运动控制系统工程

1、2022-1-281本讲主要内容：本讲主要内容： 第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法 1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法 * * 直线运动应用举例直线运动应用举例 5 5、步进逻辑公式应用时的注意事项、步进逻辑公式应用时的注意事项2022-1-282第第112112讲讲本讲主要内容：本讲主要内容： 第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法 1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法 * * 直线运动应用举例直线运动应用举例 5 5、步进逻辑公式应用时的注意事项、步进逻辑公式应用时的注意事项20

2、22-1-283第第112112讲讲本讲主要内容：本讲主要内容： 第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法 1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法 * * 直线运动应用举例直线运动应用举例 5 5、步进逻辑公式应用时的注意事项、步进逻辑公式应用时的注意事项主讲：曾毅主讲：曾毅实验电话：实验电话：88396176主讲：曾毅主讲：曾毅实验电话：实验电话：883961762022-1-284第1章 物体运动控制系统的设计方法第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法1.

3、1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法11)(iiiiKKKSTK2022-1-285第1章 物体运动控制系统的设计方法第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法11)(iiiiKKKSTK2022-1-286第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法11)(iiiiKKKSTK1 1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。2 2） 根据运

4、行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程组（简称输出方程）。组（简称输出方程）。输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y y，那么，那么，输出方程就是由下述方程所组成的方程组：输出方程就是由下述方程所组成的方程组： ( (物体在该运动状态或方向上的程序步物体在该运动状态或方向上的程序步) ) 注意：注意： 为所有逻辑或。为所有逻辑或。y 转步信号的产生方式有两大类：转步信号的产生方式有两大类：一类是实际安装位置检测装置；一类是实际安装位置检测装置；一类是人

5、为规定产生转步信号的形式。一类是人为规定产生转步信号的形式。 一般人为规定的转步信号都发生在实际环境中无一般人为规定的转步信号都发生在实际环境中无法安装位置检测装置或用于被控对象的安全保护或法安装位置检测装置或用于被控对象的安全保护或用于控制系统功能的完善。用于控制系统功能的完善。2022-1-287第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法1.1.2 1.1.2 步进逻辑公式法步进逻辑公式法11)(iiiiKKKSTK1 1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。2 2） 根据运行

6、轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程组（简称输出方程）。组（简称输出方程）。输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y y，那么，那么，输出方程就是由下述方程所组成的方程组：输出方程就是由下述方程所组成的方程组： ( (物体在该运动状态或方向上的程序步物体在该运动状态或方向上的程序步) ) 注意：注意： 为所有逻辑或。为所有逻辑或。y2022-1-288第第1.11.1节节 物体运动控制系统的设计方法物体运动控制系统的设计方法1.1.2 1.1.2 步进逻

7、辑公式法步进逻辑公式法11)(iiiiKKKSTK1 1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。2 2） 根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程组（简称输出方程）。组（简称输出方程）。 ( (物体在该运动状态或方向上的程序步物体在该运动状态或方向上的程序步) )3 3） 套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组（简称控制方程），如套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组（简称控制方程），如果有必要可绘出其运动控制电路原理图果有必要可绘

8、出其运动控制电路原理图 ( (控制方程组是由步进公式按照控制方程组是由步进公式按照某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组) ) 。 注意：一般情况下，输出方程组和控制方程组都应根据实际工程的需注意：一般情况下，输出方程组和控制方程组都应根据实际工程的需求，用功能添加法作一些适当的修改与完善。求，用功能添加法作一些适当的修改与完善。 y例1(直线运动应用举例) 已知已知: :电动机带动某小车电动机带动某小车左右运动，生产工艺要求左右运动，生产工艺要求的运动轨迹如图所示（注的运动轨迹如图所示（注意：没有箭头的运行轨迹意：没有箭头的运行轨迹线段表示物体没有产生位

9、线段表示物体没有产生位移）移） 。假设：假设： 线圈线圈KM1得电，电动得电，电动机带动小车向右运动；机带动小车向右运动； 线圈线圈KM2得电，电动机带动小车向左运动。得电，电动机带动小车向左运动。 如果：如果：S、S和和ST分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该运动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。运动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。Note:Note:为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性和过热问题。和过热问题。例

10、1(直线运动应用举例) 已知已知: :电动机带动某小车电动机带动某小车左右运动，生产工艺要求左右运动，生产工艺要求的运动轨迹如图所示（注的运动轨迹如图所示（注意：没有箭头的运行轨迹意：没有箭头的运行轨迹线段表示物体没有产生位线段表示物体没有产生位移）移） 。假设：假设： 线圈线圈KM1得电，电动得电，电动机带动小车向右运动；机带动小车向右运动； 线圈线圈KM2得电，电动机带动小车向左运动。得电，电动机带动小车向左运动。 如果：如果：S、S和和ST分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该运动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。运

11、动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。Note:Note:为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性和过热问题。和过热问题。解：解：1 1）定义程序步和转步信号定义程序步和转步信号： 根据程序步的定义可知此运行轨迹分为根据程序步的定义可知此运行轨迹分为K1、K2、K3、K4四步，每步的四步，每步的转步信号我们分别设为转步信号我们分别设为ST1、ST2、ST3。 2）写出输出方程组写出输出方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统的输出方程组（因为的输出方

12、程组（因为KM1得电，小车向右运行。得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，得电，小车向左运行，所以程序步与所以程序步与KM1和和KM2之间的函数为）。之间的函数为）。14222311KM)KK(KMKM)KK(KM 因为这两个接触器的线圈同因为这两个接触器的线圈同时控制同一台电动机的正转与时控制同一台电动机的正转与反转运行，所以它们之间一定反转运行，所以它们之间一定要互锁。要互锁。解：解：1 1）定义程序步和转步信号定义程序步和转步信号： 根据程序步的定义可知此运行轨迹分为根据程序步的定义可知此运行轨迹分为K1、K2、K3、K4四步，每步的四步，每步的转步信号我们分别设为转步信号我们

13、分别设为ST1、ST2、ST3。 2）写出输出方程组写出输出方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统的输出方程组（因为的输出方程组（因为KM1得电，小车向右运行。得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，得电，小车向左运行，所以程序步与所以程序步与KM1和和KM2之间的函数为）。之间的函数为）。14222311KM)KK(KMKM)KK(KM 因为这两个接触器的线圈同因为这两个接触器的线圈同时控制同一台电动机的正转与时控制同一台电动机的正转与反转运行，所以它们之间一定反转运行，所以它们之间一定要互锁。要互锁。14222311KM)KK(KMK

14、M)KK(KM 2 2）写出逻辑代数方程组写出逻辑代数方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统的输出方程组（因为的输出方程组（因为KM1得电，小车向右运行。得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，得电，小车向左运行，所以程序步与所以程序步与KM1和和KM2之间的函数为）。之间的函数为）。3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组21411K)KKST(K32122K)KKST(K14324K)KKST(K43233K)KKST(K11)(iiiiKKKSTK14222311KM)KK(KMKM)KK

15、(KM2 2）写出逻辑代数方程组写出逻辑代数方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统的输出方程组（因为的输出方程组（因为KM1KM1得电，小车向右运行。得电，小车向右运行。 KM2KM2得电，小车向左运行，得电，小车向左运行，所以程序步与所以程序步与KM1KM1和和KM2KM2之间的函数为）之间的函数为）3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212221411K)KKST(KK)KKST(KK)KKST(KK)KKST(K3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可

16、得该控制系统的控制方程组14324432333212221411K)KKST(KK)KKST(KK)KKST(KK)KKST(K 如果系统原来是静止的，如果系统原来是静止的，那么就没有前一步，如何产那么就没有前一步，如何产生本步呢？生本步呢？ 必须增加起动按钮必须增加起动按钮S S来产生来产生第一步，发起这组循环。第一步，发起这组循环。将将控制方程组修改为：控制方程组修改为： 3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212221411K)KKST(KK)KKST(KK)KKST(KK)KKST(K 如果系统在运行期间，有如果系统

17、在运行期间，有人随意的又重新按动了起动人随意的又重新按动了起动按键按键“S”怎么办？怎么办？ 必须增加防重复按动功能。必须增加防重复按动功能。如何增加这种功能呢？如何增加这种功能呢？防止防止S重新按动重新按动(防重按防重按)3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212221411K)KKST(KK)KKST(KK)KKST(KK)KKST(K 一般控制系统当按下暂停按钮一般控制系统当按下暂停按钮( (S)时输出方程会暂停运行，当时输出方程会暂停运行，当又重新按动起动按键又重新按动起动按键( (S) )小车会小车会从暂停的位置开

18、始继续运行后面从暂停的位置开始继续运行后面的程序步，的程序步，这种系统要求是固有这种系统要求是固有要求。要求。如何增加这种功能呢？如何增加这种功能呢？3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212221411)()()()(KKKSTKKKKSTKKKKSTKKKKSTK 一般控制系统当按下暂停按钮一般控制系统当按下暂停按钮( (S S) )时输出方程会暂停运行，当时输出方程会暂停运行，当又重新按动起动按键又重新按动起动按键( (S S) )小车会小车会从暂停的位置开始继续运行后面从暂停的位置开始继续运行后面的程序步，的程序步，

19、这种系统要求是固有这种系统要求是固有要求。要求。如何增加这种功能呢？如何增加这种功能呢？3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212221411)()()()(KKKSTKKKKSTKKKKSTKKKKSTK令：起暂停作用的中间继电器为令：起暂停作用的中间继电器为KS那么，输出方程组和控制方程组改造如下那么，输出方程组和控制方程组改造如下KSKMKKKMKSKMKKKM14222311)()(1)(SKSSKS3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组14324432333212224

20、311411)()()()(KKKSTKKKKSTKKKKSTKKKKSKKSTK令：起暂停作用的中间继电器为令：起暂停作用的中间继电器为KS11那么，输出方程组和控制方程组改造如下那么，输出方程组和控制方程组改造如下KSKMKKKMKSKMKKKM14222311)()(1)(SKSSKS3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组TTTTTSKKKSTKSKKKSTKSKKKSTKSKKKSKKSTKSSKSSKS143244323332122243114111)()()()()(KSKMKKKMKSKMKKKM14222311)()( 要使此系统的

21、控制方程组要使此系统的控制方程组“清零停止清零停止”运行，必须增加清零停止按钮运行，必须增加清零停止按钮ST。 问题是把清零停止按钮问题是把清零停止按钮ST增加到何处呢？控制方程组再次修改为：增加到何处呢？控制方程组再次修改为：3)3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组套用步进公式可得该控制系统的控制方程组TTTTTSKKKSTKSKKKSTKSKKKSTKSKKKSKKSTKSSKSSKS143244323332122243114111)()()()()(KSKMKKKMKSKMKKKM14222311)()( 要使此系统要使此系统“停止停止”运行，必须增加停止按钮运行，必须增加停止按钮

22、ST。 问题是把停止按钮问题是把停止按钮ST增加到何处呢？控制方程组再次修改为：增加到何处呢？控制方程组再次修改为：TTTTTSKKKSTKSKKKSTKSKKKSTKSKKKSKKSTKSSKSSKS143244323332122243114111)()()()()(KSKMKKKMKSKMKKKM14222311)()(解：输出方程组为解：输出方程组为控制方程组：控制方程组： 根据上述逻辑代数方程组，绘制其运动控制系统原理图的过程如下：根据上述逻辑代数方程组，绘制其运动控制系统原理图的过程如下：KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(KSKMKKKM2311)(KSKMKK

23、KM1422)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSSKSSKS1)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKST

24、K32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKST

25、K43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKST

26、K14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(KSKMKKKM2311)(KSKMKKKM1422)(TSKKKSTK14324)(TSKKKSTK43233)(TSKKKSTK32122)(TSSKSSKS1)(TSKKKSKKSTK24311411)(2022-1-28365. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项 1)实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对电动机进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制电动机进行调速，如果

27、采用变频器控制电动机的转速其常用控制系统如下图所示系统如下图所示(转换过程转换过程)。2022-1-28375. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项 1)实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对电动机进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制电动机进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制系统如下图所示系统如下图所示(转换过程转换过程)。2022-1-28385. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项 1)实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对实际应用时需要被控物体动作准确无误，因此，一般都需要对电动

28、机进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制电动机进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制系统如下图所示系统如下图所示(转换过程转换过程)。2022-1-28395. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项 如果电动机换成直流电动机，那么其主电路的转换过程如如果电动机换成直流电动机，那么其主电路的转换过程如下图所示。下图所示。2022-1-28405. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项 如果电动机换成直流电动机，那么其主电路的转换过程如如果电动机换成直流电动机，那么其主电路的转换过程如下图所示。下图所示。2022-1-28415. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项1) 实际应用时电

29、动机一般需要进行调速，如果采用变频器控制电动实际应用时电动机一般需要进行调速，如果采用变频器控制电动机的转速其常用控制系统如下图所示机的转速其常用控制系统如下图所示(转换过程转换过程) 。2) 2) 为了施工方便快捷；为了调试修改程序灵活方便；更为了控制系为了施工方便快捷；为了调试修改程序灵活方便；更为了控制系统安全可靠，一般都采用可编程序控制器来实现逻辑代数描述的统安全可靠，一般都采用可编程序控制器来实现逻辑代数描述的控制电路。逻辑代数方程组与控制电路。逻辑代数方程组与PLCPLC的梯形图十分接近。的梯形图十分接近。用逻辑代用逻辑代数描述控制电路的最大优点是直接用可编程序控制器实现控制系数描

30、述控制电路的最大优点是直接用可编程序控制器实现控制系统或者直接嵌入微型计算机系统统或者直接嵌入微型计算机系统。所以逻辑代数方程组也是可编所以逻辑代数方程组也是可编程序控制器的控制程序。实际应用时如果用可编程序控制器实现，程序控制器的控制程序。实际应用时如果用可编程序控制器实现，那么其控制电路如下图所示那么其控制电路如下图所示( (转换过程转换过程) ) 。2022-1-28425. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项2022-1-28435. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项2022-1-28445. 步进逻辑公式实际应用时的注意事项2) 2) 为了施工方便快捷；为了调试修改程序灵活方便；更为了

31、控制系为了施工方便快捷；为了调试修改程序灵活方便；更为了控制系统安全可靠，一般都采用可编程序控制器来实现逻辑代数描述的统安全可靠，一般都采用可编程序控制器来实现逻辑代数描述的控制电路。逻辑代数方程组与控制电路。逻辑代数方程组与PLCPLC的梯形图十分接近。的梯形图十分接近。用逻辑代用逻辑代数描述控制电路的最大优点是直接用可编程序控制器实现控制系数描述控制电路的最大优点是直接用可编程序控制器实现控制系统或者直接嵌入微型计算机系统。统或者直接嵌入微型计算机系统。所以逻辑代数方程组也是可编所以逻辑代数方程组也是可编程序控制器的控制程序。实际应用时如果用可编程序控制器实现，程序控制器的控制程序。实际应用时如果用可编程序控制器实现，那么其控制电路如下图所示那么其控制电路如下图所示( (转换过程转换过程) ) 。转换特点：原电气控制电路的输入信号和反馈信号成了PLC输入信号；原电气控制电路的输出信号成了PLC输出信号。课堂练习课堂练习 已知已知: :电动机带动的小车作如下图所示的生产工艺要求的运动轨迹，假电动机带动的小车作如下图所示的生产工艺要求的运动轨迹，假设设, ,KM1得电小车向右运行，得电小车向右运行， KM2得电小车向左运