23所示手動(dòng)行走式電瓶液壓叉車(chē)就采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)。圖4-24所示皮帶壓花機(jī)就采用了氣動(dòng)技術(shù)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式2.氣、液壓傳動(dòng)工作原理以手動(dòng)行走式電瓶液壓叉車(chē)和皮帶壓花機(jī)為例講解。3.液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的氣動(dòng)或液壓系統(tǒng)都主要由以下所述幾部分構(gòu)成.：1)?能源部件：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成空氣或液壓油的壓力能的裝置。能源部件主要是指空氣壓縮機(jī)和液壓泵，如圖4-29所示。2)?控制元件：對(duì)氣壓和液壓系統(tǒng)中的壓力、流量和流動(dòng)方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。控制元件主要指方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥。對(duì)照氣路和液壓回路凸講解。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式3)?執(zhí)行元件：把空氣或液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。執(zhí)行元件主要包括氣(液壓)缸和氣(液壓)馬達(dá)兩大類(lèi)。4)?輔助裝置：除以上三種裝置以外的其他裝置。液壓系統(tǒng)輔助裝置(也稱(chēng)輔助部件)是指油箱、油管、管接頭、密封件、過(guò)濾器、各種儀表等。4.?電液伺服控制系統(tǒng)1）定義電液伺服控制系統(tǒng)：是以液壓為動(dòng)力，采用電氣方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和控制的機(jī)械量自動(dòng)控制系統(tǒng)。2）分類(lèi)按系統(tǒng)被控機(jī)械量的不同，它又可以分為電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度伺服控制系統(tǒng)和電液力控制系統(tǒng)三種。3）原理如圖4-36所示是一個(gè)典型的電液位置伺服控制系統(tǒng)。圖中反饋電位器與指令電位器接成橋式電路。反饋電位器滑臂與控制對(duì)象相連，其作用是把控制對(duì)象位置的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。反饋電位器與指令電位器滑臂間的電位差(反映控制對(duì)課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式象位置與指令位置的偏差)經(jīng)放大器放大后，加于電液伺服閥轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以推動(dòng)液壓缸活塞，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象向消除偏差方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)偏差為零時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)，因而使控制對(duì)象的位置總是按指令電位器給定的規(guī)律變化。4）主要器件電液伺服系統(tǒng)中電液伺服閥的作用是將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥的運(yùn)動(dòng)，以控制流向液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的流量和壓力。它的性能對(duì)系統(tǒng)的特性影響很大，是電液伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。電液伺服控制系統(tǒng)不管多么復(fù)雜，都是由以下一些基本元件組成。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、小結(jié)四、作業(yè)①?輸入元件：也稱(chēng)指令元件，它給出輸入信號(hào)(指令信號(hào))加于系統(tǒng)的輸入端。該元件可以是機(jī)械、電氣、氣動(dòng)等裝置，如靠模、指令電位器或計(jì)算機(jī)等。②?反饋測(cè)量元件：測(cè)量系統(tǒng)的輸出并轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)。這類(lèi)元件也有多種形式，各種傳感器常作為反饋測(cè)量元件。③?比較元件：將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，給出偏差信號(hào)。④?放大元件：將偏差信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)(流量或壓力)，如伺服放大器、機(jī)液伺服閥、電液伺服閥等。⑥?控制對(duì)象：被控制的機(jī)器設(shè)備或物體，即負(fù)載。⑦?其他：各種校正裝置，以及不包含在控制回路內(nèi)的液壓能源裝置。1.液壓與氣動(dòng)技術(shù)的定義及原理2.液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的組成4.電液伺服控制系統(tǒng)的定義、原理及組成課后作業(yè)課題序號(hào)20授課班級(jí)授課課時(shí)39，40授課形式新授課題名稱(chēng)第5章計(jì)算機(jī)控制及接口技術(shù) 使用教具多媒體教學(xué)目的了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和分類(lèi)；了解接口技術(shù)的概念及種類(lèi)；教學(xué)重點(diǎn)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)。了解接口技術(shù)的概念及種類(lèi)；教學(xué)難點(diǎn)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理和分類(lèi)。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)第5章計(jì)算機(jī)控制及接口技術(shù)5.1了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1）硬件組成2）軟件組成2.計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式1)?操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)2)?直接數(shù)字控制系統(tǒng)3)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)5.2學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口1.?I/O接口2.?D/A、A/D轉(zhuǎn)換接口教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.什么是液壓氣動(dòng)技術(shù)？答：利用有壓流體(液體或氣體)作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力或控制信號(hào)的一種傳動(dòng)方式。2.什么是電液伺服控制系統(tǒng)？答：電液伺服控制系統(tǒng)是以液壓為動(dòng)力，采用電氣方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和控制的機(jī)械量自動(dòng)控制系統(tǒng)。3.電液伺服控制系統(tǒng)的組成有哪些？答：①?輸入元件：②?反饋測(cè)量元件③?比較元件④?放大元件⑥?控制對(duì)象。導(dǎo)入從工業(yè)爐計(jì)算機(jī)控制和工業(yè)廢水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩個(gè)例子可以看出，計(jì)算機(jī)控制以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，極大地提高了系統(tǒng)控制的自動(dòng)化水平和控制的精度以及實(shí)時(shí)性。采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的重要特征。那么什么是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)呢？課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、講授新課第5章計(jì)算機(jī)控制及接口技術(shù)5.1了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成圖5-5所示為一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。1）硬件組成⑴主機(jī)⑵I/O通道⑶外圍設(shè)備⑷操作臺(tái)2）軟件組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件是指用于完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自我診斷等功能的各種程序的統(tǒng)稱(chēng)。按功能區(qū)分，軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類(lèi)。⑴系統(tǒng)軟件由計(jì)算機(jī)制造廠商提供的，用于管理計(jì)算機(jī)本身的資源和便于用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。⑵應(yīng)用軟件用戶根據(jù)要解決的具體控制問(wèn)題而編制的控制和管理程序。2.?計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)劃分為四類(lèi)，它們是：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。1)?操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)又稱(chēng)為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(DataProcessingSystem，DPS)。“操作指導(dǎo)”是指計(jì)算機(jī)輸出不直接用來(lái)控制生產(chǎn)對(duì)象，而只是對(duì)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理，然后輸出數(shù)據(jù)，操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作，其原理如圖5-7所示。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活安全，特別適用于未摸清控制規(guī)律的系統(tǒng)；其缺點(diǎn)是要人工操作，速度不能太快，操作不能太多，不適用于快速控制。2)?直接數(shù)字控制系統(tǒng)與操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)不同，直接數(shù)字控制(DirectDigitalControl，DDC)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和處理結(jié)果直接輸出并作用于生產(chǎn)過(guò)程。如圖5-8所示。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式DDC系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中最普遍的一種應(yīng)用形式，目前在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)有CNC、PLC系統(tǒng)。液體混合控制系統(tǒng)舉例。3)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(SupervisoryComputerControl，SCC)系統(tǒng)，如圖5-10所示，SCC系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的輸出值不用于直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是作為下一級(jí)的設(shè)定值，它并不參與到頻繁的輸出控制中，而是著重于控制規(guī)律的修正與實(shí)現(xiàn)。4)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能分散，用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，既能進(jìn)行控制又能實(shí)現(xiàn)管理。舉例課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式5.2學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口1.接口：就是各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間相互連接的硬件及相關(guān)協(xié)議軟件。分析ADC0809芯片在車(chē)用數(shù)字儀表的系統(tǒng)中的作用。2.接口的分類(lèi)：人機(jī)通道及接口技術(shù)、檢測(cè)通道及接口技術(shù)、控制通道及接口技術(shù)、系統(tǒng)間通道及接口技術(shù)。3.機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)接口的要求下面介紹常見(jiàn)的機(jī)電一體化技術(shù)使用的接口。1.?I/O接口I/O接口：也就是輸入/輸出接口。根據(jù)信號(hào)傳輸方式的不同，一般可分為并行和串行兩種方式。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式1)?并行接口并行接口：就是實(shí)現(xiàn)并行通信的接口。并行通信：就是把一個(gè)字符的各數(shù)位用幾條線同時(shí)進(jìn)行傳輸，即將組成數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送。如圖5-11所示即為并行通信接口。特點(diǎn)：并行接口傳輸速度快2)?串行接口串行接口：就是實(shí)現(xiàn)串行通信的接口。串行通信：是在單根導(dǎo)線上將二進(jìn)制數(shù)一位一位地順序傳送。串行通信可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種形式。串行接口的特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，特別適用于遠(yuǎn)距離通信。圖5-14為RS-232串行接口。串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來(lái)分包括RS-232-C、RS-422、RS-485等。圖5-14為RS-232接口。2.?D/A、A/D轉(zhuǎn)換接口1)?D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換器)課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式定義：D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路。如圖5-15所示。作用：是將計(jì)算機(jī)需要輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓，以便再轉(zhuǎn)換成適合外圍設(shè)備的模擬物理量。圖5-16為D/A轉(zhuǎn)換器作為系統(tǒng)輸出接口的連接示意圖。2)A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換接口定義：A/D轉(zhuǎn)換器是將外圍設(shè)備上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。如圖5-17所示。作用：將現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列放大濾波等處理后的模擬量數(shù)據(jù)變換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制代碼。圖5-18所示為ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器工作原理示意圖。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、小結(jié)1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成2.計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)種類(lèi)3.學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I/O接口和?D/A、A/D轉(zhuǎn)換接口。作業(yè)課后作業(yè)課題序號(hào)21授課班級(jí)授課課時(shí)41，42授課形式新授課題名稱(chēng)第5章計(jì)算機(jī)控制及接口技術(shù) 5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)使用教具多媒體教學(xué)目的了解工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)及硬件組成了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；了解STD總線的技術(shù)特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)了解工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)及硬件組成了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；教學(xué)難點(diǎn)了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)1.工控機(jī)（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）定義2.工控機(jī)的作用3.工控機(jī)種類(lèi)1.?常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)介紹1)工業(yè)電腦（IPC、工業(yè)PC）2)可編程序控制器(PLC)3)單片微計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)4)?數(shù)控系統(tǒng)(CNC)教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分幾類(lèi)？答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。2.常見(jiàn)的DCC系統(tǒng)有哪些？答：CNC、PLC系統(tǒng)。3.什么是接口？答：就是各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間相互連接的硬件及相關(guān)協(xié)議軟件。講授新課5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)1.工控機(jī)（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）定義工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：泛指用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)工控機(jī)。2.工控機(jī)的作用處理來(lái)自檢測(cè)傳感器的輸入信息，并把處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)可對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督、管理。3.工控機(jī)種類(lèi)常見(jiàn)的工控機(jī)主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)（MCU）、可編程序控制器(PLC)、IPC(PC總線工業(yè)電腦)、DCS(分散型控制系統(tǒng))、FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng))及CNC(數(shù)控系統(tǒng))6種。4.工控機(jī)的選用參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式對(duì)于控制量為開(kāi)關(guān)量和少量數(shù)據(jù)信息的模擬量的小系統(tǒng)，采用單片機(jī)或可編程控制器就能滿足控制要求。對(duì)于數(shù)據(jù)處理量大的系統(tǒng)，則往往采用IPC。對(duì)于多層次復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，則采用FCS或DCS控制系統(tǒng)。1.?常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)介紹1)工業(yè)電腦（IPC、工業(yè)PC）（1）定義工業(yè)電腦:英文縮寫(xiě)IPC(IndustryPersonalComputer)，現(xiàn)在一般指基于PC總線的工控機(jī)，也叫工業(yè)PC。工業(yè)PC是在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改進(jìn)并配上相應(yīng)的工業(yè)用軟件而形成的。工業(yè)PC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，如圖5-19所示。一般工控機(jī)不作說(shuō)明的話，往往單指工業(yè)PC。（2）工控機(jī)特點(diǎn)①?用通用底板總線插座代替?zhèn)€人計(jì)算機(jī)中的大母板。②?將母板分為若干PC插件。③?機(jī)箱內(nèi)有專(zhuān)門(mén)電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。④?要求具有連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作能力。⑤?配合相應(yīng)的工業(yè)軟件使用。⑥機(jī)箱釆用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。（3）缺點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力差。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式2)可編程序控制器(PLC)（1）定義PLC(ProgrammableLogicController，可編程序邏輯控制器)是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。（2）工作原理圖5-21是PLC應(yīng)用于邏輯控制的簡(jiǎn)單實(shí)例。（3）特點(diǎn)①?工作可靠，適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。②?可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接連接。③?積木式組合，運(yùn)用方便。④?編程操作容易。⑤?易于安裝及維修。（4）應(yīng)用自動(dòng)生產(chǎn)線課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式3)單片微計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)（1）單片機(jī)定義單片機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)MCU）也叫單片微計(jì)算機(jī)，是由單一芯片構(gòu)成，它將CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)、多功能I/O(并行、串行、A/D)、通信控制器，甚至圖形控制器、高級(jí)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。（2）單片機(jī)種類(lèi)其典型產(chǎn)品包括Intel公司的MCS-48(8位)、MCS-51(8位)和MCS-96(16位)系列，Philips公司的80C51系列，Atmel公司的AT89系列等。（3）單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)具有集成度高、控制功能強(qiáng)、通用性好、運(yùn)行速度快、體積小、重量輕、能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。（4）單片機(jī)使用場(chǎng)合故常用于數(shù)顯儀表、智能化儀表、工業(yè)過(guò)程控制、機(jī)器人、簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、家用電器、玩具、辦公自動(dòng)化、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。（5）單片機(jī)缺點(diǎn)易受干擾，開(kāi)發(fā)者需要學(xué)習(xí)專(zhuān)門(mén)的編程，且具備一定的電子硬件工程知識(shí)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（6）嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為執(zhí)行中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可直接以單片機(jī)作為“嵌入”系統(tǒng)控制板的CPU（也可采用比單片機(jī)性能高的微處理器）。嵌入式系統(tǒng)板結(jié)構(gòu)，如圖5-22(b)所示。（7）嵌入式系統(tǒng)的組成硬件平臺(tái)、板級(jí)支持包(BoardSupportPackage，BSP)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RealTimeOperatingSystem，RTOS)、應(yīng)用程序。（8）嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)①處理能力強(qiáng)大、便于系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)。②其軟硬件可剪裁，具有更緊湊的結(jié)構(gòu)和更低的價(jià)格。③具有更強(qiáng)的系統(tǒng)適應(yīng)性。④可作為控制層的工作站，集中管理現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、4)?數(shù)控系統(tǒng)(CNC)（1）定義CNC（ComputerNumericalControl），中文全稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。圖5-25為數(shù)控系統(tǒng)實(shí)物圖。（2）原理采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序(軟件)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過(guò)接口與外圍設(shè)備進(jìn)行連接，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控，簡(jiǎn)稱(chēng)CNC系統(tǒng)。（3）應(yīng)用數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。小結(jié)1.工控機(jī)的定義、作用和種類(lèi)。2.介紹了工業(yè)電腦、PLC、嵌入式系統(tǒng)、CNC4種常用的工控機(jī)。作業(yè)課后作業(yè)課題序號(hào)22授課班級(jí)授課課時(shí)43，44授課形式新授課題名稱(chēng)第5章計(jì)算機(jī)控制及接口技術(shù) 5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)使用教具多媒體教學(xué)目的了解工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)及硬件組成了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；了解STD總線的技術(shù)特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)了解工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)及硬件組成了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；教學(xué)難點(diǎn)了解工控機(jī)總線的分類(lèi)；更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)1.?常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)介紹4)集散型控制系統(tǒng)(DCS)5)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）2.?工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線1)?內(nèi)部總線2)?系統(tǒng)總線3)?外部總線3.?工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)1）控制網(wǎng)絡(luò)定義2）控制網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)3）控制網(wǎng)絡(luò)種類(lèi)（1）集散控制系統(tǒng)(DCS)（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)（3）工業(yè)以太網(wǎng)教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.什么叫工控機(jī)？答：工控機(jī)：泛指用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，全稱(chēng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。2.常見(jiàn)的4種工控機(jī)是哪些？答：工業(yè)電腦、PLC、嵌入式系統(tǒng)、CNC。3.不做特殊說(shuō)明，工控機(jī)一般單單指哪一種工業(yè)計(jì)算機(jī)？答：工業(yè)PC（IPC、工業(yè)電腦）。講授新課5.3了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)1.?常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)介紹4)集散型控制系統(tǒng)(DCS)（1）定義集散型控制系統(tǒng)DCS的英文全稱(chēng)為DistributedControlSystem，中文又稱(chēng)為分布式控制系統(tǒng)或分散型控制系統(tǒng)。（2）特點(diǎn)DCS按照分散控制、集中操作、分級(jí)管理和分而自治的原則設(shè)計(jì)，是一種高性能、高質(zhì)量、低成本、配置靈活的分散控制系統(tǒng)系列產(chǎn)品。是用于數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、生產(chǎn)管理的新型控制系統(tǒng)。參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（3）使用場(chǎng)合廣泛用于各種大、中、小型電站的分散型控制、發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的改造以及鋼鐵、石化、造紙、水泥等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制。DCS控制系統(tǒng)如圖5-23所示。5)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）（1）定義現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)：是利用現(xiàn)場(chǎng)總線將各智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、各級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備互聯(lián)，形成一個(gè)數(shù)字式全分散雙向串行傳輸、多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。（2）特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)是20世紀(jì)90年代興起的迅速得以應(yīng)用的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它由DCS發(fā)展而來(lái)，與DCS的區(qū)別主要在現(xiàn)場(chǎng)控制層，體現(xiàn)在采用了現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制結(jié)構(gòu)如圖5-24所示。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式2.?工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線總線：用一組公用線路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐放c各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱(chēng)為總線。總線是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的重要組成部分，它一般可以分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線及外部總線。1)?內(nèi)部總線（1）定義內(nèi)部總線：是微機(jī)內(nèi)部外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互聯(lián)與通信。終端用戶一般不需要直接操作內(nèi)部總線。（2）種類(lèi)I2C總線、SPI總線、SCI總線。2)?系統(tǒng)總線（1）定義系統(tǒng)總線：是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互聯(lián)，因此又被稱(chēng)為板級(jí)總線。主要用于以微型計(jì)算機(jī)為核心的工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的總線，我們介紹經(jīng)典的STD總線。（2）STD總線介紹STD總線：最早是在1978年由美國(guó)Pro-Log公司推出的一種通用工業(yè)控制的8位微型機(jī)總線，其后又發(fā)展出了16位,32位微型機(jī)總線，由高向下兼容。（3）STD總線特點(diǎn)：①?小板結(jié)構(gòu)，高度模板化。②?嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性。③?面向I/O的設(shè)計(jì)，適合工業(yè)控制應(yīng)用。④?高可靠性。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（4）STD總線結(jié)構(gòu)圖5-26為STD總線結(jié)構(gòu)。（5）STD總線工控機(jī)STD總線工控機(jī)：是一種采用STD總線標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。STD總線在20世紀(jì)80年代前后風(fēng)行一時(shí)（已經(jīng)淘汰出市場(chǎng)），對(duì)我國(guó)工控機(jī)的使用與研制有很大影響?，F(xiàn)在市場(chǎng)的工控機(jī)多見(jiàn)PC總線工控機(jī)，即采用了PC總線標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。（6）系統(tǒng)總線分類(lèi)STD總線、VME總線、PC/104總線等。3)?外部總線（1）定義外部總線：是微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間互聯(lián)的通信總線。（2）作用外部總線用于設(shè)備一級(jí)的互聯(lián)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（3）種類(lèi)常用的外部總線有IEEE488并行總線、RS-232C和RS-485串行通信總線。RS-485通訊電纜3.?工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制應(yīng)用中，由單臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)，其功能畢竟是有限的。隨著計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益為人們所關(guān)注。1）控制網(wǎng)絡(luò)定義控制網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，一般指以控制“事物對(duì)象”為特征的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2）控制網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)響應(yīng)速度和可靠性要大大強(qiáng)于非工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。3）控制網(wǎng)絡(luò)種類(lèi)控制網(wǎng)絡(luò)可分為DCS、FCS和工業(yè)以太網(wǎng)三類(lèi)。其中，DCS與FCS在前文我們從工控機(jī)的角度已作了介紹。（1）集散控制系統(tǒng)(DCS)DCS是以計(jì)算機(jī)為核心，把計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制器數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入輸出通道等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既實(shí)現(xiàn)地理上和功能上分散的控制，又通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中監(jiān)視和操作，并實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜規(guī)律的控制的控制系統(tǒng)。見(jiàn)圖5-23。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是具有測(cè)量控制、執(zhí)行和過(guò)程診斷等綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖5-24。主流的現(xiàn)場(chǎng)總線有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FoundationFieldbus，F(xiàn)F)、控制器局域網(wǎng)(ControllerAreaNetwork，CAN)、Lonworks、DeviceNet、PROFIBUS、HART、CC-Link、INTERBUS、ControlNet及Modbus協(xié)議等。（3）工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是普通以太網(wǎng)技術(shù)在控制網(wǎng)絡(luò)上延伸的產(chǎn)物。前者源于后者又不同于后者。以太網(wǎng)較之其他類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)與普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Internet的聯(lián)系更為密切?？刂凭W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開(kāi)發(fā)者與制造商紛紛把目光轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)技術(shù)。圖5-27是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的多總線集成控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單介紹產(chǎn)品應(yīng)用，比如汽車(chē)總線課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、小結(jié)1.?常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的DCS和FCS介紹2.?工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線的定義及分類(lèi)3.?工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的定義、特點(diǎn)和種類(lèi)。作業(yè)課后作業(yè)課題序號(hào)24（空出溫度傳感器）授課班級(jí)授課課時(shí)47，48授課形式新授課題名稱(chēng)第6章可靠性和抗干擾技術(shù) 6.1認(rèn)識(shí)可靠性使用教具多媒體教學(xué)目的掌握可靠性、干擾、電磁干擾的定義。了解可靠性要素、評(píng)價(jià)指標(biāo)、電磁干擾的種類(lèi)。了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素教學(xué)重點(diǎn)掌握可靠性、干擾、電磁干擾的定義。了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素。教學(xué)難點(diǎn)了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)6.1認(rèn)識(shí)可靠性1.?什么是可靠性2.?增強(qiáng)可靠性的主要措施3.?可靠性三大要素4.?可靠性評(píng)價(jià)5.?可靠性對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)電子裝置的重要性6.2認(rèn)識(shí)抗干擾技術(shù)1.?形成干擾的三個(gè)要素2.?電磁干擾的種類(lèi)教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、導(dǎo)入1.中興通訊公司遠(yuǎn)端通信站機(jī)房遭雷擊出問(wèn)題整改案例調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，機(jī)站的接地防雷網(wǎng)絡(luò)有如下問(wèn)題：(1)?地線與地樁的連接方式不符合要求。禁止多股地線絞在一起與地樁壓接。(2)?地線的粗細(xì)不規(guī)范，泄放大電流的地線反而較細(xì)。40kA避雷器的泄放地線只有4mm(如圖6-2所示的細(xì)線截面積)(3)?接地網(wǎng)絡(luò)不符合均壓等電位原則。配線架、ONU(光節(jié)點(diǎn))、SDH(同步數(shù)字光端機(jī))三臺(tái)設(shè)備各自分別接地。由于三根地線長(zhǎng)短粗細(xì)和泄放電流大小不一，當(dāng)用戶線上的雷擊電流進(jìn)入配線架時(shí)，配線架保安單元泄放電參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式流，地線AD上會(huì)產(chǎn)生數(shù)千伏的浪涌電壓，而B(niǎo)點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)的電位仍然為零伏。AD線上的數(shù)千伏電壓，導(dǎo)致用戶板損壞，這就是地電位反彈。整改方案：將地線與接地樁的連接改為匯流排連接；將40kA避雷器的地線改為25mm以上地線；將ONU和SDH的地線用25mm以上的短線先連到配線架，再通過(guò)45mm以上的地線連接到接地樁。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后情況正常。這是一起典型的因接地技術(shù)干擾引起的機(jī)電系統(tǒng)可靠性故障。2.火箭和衛(wèi)星測(cè)試廠房中央空調(diào)系統(tǒng)故障分析中央空調(diào)系統(tǒng)故障分析結(jié)果見(jiàn)表6-1和表6-2。分析數(shù)據(jù)：（1）空調(diào)電控故障率高于機(jī)械故障率。（2）運(yùn)動(dòng)設(shè)備的故障率大大高于非運(yùn)動(dòng)設(shè)備。（3）空調(diào)電控故障中，故障率最高的是空氣開(kāi)關(guān)、繼電器，以及控制柜保險(xiǎn)?？照{(diào)設(shè)備故障基本上都是漸變型的，通過(guò)檢查、保養(yǎng)和部件更新，大多數(shù)故障是預(yù)防的。得出結(jié)論：設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題占37%；維護(hù)問(wèn)題占27%；更新問(wèn)題占22%；安裝和驗(yàn)收問(wèn)題占9%；操作問(wèn)題占4%；設(shè)計(jì)問(wèn)題占1%。設(shè)備質(zhì)量、維護(hù)和更新問(wèn)題是造成空調(diào)系統(tǒng)故障的主要原因。參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式二、上述案例告訴我們，產(chǎn)品設(shè)備首先必須穩(wěn)定、可靠地工作?？煽啃?Reliability)是系統(tǒng)和產(chǎn)品的主要屬性之一。講授新課6.1認(rèn)識(shí)可靠性1.?什么是可靠性1）定義可靠性：指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。2）可靠性定義三要素（三個(gè)“規(guī)定”）（1）規(guī)定條件“規(guī)定條件”：使用時(shí)的環(huán)境條件和工作條件。要談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性必須指明規(guī)定的條件是什么。（2）規(guī)定時(shí)間“規(guī)定時(shí)間”：指對(duì)產(chǎn)品規(guī)定的任務(wù)時(shí)間。談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性離不開(kāi)規(guī)定的任務(wù)時(shí)間。（3）規(guī)定功能“規(guī)定功能”：指產(chǎn)品規(guī)定了的必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)。3）工作可靠性工作可靠性：產(chǎn)品實(shí)際使用的可靠性。工作可靠性又可分為固有可靠性和使用可靠性。（1）固有可靠性：是產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造者必須確立的可靠性，即按照可靠性規(guī)劃，從原材料和零部件的選用，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)，直到產(chǎn)品出產(chǎn)的各個(gè)階段所確立的可靠性。參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（2）使用可靠性：是指已生產(chǎn)的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝、使用、維修等因素影響后的可靠性。2.?增強(qiáng)可靠性的主要措施（1）可靠度機(jī)電設(shè)備的可靠性可用可靠度R來(lái)表示，見(jiàn)下式：R=R1·R2·R3上式中，R為整個(gè)機(jī)電一體化設(shè)備的可靠度；R1為機(jī)械部件的可靠度；R2為電氣部件的可靠度；R3為機(jī)電接口的可靠度。（2）機(jī)電一體化設(shè)備提高可靠性的措施①對(duì)元器件加強(qiáng)篩選；②使用容錯(cuò)法設(shè)計(jì)(使用冗余技術(shù))；③重要系統(tǒng)或器件備份；④使用故障診斷技術(shù)；⑤提高運(yùn)行精度、加工精度、控制精度；⑥采用精密機(jī)械改造傳統(tǒng)機(jī)械；⑦PLC(可編程控制器)代替繼電器控制；⑧NC(數(shù)字控制)、PC(計(jì)算機(jī)控制)代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制方法。3.?可靠性三大要素1)?耐久性耐久性：產(chǎn)品使用無(wú)故障性或使用壽命長(zhǎng)。2)?可維修性可維修性：當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障后，能夠很快很容易地通過(guò)維護(hù)或維修排除故障。3)?設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)可靠性：設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮產(chǎn)品的易使用性和易操作性。參考圖5-8課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式4.?可靠性評(píng)價(jià)可靠性評(píng)價(jià)可以使用概率指標(biāo)或時(shí)間指標(biāo)。這些指標(biāo)有可靠度、失效率、平均無(wú)故障工作時(shí)間、平均失效前時(shí)間、有效度等。典型的失效率變化曲線形似浴盆，常稱(chēng)浴盆曲線(BathtubCurve)，如圖6-5所示。其分為三個(gè)階段：早期故障區(qū)、偶然故障區(qū)、耗損故障區(qū)。5.?可靠性對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)電子裝置的重要性首先是電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度在不斷增加，導(dǎo)致可靠性問(wèn)題的日顯重要。其次，電子設(shè)備的使用環(huán)境日益嚴(yán)酷，導(dǎo)致產(chǎn)品失效的可能性增大。最后，電子設(shè)備的裝置密度不斷增加，而電子元器件將隨環(huán)境溫度的增高，其可靠性降低。6.2認(rèn)識(shí)抗干擾技術(shù)（1）干擾定義干擾：是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。干擾(Interference)問(wèn)題是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中必須考慮的重要問(wèn)題。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式（2）機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素電磁干擾，溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動(dòng)干擾等。其中電磁干擾最為普遍，影響最大。（3）電磁干擾定義電磁干擾：是指在工作過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的、并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。電磁干擾使信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)生瞬態(tài)變化，出現(xiàn)假象，會(huì)直接引起系統(tǒng)故障。1.?形成干擾的三個(gè)要素1)?干擾源干擾源：產(chǎn)生干擾信號(hào)的設(shè)備。雷電、太陽(yáng)和宇宙射線都屬于干擾源。2)?傳播途徑傳播途徑是指干擾信號(hào)的傳播路徑。3)?接收載體接收載體：是指受影響的設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。耦合：接收載體對(duì)干擾信號(hào)的接收過(guò)程。傳導(dǎo)耦合：是指電磁干擾能量以電壓或電流的形式通過(guò)金屬導(dǎo)線或集總元件(如電容器、變壓器等)耦合至接收載體。傳導(dǎo)耦合：是指電磁干擾能量以電壓或電流的形式通過(guò)金屬導(dǎo)線或集總元件(如電容器、變壓器等)耦合至接收載體。耦合耦合輻射耦合：指電磁干擾能量通過(guò)空間以電磁場(chǎng)形式耦合至接收載體。輻射耦合：指電磁干擾能量通過(guò)空間以電磁場(chǎng)形式耦合至接收載體。消除三個(gè)要素中的任何一個(gè)，都可以避免干擾。抗干擾技術(shù)就是針對(duì)這三個(gè)要素的研究和處理。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式2.?電磁干擾的種類(lèi)（1）靜電干擾靜電干擾：靜電電場(chǎng)會(huì)引起電路的電位發(fā)生變化，通過(guò)電容耦合產(chǎn)生的干擾。（2）磁場(chǎng)耦合干擾磁場(chǎng)耦合干擾：指大電流周?chē)艌?chǎng)對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備回路耦合形成的干擾。（3）漏電耦合干擾漏電耦合干擾：因絕緣電阻降低而由漏電流引起的干擾。（4）共阻抗干擾共阻抗干擾：指電路各部分公共導(dǎo)線阻抗、地阻抗和電源內(nèi)阻壓降相互耦合形成的干擾。如圖6-6，圖6-7所示的串連接地，由于接地電阻的存在，導(dǎo)致各電路不穩(wěn)定產(chǎn)生接地干擾。（5）電磁輻射干擾電磁輻射干擾：高頻電磁波向周?chē)臻g輻射形成的干擾。3.?干擾存在的形式（1）串模信號(hào)串模干擾：疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，也稱(chēng)橫向干擾。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式產(chǎn)生串模干擾的原因：有分布電容的靜電耦合、長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ?、空間電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合以及50Hz的工頻干擾等。干擾信號(hào)經(jīng)常是一些雜亂的波形并含有尖峰脈沖，如圖6-8所示。干擾可能來(lái)自信號(hào)源內(nèi)部[圖6-8(a)]，也可能來(lái)自于導(dǎo)線的感應(yīng)[圖6-8(b)]。（2）共模干擾共模干擾：是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口端的共有的信號(hào)干擾。如圖6-9所示。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、小結(jié)：1.可靠性的定義、要素、評(píng)價(jià)指標(biāo)。2.干擾的定義和種類(lèi)3.電磁干擾的定義和種類(lèi)3.形成干擾的三要素5.干擾存在的形式作業(yè)課后作業(yè)課題序號(hào)25授課班級(jí)授課課時(shí)49，50授課形式新授課題名稱(chēng)第6章可靠性和抗干擾技術(shù) 6.26.2認(rèn)識(shí)抗干擾技術(shù)使用教具多媒體教學(xué)目的掌握可靠性、干擾、電磁干擾的定義。了解可靠性要素、評(píng)價(jià)指標(biāo)、電磁干擾的種類(lèi)。了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素教學(xué)重點(diǎn)掌握可靠性、干擾、電磁干擾的定義。了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素。教學(xué)難點(diǎn)了解干擾的種類(lèi)、存在形式和形成干擾的三要素。更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)6.2認(rèn)識(shí)抗干擾技術(shù)4.?一般抗干擾的措施5.?正確接地在抗干擾中的作用6.?軟件抗干擾設(shè)計(jì)7．提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、復(fù)習(xí)1.什么叫可靠性？答：指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。2.什么叫干擾？答：是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。3.什么叫電磁干擾？答：是指在工作過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號(hào)無(wú)關(guān)的、并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。講授新課6.2認(rèn)識(shí)抗干擾技術(shù)4.?一般抗干擾的措施抗干擾技術(shù)：就是研究干擾的產(chǎn)生根源、干擾的傳播方式和要避免被干擾需采取的措施(對(duì)抗干擾)等問(wèn)題。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，除了對(duì)被直接控制的對(duì)象上的一些干擾源進(jìn)行抑制外，更多的則是在產(chǎn)品內(nèi)設(shè)法抑制外來(lái)干擾的影響，以保證系統(tǒng)可靠地工作。抑制干擾的措施：屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等。1)?屏蔽（1）屏蔽定義：是指利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來(lái)，從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。①電場(chǎng)屏蔽：消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。①電場(chǎng)屏蔽：消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。②磁場(chǎng)屏蔽：消除或抑制由于磁場(chǎng)耦合引起的干擾。②磁場(chǎng)屏蔽：消除或抑制由于磁場(chǎng)耦合引起的干擾。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式如圖6-10所示，在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。當(dāng)漏磁通穿過(guò)短路環(huán)時(shí)，在銅環(huán)中感生渦流，因此會(huì)產(chǎn)生反磁通以抵消部分漏磁通，使變壓器外的磁通減弱。如圖6-11所示，同軸電纜為防止信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到電磁干擾，在電纜線中設(shè)置了屏蔽層。2)?隔離隔離：指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，使有用信號(hào)正常傳輸，而干擾耦合通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見(jiàn)的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。(1)?光電隔離。光電隔離：以光作為媒介在隔離的兩端之間進(jìn)行信號(hào)傳輸，所用的器件是光電耦合器。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式圖6-12(a)所示為一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。(2)?變壓器隔離。對(duì)于交流信號(hào)的傳輸，一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來(lái)阻斷交流信號(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)度。如圖6-12(b)所示為變壓器耦合隔離電路。圖6-13所示為一種帶多層屏蔽的隔離變壓器。(3)?繼電器隔離。利用繼電器線圈和觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離(如圖6-14所示)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式繼電器隔離只適合于開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸。3)?濾波濾波：只讓所需要的頻率成分通過(guò)，而將干擾頻率成分加以抑制。常用濾波器根據(jù)其頻率特性又可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。①低通濾波器：只讓低頻成分通過(guò)，而高于截止頻率的成分則受到抑制、衰減，不讓通過(guò)。②高通濾波器：只通過(guò)高頻成分，而低于截止頻率的成分則受到抑制、衰減，不讓通過(guò)。③帶通濾波器：只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過(guò)，而低于下截止頻率和高于上截止頻率的成分均受到抑制，不讓通過(guò)。④帶阻濾波器：只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過(guò)，而低于下截止頻率和高于上截止頻率的頻率成分則可通過(guò)。圖6-15所示一種LC低通濾波器的接線圖。只有50Hz的工頻信號(hào)通過(guò)濾波器到達(dá)電源變壓器，保證正常供電。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式在圖6-16所示電路中，圖(a)抑制閉合或斷開(kāi)瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾。圖(b)抑制電感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢(shì)。圖(c)所示電路是輸入信號(hào)的阻容濾波電路。圖6-17所示為一種雙T形帶阻濾波器，可用來(lái)消除工頻(電源)串模干擾。圖中輸入信號(hào)U1，經(jīng)過(guò)兩條通路送到輸出端。當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，C1、C2和C3阻抗較大，信號(hào)主要通過(guò)R1、R2傳送到輸出端；當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，C1、C2和C3容抗很小，接近短路，所以信號(hào)主要通過(guò)C1、C2傳送到輸出端。在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，使f0=50Hz，雙T形帶阻濾波器就可濾除工頻干擾信號(hào)。5.?正確接地在抗干擾中的作用接地：將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)(大地)實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接。接地的目的：（1）為保護(hù)人身和設(shè)備安全，避免雷擊、漏電、靜電等危害。此類(lèi)地線稱(chēng)為保護(hù)地線，應(yīng)與真正大地連接。（2）為了保證設(shè)備的正常工作。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式1)?地的分類(lèi)(1)?信號(hào)地。信號(hào)地(SG)：指各種物理量的傳感器和信號(hào)源零電位以及電路中信號(hào)的公共基準(zhǔn)地線(相對(duì)零電位)。(2)?模擬地。模擬地(AG)：系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。(3)?數(shù)字地。數(shù)字地(DG)：系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。圖6-18所示為模擬地和數(shù)字地。在PCB布線的時(shí)候，模擬地和數(shù)字地應(yīng)盡量分開(kāi)。(4)?懸浮地。懸浮地(FG)：系統(tǒng)中部分電路的地與整個(gè)系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過(guò)變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。懸浮地優(yōu)點(diǎn)：是電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響。缺點(diǎn)：是電路易受寄生電容的影響，而使電路的地電位變動(dòng)，增加對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。在圖6-19所示的VDD-SGND的電源供電系統(tǒng)中課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式(5)?電源地。電源地：系統(tǒng)電源零電位的公共基準(zhǔn)地線。（6）功率地。功率地：負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線。2)?一點(diǎn)接地如圖6-6所示為串聯(lián)一點(diǎn)接地，由于地電阻R1、R2和R3是串聯(lián)的，所以各電路間將相互發(fā)生干擾。雖然這種接地方式很不合理，但由于比較簡(jiǎn)單，用的地方仍然很多。如圖6-20所示是并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。這種方式在低頻時(shí)是最適用。缺點(diǎn)是需要連接很多根地線。3)?多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)。如圖6-21所示，各接地點(diǎn)就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式4)?地線的設(shè)計(jì)舉例圖6-22所示是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的接地方法。接地系統(tǒng)形成3個(gè)通道：信號(hào)接地通道、功率接地通道、機(jī)械接地通道。6.?軟件抗干擾設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)(裝置)常見(jiàn)的軟件抗干擾措施有軟件濾波、軟件陷阱和軟件看門(mén)狗等。1)?軟件濾波軟件濾波：通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序，減少干擾在有用信號(hào)中的比重，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)程序來(lái)濾波。軟件濾波的優(yōu)點(diǎn)主要有：①?軟件濾波是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬件設(shè)備，可靠性和穩(wěn)定性較高。②?軟件濾波可以對(duì)頻率很低(如0.0lHz)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波。③?軟件濾波，濾波方式，靈活、方便且功能性強(qiáng)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式識(shí)別信號(hào)的原則有3種：時(shí)間原則、?空間原則、屬性原則。2)?軟件“陷阱”這種方法是把系統(tǒng)存儲(chǔ)器(RAM和ROM)中沒(méi)有使用的單元用某一種重新啟動(dòng)的代碼指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序。一般當(dāng)CPU執(zhí)行該條指令時(shí)，程序就自動(dòng)轉(zhuǎn)到某一起始地址，從這一起始地址運(yùn)行的熱啟動(dòng)程序。3)?軟件“看門(mén)狗”“看門(mén)狗”(WATCHDOG)：用硬件(或軟件)的辦法使用監(jiān)控定時(shí)器定時(shí)檢查某段程序或接口，當(dāng)超過(guò)一定時(shí)間系統(tǒng)沒(méi)有檢查這段程序或接口時(shí)，可以認(rèn)定系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)(干擾發(fā)生)，可通過(guò)軟件進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位或按事先預(yù)定的方式運(yùn)行。“看門(mén)狗”，是工業(yè)控制機(jī)普遍采用的一種軟件抗干擾措施。7．提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施（1）邏輯設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單可靠邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以便節(jié)省元件，方便操作。對(duì)于一個(gè)具體的線路，必須擴(kuò)大線路的穩(wěn)定儲(chǔ)備量，留有一定的負(fù)載容度。（2）硬件自檢測(cè)和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)①在硬件上常用的奇偶檢驗(yàn)。②軟件“陷阱”和“看門(mén)狗”（3）從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾①合理選擇接地。?②合理選擇電源。?③合理布局。④在安裝、布線等方面采取嚴(yán)格的工藝措施課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式三、四、小結(jié)：1.?抗干擾的措施2.?正確接地在抗干擾中的作用3.?軟件抗干擾設(shè)計(jì)4．提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施作業(yè)課后習(xí)題課題序號(hào)26授課班級(jí)授課課時(shí)51，52授課形式新授課題名稱(chēng)第7章典型機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)分析7.1了解數(shù)控機(jī)床使用教具多媒體教學(xué)目的1.?了解數(shù)控機(jī)床的定義、工作原理及構(gòu)成。2.了解工業(yè)機(jī)器人的定義和分類(lèi)。3.了解工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成。教學(xué)重點(diǎn)1.?了解數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成。2.了解工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成。教學(xué)難點(diǎn)同上更新、補(bǔ)充、刪節(jié)內(nèi)容無(wú)課前準(zhǔn)備無(wú)課外作業(yè)課后作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)7.1了解數(shù)控機(jī)床1.?數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及其基本原理1)?數(shù)控機(jī)床的發(fā)展2)?數(shù)控機(jī)床的基本原理2.?數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成7.2 了解工業(yè)機(jī)器人1.?什么是工業(yè)機(jī)器人1)?機(jī)器人定義2)機(jī)器人分類(lèi)3)?工業(yè)機(jī)器人定義2.?工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)3.?工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成教學(xué)感想課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式一、二、導(dǎo)入各種復(fù)雜零件不斷涌現(xiàn)(如圖7-1所示)，伴隨而生的是對(duì)各種新型材料、加工方法、工藝的要求不斷提高，而傳統(tǒng)的加工設(shè)備已無(wú)法滿足這些構(gòu)件的加工需求，故數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。講授新課7.1了解數(shù)控機(jī)床1.?數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及其基本原理1)?數(shù)控機(jī)床的發(fā)展（1）數(shù)控技術(shù)：即NC(NumericalControl)技術(shù)，是指用數(shù)字化信息(數(shù)字量及字符)發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。1952年，麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)明了是世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。（2）數(shù)控機(jī)床發(fā)展方向現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床正在向高速度、高精度、高可靠性、高一體化、網(wǎng)絡(luò)和智能化等方向發(fā)展。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式從數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車(chē)間獨(dú)立制造島)、體(CIMS，即分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。2)?數(shù)控機(jī)床的基本原理數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)：是指采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類(lèi)機(jī)床。簡(jiǎn)而言之，數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。2.?數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的原理框圖如圖7-3所示，實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。從上述圖示可見(jiàn)，數(shù)控機(jī)床的基本組成部分有：機(jī)床本體、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置、輔助控制裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置等。1)?機(jī)床本體 課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式2)?輸入/輸出裝置輸入裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。輸入裝置可以是面板鍵盤(pán)等。數(shù)控機(jī)床加工程序可通過(guò)鍵盤(pán)用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可由編程計(jì)算機(jī)串行口或網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。3)?驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行和位置檢測(cè)裝置驅(qū)動(dòng)裝置接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件。驅(qū)動(dòng)裝置包括控制器(含功率放大器)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。位置檢測(cè)裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置之后，數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按照指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。4)?輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開(kāi)關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)編譯、邏輯判別和運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開(kāi)關(guān)量動(dòng)作。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式PLC可編程邏輯控制器(PLC)技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置中。5)?計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置數(shù)控裝置又稱(chēng)CNC單元，由信息的輸入、處理和輸出三個(gè)部分組成，是數(shù)控機(jī)床的核心。(1)?什么是“插補(bǔ)”。插補(bǔ):就是在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。(2)?程序編制及程序載體。①數(shù)控程序數(shù)控程序：是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。編制程序的工作可由人工進(jìn)行；對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，則要在專(zhuān)用的編程機(jī)或通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)編程(APT)或CAD/CAM設(shè)計(jì)。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式②程序載體編好的數(shù)控程序存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體上，它可以是磁盤(pán)、U盤(pán)等，采用哪一種存儲(chǔ)載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)類(lèi)型。圖7-5所示為數(shù)控機(jī)床各組成部分工作示意圖，從圖中可以清晰地了解數(shù)控機(jī)床的工作原理。了解工業(yè)機(jī)器人上圖中不知疲倦的汽車(chē)裝配機(jī)器人就是工業(yè)機(jī)器人的一種。那么，什么是工業(yè)機(jī)器人呢？它是不是符合機(jī)電一體化設(shè)備的特征呢？課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式1.?什么是工業(yè)機(jī)器人1)?機(jī)器人定義機(jī)器人：“一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)，或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專(zhuān)門(mén)系統(tǒng)?！?)機(jī)器人分類(lèi)機(jī)器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人。特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人。包括服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人機(jī)器人水下機(jī)器人水下機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人特種機(jī)器人特種機(jī)器人軍用機(jī)器人軍用機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人機(jī)器人化機(jī)器機(jī)器人化機(jī)器課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式3)?工業(yè)機(jī)器人定義工業(yè)機(jī)器人定義：就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分為編程輸入型和示教輸入型兩類(lèi)。示教輸入型機(jī)器人的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動(dòng)控制器。另一種是由操作者直接引導(dǎo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.?工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人的分類(lèi)方法很多，按結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式可分為以下幾類(lèi)：1)?直角坐標(biāo)機(jī)器人直角坐標(biāo)機(jī)器人在空間上具有多個(gè)相互垂直的移動(dòng)軸，常用的是3個(gè)軸。2)?柱面坐標(biāo)機(jī)器人柱面坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間位置是由基座回轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)和豎直移動(dòng)形成的，其作業(yè)空間呈圓柱體，如圖7-12所示。課堂教學(xué)安排教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段與方式3)?球面坐標(biāo)機(jī)器人球面坐標(biāo)機(jī)器人的空間位置機(jī)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)基座、擺動(dòng)軸和平移軸構(gòu)成，具有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和1個(gè)移動(dòng)自由度，其作業(yè)空間是球面的一部分，如圖7-13所示。4)?多關(guān)節(jié)型機(jī)器人多關(guān)節(jié)型機(jī)器人由多個(gè)回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)(或移動(dòng))機(jī)構(gòu)組成。按旋轉(zhuǎn)方向可分為水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人和垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人。(1)?水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人。這類(lèi)機(jī)器人是由多個(gè)豎直回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，沒(méi)有擺動(dòng)或平移，手臂均在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其作業(yè)空間為圓柱體，如圖7-14所示。(2)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人。這類(lèi)機(jī)器人是由多個(gè)擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成的，其作業(yè)空間近似一個(gè)球體，如圖7-15所示。5)?并聯(lián)型機(jī)器人并聯(lián)型機(jī)器人的基座和末端執(zhí)行器之間通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，如圖7-16所示。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的自由度，且是一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。相對(duì)于并聯(lián)型機(jī)器人而言，只有一條運(yùn)動(dòng)鏈的機(jī)器人稱(chēng)為串聯(lián)機(jī)器人。3.?工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人一般由主體(手臂、手腕等)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成，如圖7-17所