机电传动机电一体化第一节

1、第五章 控制系统设计及接口技术5.1 概述5.2 微型机控制技术基础5.3 微型机控制系统设计步骤5.4 数字控制装置设计5.5 人机接口设计5.6 机电接口设计5.7 控制系统设计实例15.1 概述一、控制系统概述二、接口概述21、控制系统概述 控制是指为达到预先给定的目的，作用于系统有目 的的动作。 控制系统是指由被控对象和控制装置所构成的能够 对被控对象的工作状态进行调节、使之具有一定的 状态和性能的系统。 控制系统是机电一体化产品中最重要的组成部分， 它主要实现控制及信息处理功能。 341、控制系统概述 控制是指为达到预先给定的目的，作用于系统有目 的的动作。 控制系统是指由被控对象和

2、控制装置所构成的能够 对被控对象的工作状态进行调节、使之具有一定的 状态和性能的系统。 控制系统是机电一体化产品中最重要的组成部分， 它主要实现控制及信息处理功能。 51.1 控制系统的基本构成1.控制系统的基本构成： 控制系统是由控制装置、执行机构、被控对象及传感与检测装置所构成的一个整体。 基本构成如下图所示： 图5.1 控制系统的基本构成61.2 控制系统的分类2.控制系统的分类（1）按控制器所依据的判定准则中是否有被控对象状态的函数： 顺序控制系统：按照规定的顺序依次完成各种操作的控制系 统。根据时间、逻辑、条件等顺序决定被控 对象的运行步骤，是一种开环控制系统。如 能轮流显示不同颜色

3、和图案的广告霓虹。 反馈控制系统：根据被控对象的运行状态决定被控对象的变 化趋势，是闭环控制系统。 71.2 控制系统的分类（2）按系统输出的变化规律镇定控制系统：特点是在外界干扰作用下系统输出仍基 本保持为常量，如恒温调节系统。程序控制系统：特点是在外界条件作用下系统的输出按 预定程序变化，如自动洗衣机、机床数 控系统。随动控制系统： 特点是系统的输出能相应于输入在较大 范围内按任意规律变化，如雷达搜索、 火炮自动雷达系统。81.2 控制系统的分类（3）按系统中所处理信号的形式连续控制系统：信号时以连续的模拟信号形式被处理和传 递的，控制器采用硬件模拟电路实现。离散控制系统：主要采用计算机对

4、信号进行处理，控制器 是以软件算法为主的数字控制器。 线性系统 确定系统 非线性系统 随机系统 集中参数系统 时变系统 分布参数系统 时不变系统（4）按被控对象自身的特性9传统的控制系统设计中，被控对象不作为设计内容，设计任务只是采用控制器来调节已经给定的被控对象的状态。在机电一体化控制系统设计中，控制装置和被控对象都在设计范畴之内，因而可在设计过程中兼顾二者的特点和要求，使设计具有更广泛的选择余地、更大的灵活性，设计出的系统性能更好。1.3 控制系统设计的一般方法和步骤10控制系统设计的基本方法是把系统中的所有环节都抽象成数学模型进行分析和研究，不论各环节具有何种量纲，在模型中都以相同的形式

5、表达，用相同的方法分析，因而各环节的特性可按系统整体要求进行匹配和统筹设计。控制系统设计的一般步骤：（1）编写设计大纲（2）建立被控对象的数学模型（3）控制方案选择（4）控制系统性能分析（5）控制系统的详细设计（6）拟定现场调试大纲（7）整理并编写技术文件1.3 控制系统设计的一般方法和步骤11接口设计的重要性一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统两大部分组成，二者又分别由各要素构成。要将各要素、各子系统有机的结合起来，形成一个完整的系统，就必须能顺利的在各要素、各子系统间进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件通常称为接口。在某

6、种意义上讲，机电一体化产品的设计就是在根据功能要求选择了各要素后所进行的接口设计。从这一观点出发，机电一体化产品的性能取决于接口的性能。2、接口概述122、接口的分类和特点 零接口根据接口的变换 被动接口和调整性能分为 主动接口 智能接口 机械接口根据接口的输入 物理接口输出功能分为 信息接口 环境接口13机电接口：由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别，二者之间的联系必须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，因此机电接口有着重要的作用。 信息采集接口：控制微机通过信息采集接口接受传感器输 出信号，检测机器系统运行参数，经过运 按信息和能量 算处理后，发出有关控制信号。 的传递方向分为 控制输出接口：经过控制输出接口的匹配、转换，驱动执 行元件来调节机械系统的运行状态，使其 按要求动作。 2、接口的分类和特点14人机接口：微电子技术的应用使得机械系统“智能化”，达到了更高的自动化程度，但是机电一体化系统的运行仍离不开人的干预，必须在操作者的监控下进行，因此 人机接口也是机电一体