方形铝壳电池侧焊自动化生产线侧焊检测一体化8PPM方案技术协议汇编正规版

1、方形铝壳电池侧焊自动化生产线侧焊检测一体化 8PPM方案技术协议汇编(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）设备名称：方形铝壳电池侧焊自动化生产线规格型号：WFF1000焊接系统技术协议甲方：乙方：大族激光科技产业集团股份备注：1 、整体方案介绍本系统优势、 采用 1000W光纤连续激光器，焊接可靠性高，运行成本低， 比YAG 激光器省电 87% ，激光器无耗材,、当盖板与电池壳口出现没有吻合好的情况下，工作台CCD 检测系统可自动识别出来并排除，自动 NG下料。焊接前进行 CCD监测焊缝间距，合格后方能焊接，CCD捕捉定位系统精度0.05mm，定位精度可根据要求在软件里面进行设置，系统

2、检测大于设置数值都可以挑出来，待前 端重新入盖检测合格后进行焊接；激光对检测后的电池进行焊接封口， 平均焊接速度60mm/s，焊接后焊缝无坑洼，焊缝美观，焊缝变形量0.5mm，不 合格比率2% （除去客户本身来料不良）。设备能实现自动和手动功能，能够实现对电池进行补焊。手 动状态可进行设备调试，软件参数设置，手动和自动切换方式如下图所示，点击相应的图标进入。详细设置参数可查后期技术说明书、采用一个激光器带一个工作台的方式，单个激光器与工作台配合产能达到 8PPM，有效的节省了成本；要求整机产能8PPM。、气密性、内阻检测使用一个电池配一个检测设备，检测精度高；、激光在线打标，速度快、稳定性高。

3、全自动焊接、检测、一体系统介绍1.6、适配范围适配范围厚度宽度高度（mm） （mm） （mm） 21-2860-15090-150备注：本设备以电池型号:为蓝本设计,并以这款电池作为 设备验收标准。若要更换产品型号，只需要更换相应的夹具 及调整相应的参数，更换相应夹具及相关费用另行报价。流 水线导槽调节范围10mm-30mm设备相关工装夹具按照设计并制作， 单套系统运行示意图本方案采用 1000W一对一方式、自动化集成度高、焊接效率高、高效率 CCD自动检测电池盖与壳体焊缝边缘、气密性绝缘内阻检测精度高、打标效果好、运行成本低、安全稳定性能好、节约人力资源。整机外观尺寸 6000X5000X2

4、400(MM)(除报警器高度） 2 、侧焊自动线概述2.1、各机构方案概述：该套全自动焊接、检测系统，包括1 台封口焊接工作台、1 台激光器、1 台冷水机、1 台除尘器、1 台检测工作台（包含 6 台气密性检测设备、2 台绝缘内阻检测设备）、1 条流水线组成。侧焊工作台：采用旋转四工位设计，具有效率高精度高、运行 稳定等特点。第一工位上料、第二工位 CCD 检测、第三工位实施周边焊接、第四工位下料。单机侧焊工作台生产效率为：8PPM 。检测、工作台： 采用四工位设计，第一工位使用机械手实现上料、将电池从侧焊工作台夹具上抓到检测工作台夹具里。第二工位对电池抽真空，实现负压检测、绝缘内阻检测设备对

5、电池内阻检测，设备分别自动记录 OK/NG 品。第三工位预留工位。第四工位四轴机械手将 NG/OK 品放置到指定流水线上。单机检测、打标工作台生产效率为：8 PPM 。2.2、整体与各机构布局图：操作盒部件检测、工作台焊接工作台下料端操作盒部件上料端操作面板转料机械手多流道传送带检测工作台焊接工作台预留工位多流道拉带焊接工位焊接工作台定位检测工位下料工位上料工位上料平台检测工作台气密性、短路检测工位上料机械手上料工位预留工位下料机械手下料工位第一道：上料第二道：CCD检多流道传送带第四道：气密性检测NG 流道测不良品第三道：内阻检测 NG 流道气密性检测工作台尺寸图：、动力电池侧焊工作台方案简

6、介、方案概述采用旋转四个工位配合三维伺服平台进行焊接，通过机械手在流水线上抓取电池到夹具里电池定位检测工位焊接工位 下料工位循环完成电池的封口焊接。、应用背景甲方产品： 。电池盖板焊接位置（一周）电池壳图 1、系统的主体构成设备包含激光焊接系统、工作台、控制部分、人机界面等部分， 以下做详细描述：a、激光焊接系统本身具有控制系统，控制激光波型、脉宽、输出能量、参数调 用等，触摸屏上可做焊接波形编辑。b 、工作台系统采用PC 控制系统来协调控制整个工作台各个模块及各功能动作的实现。工作台整体尺寸约长 3500mm宽2060mm高2500mm（不含三色报警灯），总体布局图如下图抽风口下料机构三色灯

7、机罩气路接头电源上料机构焊缝检测工位三轴焊接平台上料平台焊接工位上料工位压紧机构下料工位c、夹具工装短边定位块长边定位块长边夹紧块短边夹紧块短边松料气缸长边松料气缸底部顶紧气缸夹具工位：通过长边气缸和短边气缸顶松夹具，放入电池后由 长边弹簧带动长边活动块夹紧电池，短边有短边夹紧装置夹紧定位，高度由气缸带动电池压头下压并与底部顶紧气缸共同作用下定位夹紧电池。注：该套设备通过更换夹具满足可以不同规格电池焊接。 d 、压紧机构：电池压头夹具松开气缸上部旋转装置夹具松开气缸夹具工装e、上料工位，上料机械手：伺服平台升降气缸夹爪电池夹具上料：通过伺服平台和升降气缸动作，夹爪将皮带线上的电池抓 取到工装夹

8、具上f、下料工位，下料机械手下料机械手即检测打标工作台上料机械手气路接头夹具打开气缸下料：通过检测工作台上料机械手直接上料到检测工作台。 g 、定位，焊缝检测工位：定位：装有电池物料的工装夹具旋转到此工位后，下压气缸动作，压紧机构对电池进行上定位，夹具弹性结构对电池进行定位焊缝检测：通过相机镜头调整 CCD 相机焦距。两个 CCD 相机同时对电池两个短边进行焊缝检测。压紧机构CCD光源工装夹具（下置旋转机构CCD定位气缸h 、焊接工位：压紧机构抽烟管三轴伺服平台CCD监视系统焊接头工装夹具旋转机构焊接工位：装有物料的夹具工作旋转到此工位。三维伺服平台动作，旋转机构动作使夹具旋转配合焊接头工作完

9、成对电池物 料四边的焊接。i、CCD监视系统：通过 CCD监视系统，可以观察电池焊接过程中的实际情况。2.3.4、焊接工作流程a、在上料工位，机械手从流水线上抓取电池到夹具里。b、转盘转到夹紧，检测工位，工装夹具和压紧机构对电池进行定位夹紧；CCD相机对电池焊缝进行检查c、转盘转到焊接工位在三维伺服平台作用下进行封口焊接；d、转到下料工位夹具放开电池；电池弹起。机械手将电池抓取到检测工作台夹具上，e、转盘转到上料工位，进行上料，如此不断循环。2.3.5、效率分析：工序名称及时间同时进行工序及时间需工序号要及名称时工序号及名称需需工序工序号要要号及及名称时时名称需要时间S间间S间SS1.上料6.

10、92.CCD检测工7.23.焊接7.34.下料工6.9工位位工位位1.1 转盘1.42.1 转盘1.43.1 转盘1.44.1 转转动s转动s转动s盘转动1.41.2 夹具0.52.2 夹具1.43.2 长边1.64.2 夹具松0.5松开定位焊接开1.3 将电池放置1s2.3 电池1.43.3 夹具旋转及0.84.3 抓取电0.8到夹具内上定位短边焊接池1.4 平台运动回1.62.4CCD焊缝检33.4 夹具旋转及4.4 机械手运动1.6到取料位测检测长边焊接2.1到放料位4.5 将电池3.5 夹具放置1.5 抓取旋转及0.8到检1电池短边焊0.8测工接作台上4.6 机1.6 平台械手3.6

11、夹具运动到1.60.6回到1.6旋转放料位取料位总时间7.3S最大耗时工序：焊接 7.3s单个工作台焊接效率8 PPM 3 气密性、绝缘内阻、工作台简介3. 1、方案概述本设备由来料检测机构、气密性检测、绝缘内阻检测、和机械 构为一体机组成。检测一体机，其功能为自动对半成品电池焊接壳体后进行绝缘内阻测试、焊接后壳体的泄漏测试并进行打标，由 PLC 记忆相应电池的 NG与 OK 情况，机械手将相应电池放入相应的皮带线流道中流向人工收料处。人工在出料处分别将 OK 、NG产品放入到指定位置。3. 2、基本参数a、 配置电源：AC220V/50Hz功率：5KW( 用户自备）b、 压缩空气：0.6MP

12、a10L/Min（用户自备）c、 真 空 源：设备自带真空源d、 外形尺寸（约）：长 x 宽 x 高3500 x2810 x2500mm（气密性检测一体机尺寸）。3、系统方案介绍该系统采用机械手抓取电池，然后将电池放到夹具指定位置定 位，配 6 台气密性检测设备、2 台绝缘内阻检测设备。本工作台所配电池夹具具备将电池自动定位，详见下图： a、整机外形图检测工作台上料工位下料工位b 、整机外形（去机罩）上料工位气密性、短路检测工位检测仪器机柜下料工位预留工位工装夹具机构c、检测夹具压紧板定位基准板电池长边定位机构短边定位机构短边压紧板松开机构长边压紧板松开机构夹具动作流程：转盘转到上料工位：机械

13、手从焊接工作台下料位抓取电池到检测工作台夹具里，重复 6 次转盘转到气密性和短路检测工位：气密性检测设备和短路检测设备同时对电池进行 气密性和短路检测 .自动记录 NG/OK 数据，方便后期取料使用转盘转到激光打标工位：激光打标头对电池进行激光打标（如 无需打标功能此工位预留）转盘转到下料工位，进行下料。d.上料及来料检测工位：利用光电传感器检测来料状况气密性、短路检测机构上 料 机 构下 料 机 构夹具松开机构夹具电池e、气密性短路检测机构短路检测探针真空吸盘上下运动气缸夹具气密性检测动作流程：夹具到位后气密性短路检测机构下 降到位真空吸盘对准注液孔，检测探针对准电池正负极及壳 体气密性检测

14、短路检测设备开始检测检测过程中对每 个电池数据进行记录分别记录 OK/NG。g.载有电池的夹具转动到下料工位后，机械手将 OK 电池放入到指定流道上，将 NG电池放入到指定流道上。客户根据实际情况进行对不良品进行收集。、技术参数a、 气密检测机构：测试压力-600kPa分辨率1Pa 或 0.001mL/min使用温度范围040使用温度范围20-85%RH（不结露）b、设备产能为ppmc、 绝缘内阻测试:1) 电压范围（101000V）2%2) 测试电阻100K50G3) 测试时间0.1999.9s4) 精确度1%RD5) 误判率0.01%、机构简介a、 上料机械手：采用四轴机械手，机械手从侧焊

15、工作台下料工位夹取电池后上料至检测工作台电池夹具。b、 循环夹具机构：用于固定上料机械手夹取的电池，将电池步进移送到每一工位。c、 气密性检测机构：检测头在气缸推动下压住注液口进行负压测试泄漏量，仪器自带液晶显示屏幕显示泄漏量，通过仪器的控制键面对测试仪参数设置。检测完成后由 PLC 记忆电池的NG与OK 状态。d、 绝缘内阻测试机构：内阻测试仪的探头在气缸驱动下对电池正、负极柱间，正、负极柱分别与壳体间进行绝缘内阻测试。本工序跳过上工序判定的 NG品，同时由 PLC 记忆本工序的NG与 OK 品。e、 下料机械手：采用四轴机械手，通过 PLC 控制，将 NG及OK 品夹取到对应流道中。、工作

16、原理及功能a、 整机为一出六方式设计，采用夹具循环的方式，效率高、性能稳定。b、 上料机械手四轴机械手，精度可靠，机械手从侧焊工作台下料工位夹取电池到检测工作台的夹具里；c、 气密性检测机构采用负压压差检测方式，检测仪器自带液晶显示屏幕显示泄漏量，通过仪器面板按键对测试仪进行设置。绝缘内阻测试机构检测电池正、负极柱间以及正、负极柱分别与壳体间的绝缘内阻，检测完成后由 PLC 记忆电池的 NG 与 OK 状态,分别放置到指定拉带轨道里。d、 由下料机械手将 OK 的电池放入 OK 拉带通道中，NG 电池放入 NG 通道中。、其他工作条件：、电源：工作台要求 220V 单相5%， 50Hz 。激光

17、焊接机要求 380V 三相5%， 50Hz 。冷水机要求 380V 三相5%， 50Hz 。、温度：适宜温度 1530。4、系统配置详单（单条线）序数单项目名称品牌型号规格产地号量位WFF1000激光器IPG进口1台W1激光器HPWCF5焊接头大族0.825025深圳1套0VP光纤丝杆、滑IPGIPG 自带进口1根块、导轨HIWIN台湾套NSK/轴承MISU日本个MISMC 、MHL2-16日气动元件金器、D-Y69A本、个亚德客SMC等台湾平台及2流水线施耐德、西若干电气元件门子等个进口品牌按钮开关上海二工中国个基恩士传感器等进口日本个品牌施耐伺服电机德、安及驱动器川等进口品牌施耐PLC德、

18、西门子施耐触摸屏德、西门子CDK 、DD马达横河BCH0602法O12A1C国、个施耐德 等日本TM258LF法42DT国、Schneide德国r法 国、德国AX4300TH-DM04日本2个-P3-U0异步电动城邦机变频器三菱台湾1个日本RU140DF分割器凯姆德H-04-270R(140D中国1FH-PACK-X1037)3工控机及显示工控机及研华标准配置台湾1器显示器170研华4烟雾净烟雾净化爱普特、汇中国1化器器乐纪维、5真空泵真空泵ORIO中国1N 、高德圳宇HC050M6冷水机冷水机大族5-01A(S深圳1台W)7夹具大族深圳8套8CCD系CCD系AVT德国2套统统气密性气密性检9

19、金科AL-2000中国6台检测测仪绝缘内艾诺、10内阻检测南京2台阻检测锐捷序号1名称内阻检 测数量6单位个使用寿命3 个月维护负责方 前期大族备注，价格单位元供货时间 15探针进行培训操作，后期可自行更换。天1702气密性 检测吸盘6个1 个月同上供货时间 1 个月3803保护镜片1片4 天，具体根据客户实际使用情况同上供货时间 7 天2004去离子水20LL2 个月同上客户自备5冷水机 滤 1 芯个6 个月同上供货时间 10天100主要耗材主要部件材质清单(加工件)序号项目材质备注1铝型材60612钣金件A3厚度:1.5mm3工作台面板6061 ，454底座A35机架A36电池长边夹紧板4

20、5#7电池短边夹紧板45#8焊接夹具调整板45#9焊接夹具零件45#10检测夹具定位板45#11检测夹具夹紧板45#12检测夹具零件45#13转盘45#14轴类零件SKD1115缓冲零件聚氨酯16夹具固定台面板45#17DDR马达安装板4518观察窗激光防护玻璃19绝缘类零件POM、聚氨酯20阻挡气缸安装板聚氨酯21阻挡板类6061挡电池22流水线电池导向POM电池导向条23板链POM24链轮POM25导轨、滑块固定板45#26产品定位板紫铜焊接部分送货清单一条流水线包括：4上)气密性、内阻检测工作台1套5激光焊接头1套6三轴平台(安装在工作台上)1套7焊接主机1台8冷水机1台9光纤1根气密性

21、检测仪器（现场安106台11装）绝缘内阻检测仪器（现场安装）2台12说明书2份序号名称数量 11单位备注123流水线焊接工作台视觉系统 (安装在工作台套套2套外加一份电子版说明书乙方设备满足的安全标准大族激光制造标准GB 7247.1-2001激光产品的辐射安全、设备分类、要求和用户指南GB10320-1995激光设备和设施的电气安全GB/T15490-1995固体激光器总规范GB/T13740-1992激光辐射发散角度测试方法GB/T13741-1992激光辐射光束直径测试方法GB 8702-1988电 磁 辐 射 防 护 规 定 GB/T6360激光功率能量测试仪器规范GB/T13862-

22、92激光辐射功率测试方法安装设施要求电力：380V10% 50HZ一条流水线需要： 面积：8M*5M压缩空气：0.6Mpa真空：-0.06Mpa设备功率线体 10KW 焊接机 20KW7、换型时需要更换的设备各部件以及夹具等清单序号名称数量单位1焊接夹具4套2检测夹具4套3短边顶紧机构4件4检测支撑压板1件备注相近规格更换部分零件，电池规格差距较大时需整体更换夹具更换电池型号时需更换8:设备异常处理焊接效果出现毛糙感强烈，不光滑，检查保护镜片是否脏污 严重，破裂，更换处理，焊接气嘴内孔是否焊渣过多。，漏气检测出现误判，检查真空吸盘是否破损，某个工位出现 持续误判，检查夹具是否松动，吸盘位置是否

23、对准。短路测试出现持续判 NG ，检测放电控制继电器是否松动， 损坏。感应器失灵，挡住感应器，看 PLC 指示灯是否有变化，无变化说明 PLC 无接受信号，检测感应器线束，红线对蓝线输入 24V ， 感应线处于供电状态，黑线对蓝线为输出 24V,有输入无输出表示感应器已坏，更换。，卡料处理，有卡料的情况按下皮带线的控制开关，设备全部处于暂停状态，取下卡主的电池，启动皮带线，按下设备的启动 键。设备将进入全自动状态。激光器报警，查看电源是否正常供电，冷水机高温水低温水 是否闪烁报警，低温水报警则处理冷水机侧面的过滤网的灰层， 重新启动，高温水报警一般是小的冷却水管流量报警，看下小水管是否有卡主的

24、情况。除尘设备报警，打开除尘设备的前门，拉下除尘设备的卡主 手把，拉出烟雾储存器，倒掉灰层，装上即可，或者跟换下面的滤网布袋。9:设备保养每天开机清理夹具的焊渣，焊接压头清洗，检查保护镜片，定 期跟换冷水机的水以及滤芯，除尘设备的过滤布袋，真空吸盘， 每个月换班时检查焊接夹具，上压头，下固定块的螺丝，测漏检测的夹具螺丝是否松动，清理设备内部的灰层，机械结构保养润滑保养：设备良品率注意事项产品不良主要是测漏检测不良，占到整体不良的 95% 以上， 引起测漏不良的主要原因是爆点。爆点主要有以下几点引起。对盖不准确，照成上盖和壳体错位解决方案，在焊接的上一道工序有检测功能，能检测出对盖的一致性是否利

25、于焊接，如果利于标记 OK. 到焊接工序正常焊接， 如果不利于焊接标记 NG ，到焊接工位不焊接，下料工位直接下料到对盖不良的拉线。上盖和壳体本身材质引起爆点。解决方案，厂家需要选用材质较好的壳体和上盖，这样才能保 证焊接的良品率。电芯在入壳的时候，电芯同壳体内部刮擦，照成异物残留在壳体上表面。解决方案，厂家要严格管控电芯入壳的工序，尽量避免异物残留在壳体表面上。如果采用人工入壳，操作人员必须带薄膜手套， 不要带棉织手套，避免棉织手套棉絮滞留在上壳表面。：其他说明控制保护气体的电磁阀，同相关程序关联，保证保护气体无流量的情况下，整机报警并停机。除尘设备开启同相关程序关联，保证除尘设备不工作的情

26、况下，整机报警并停机整体设备做到数据上传功能，需要双方的技术人员沟通相关通讯协议，确认相关事宜。根据客户 2770135为蓝本，我们一米的流水线能缓存 5 个电池的不良。上料端由我司来负责衔接上一流程的工序，具体细节同上一流程供应商沟通。、技术培训一）、设备在甲方安装调试后，乙方在甲方现场培训辅导甲方设备 操作人员，人数由需方自定；二）、验收合格报告在样件成功确认后签字，样件确认约 5 天三）、乙方对培训的效果和质量负责。乙方应委派经验丰富、合格 的技术人员对甲方人员进行技术培训；四）、培训内容：（7 天）1、 设备的安装调试及激光焊机机的原理组成和计算机的常用知识；2、计算机编程，电气控制原

27、理，设备日常维护等实际操作；3、设备常见故障排除培训，进一步熟悉设备，答疑，最后对培训 人员进行考核；：实际焊接图片一套焊接测漏自动化产线布局图同客户前端产线对应说明3 条焊接自动化系统对应客户 2 条来料1# 焊接自动化系统1#四轴机械手3#焊接自动化系统3#四轴机械手2#焊接自动化系统2#四轴机械手1#焊接自动化系统1#四轴机械手，上料到焊接机， 以及把过剩的来料放到传输带局部放大示意图采用流水线传输，四轴机械手取料的方式，此方式可以有效的避免因上道工序的设备故障引起的积压来料，可以用 3 台设备匹配 4 条拉线的产能。单套焊接系统效率为8PPM，一天按照20小时产能为9600PCS ，两

28、套系统的产能为 19200PCS，如果 2 套系统能满足实际产能，第 3 套系统可以作为备用系统，这样配置可以有效的提高生产效率和根据实际情况系统化管理。来料转运流程：来料由 2 条拉线合一，1# 机械式取料到 1# 焊接系统，产能过剩的来料，由 1# 机械手放到流水线，到 3# 焊接系统，3# 机械手从流水线取料（1# ，2# 剩余的来料）到 3# 焊接机。如上为我司 3 条线对应 2 条来料线的示意方案，由于来料方式还没有确定，具体以实际为主。2 条焊接自动化系统对应客户 1 条来料2# 焊接自动化系统1# 焊接自动化系统四轴机械手来料转运流程：来料由 2 条拉线合一，四轴机械手将来料取料

29、到焊接流水线上，1# 焊接系统自带机械手取料到 1# 焊接系统和 2# 焊接系统自带机械手取料到 2# 焊接系统电气自动化毕业论文目录摘要简要介绍电气自动化技术的概念及其包括的专业知识关键字控制、系统、检测、网络化前言1第一章自动控制统2自动控制与自动控制系统2自动控制系统的基本构成及控制方式3 自动控制系统的分类4 对控制系统性能的要求5 自动控制理论发展简述6 第二章自动检测系统7检测技术的基本概念8传感器与传感器的分类92.3测量方法102.4传感器的基本特性11 2.5温度检测12温标及测温方法12 2.6压力检测13热电偶与热电阻的原理15 第三章 PLC 在面向微型化、网络化、PC

30、 化和开放性方向发展19小结20前言电气自动化是高等院校开设的一门工科专业。培养德、智、体全面发展，具有良好的科学素养和创新精神，培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、 试验分析、研制开发以及电子与计算机应用等领域工作的宽口径复合型高级工程技术人才。本专业主要学习电子技术、电工技术、信息控制、电气测量、计算机技术等方面较宽广的工程技术 基础和专业知识。本专业主要特点是强电弱电结 合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结 合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息 控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电 气工程与自动化领域技术问题的基本能力。该专业是强电和

31、弱电、计算机技术与电气控制技 术交叉渗透的综合型专业学科。电气工程及其自 动化专业培养出的毕业生，以理论基础扎实、专 业知识面宽广、实践动手能力强、适应性强在国 内有较好的声誉主干课程电路原理、电子技术基础、计算机技术（语言、软件基础、硬件基础、单片机）、信号 与系统、电磁场理论与应用、自动控制原理、电机学、电力电子技术、电气测量、电力拖动与控制等。就业方向适合到国民经济各部门从事与电气工 程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、 信息处理、试验分析、研制开发等方面的工作，也能在科研院所、高等学校从事电气信息与自动 化技术相关的研究开发、技术引进与改造及教学 工作。、自动控制与自动控制系统一

32、、自动控制的基本概念在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术 得到了广泛的应用。所谓自动控制，是指在无人 直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值或给定信号变化规律去 变化的过程。如图 1-1 所示。图中，控制装置和受控对象为物理装置，而给定值和被控量均为一定形式的物理量。自动控 制系统由控制装置和受控对象构成。对自动控制 系统的性能进行分析和设计则是自动控制原理的主要任务。给定值控制装置受控对象被控量图 1-1 自动控制示意图二、自动控制系统的基本构成及控制方式开环控制控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。开环控制的特点是系统结构和控制过程很简

33、单，但抗扰能力差、 控制精度不高，故一般只能用于对控制性能要求较低的场合。闭环控制控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用， 而且还有反向联系，既有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控制。闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的，故这种控制常称为按偏差控制，或称反馈控制。此类系统包括了两种传 输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为 前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为 反馈通道。闭环系统能减小或消除作用，但若设计调试不当，易产生震荡设置不能正常工作。自动控制原理中所讨论的系统主要是闭环控制系统。复

34、合控制反馈控制是在外部的作用下，系统的被控量发生变化后才做出相应调节和控制的， 在受控对象具有较大时滞的情况下，其控制作用难以及时影响被控量，进而形成快速有效的反馈控制。前馈补偿控制，则在测量出外部作用的基础上，形成与外部作用相反的控制量，该控制量与相应的外部作用共同作用的结果，使被控量基本不受影响，即在偏差产生之前就进行了防止偏差产生的控制。在这种控制方式中，由于被控量对控制过程不产生影响，故它也属于开环控制。前馈补偿控制与反馈控制相结合，就构成了复合控制。复合控制有两种基本形式：按输入前馈补偿的复合控制和按扰动前馈补偿控制的复合控制，如图：控制器前馈控制检测元件受控对象给定值被控量（a）按

35、输入前馈补偿的复合控制前馈控制受控对象检测元件控制器扰动给定值被控量(b)按扰动前馈补偿的复合控制自动控制系统的分类自动控制系统的分类方法较多，常见的有以下几种。线性系统和非线性系统由线性微分方程或线性差分方程所描述的系统为线性系统；由非线性方程所描述的系统称为非线性系统。定常系统和事变系统从系统的数学模型来看，若微分方程的系数不是时间变量的函数则称此类系统为定常系统。否则称为是事变系统。若系统既是线性的又是定常的，则称之为线性定常系统。连续系统、离散系统和采样系统从系统中的信号来看，若系统各部分的信号都是时间的连续函数即模拟量，则称此系统为连续系统，若系统中有一处或多处信号为时间的离散函数，

36、如脉冲或数码信号，则称之为离散系统。若系统中既有模拟量也有离散信号，则又称为采样系统。恒值系统、随动系统和程序控制系统若系统的给定值为一定值，而控制任务就是克服骚动，使被控量保持恒值，此类系统称为恒值系统。若系统给定值按照事先不知道的时间函数变化，并要求被控量跟随给定值的变化，则此类系统称为随动系统。若系统的给定值按照一定时间函数变化，并要求被控量随之变化，则此类系统称为程序控制系统。此外，根据组成系统的物理部件的类型，可分为机电控制系统、液压控制系统、气动系统以及生物系统等。根据系统的的被控量，又可分为位置控制系统、速度系统、温度控制系统等。对控制系统性能的要求一个理想的控制系统，在其控制过

37、程中应始终使被控量等于给定值。但是，由于系统中储能元件的存在以及能源功率的限制，使得运动部件的加速度受到限制，其速度和位置难以瞬时变化。所以，当给定值变化时，被控量不可能立即等于给定值，而需要经过一个过渡过程，即瞬态过程。所谓瞬态过程就是指系统受到外加信号作用后，被控量随时间变化的全过程。瞬态过程可以反映系统内在性能的好坏，而常见的评价系统优劣的性能指标也是从瞬态过程定义出来的。对系统性能的基本要求有三个方面。稳定性稳定性是这样来表述的：系统受到外作用后，其瞬态过程的震荡倾向和系统恢复平衡的能力。如果系统受到外作用力后，经过一段时间，其被控量可以达到某一稳定状态，则称系统是稳定的， 否则不稳定

38、的。2 ） 快速性快速性是通过瞬态过程时间长短来表征的，过渡过程时间越短，表明快速性越好，反之亦然。快速表明了系统输出 c(t)对输入 r（t）响应的快慢程度。系统响应越快，说明系统的输出复现输入信号的能力越强。 3 ）准确性准确性是由输入给定值与输出响应的终值之间的差值来表征的，他反映了系统的稳定精度。若系统的最终误差为零，则称为无差系统，否则称为有差系统。稳定性、快速性和准确性往往是互相制约的。在设计与调试过程中，若过分强调系统的稳定性， 则可能会造成系统响应迟缓和 控制精度较低的后果；反之，若过分强调系统响应的快速性，则又会使系统的震荡加剧，甚至引起不稳定。自动控制理论发展简述自动控制理

39、论研究的是如何 接受控制对象和环境特征，通过能动地采集和运用信息，施加控制作用，使系统在变化或不确定的条件下正常运行并具有预定功能。它是研究自动控制共同规律的技术科学，其主要内容涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用。具有“自动”功能的装置自古有之，瓦特发明的蒸汽机上离心调速器是比较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于 1868 年发表的论文当属最早的理论工作。从 20 世纪20 年代到 40 年代形成了以时域法、频率法和根轨迹法为主要内容的“经典”控制理论。60 年代以来，随着计算机技术的发展和航天等高科技的推动，又产生了基于

40、状态空间模型的“现代” 控制理论。随着自动化技术的发展，人们力求使设计的控制系统达到最优的性能指标，为了使系统在一定的约束条件喜下，其某项性能指标达到最优而实行的控制称为最优控制。当对象或环境特性变化时， 为了使系统能自行调节，以跟踪这种变化并保持良好的品质，又出现了自适应控制。虽然现代控制理论的内容很丰富，与经典控制理论相比较， 它能解决更多更复杂的控制问 题，但对于单输入、单输出线性定常系统而言，用经典控制理论来分析和设计，仍是最实用最方便的。真正优良的设计必须允许模型的结构和参数不精确并可能在一定范围内变化，即具有鲁棒性。这是当前的重要前沿课题之一，。另外，使理论实用化的一个重要途径就是

41、数学模拟和计算机辅助设计。前面谈到的主要是针对线性系统的理论。近年来，在非线性系统理论、离散事件系统、大系统和复杂系统理论等方面均有不同程度的发展。智能控制在实用方面也得到了很快的发展，它主要包括专家系统、模糊控制和人工神经元网络等内容。总之，自动控制理论正随着技术和生产的发展而不断发展， 而它反过来又成为高新技术发展的重要理论根据和推动力。它在工程实践中用得最多，也是进一步学习自动控制理论的基础。第四章自动检测技术自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学，是在仪器仪表的使用、研制、生产、的基础上发展起来的一门综合性技术。自动检测就是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自

42、动进行并完成的。 实现自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错， 可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。自动检测的任务：自动检测的任务主要有两种， 一是将被测参数直接测量并显示出来，以告诉人们或其他系统有关被测对象的变化情况，即通常而言的自动检测或自动测试；二是用作自动控制系统的前端系统， 以便根据参数的变化情况做出相应的控制决策，实施自动控制。自动检测技术主要的研究内容：自动检测技术的主要研究内容包括测量原理、测量方法、 测量系统、及数据处理。测量系统：确定了被测量的测量原理和测量方法后， 就要设计或选用装置组成测量系统。目前的测量系统从信息的传输形式看，主要有模拟式

43、和数字式两种。 1 ）模拟式测量系统模拟量测试系统是由传感器，信号调理器，显示、记录装 置和（或）输出装置组成。2 ）数字式测量系统数字式测量系统目前主要是带微机的测量系统，是由传感器、信号调理器、输入接口、中央处理器组件、输出接口和显示记录等外围设备组成。检测技术的特点）实时性强）精确度高）可靠性高）通道多）功能强检测技术的基本概念检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。广义的讲，检测技术是自动化技术四个支柱之一，从信息科学角度考察，检测技术任务寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系； 从

44、反映某一信息的多种信号表现中挑选出在所处条件下最为合适的表 现形式，以及寻求最佳采集、变换、处理、传输、存贮、显示等方法和相应的设备。信息采集是指，自然界诸多被检查与测量量中提取有用信息。信息变换是将所提取出的有用信息进行电量形式幅值、功率等的转换。信息处理的任务，视输出环节的需要，可将变换后的电信号进行数字运算、模拟量-数字量变换等吃力。信息传输的任务是在排除干扰的情况下经济的、准确无误的把信息进行远、近距离的传递。虽然检测技术服务的领域非常广泛，但是从这门课程的研究内容来 看，不外乎是传感器技术、误差理论、测试计量技术、抗干扰技术以及电量间互相转换的技术等。提高自动检测系统的检测分辨率、精

45、度、稳定性和可靠性是本门技术的研究课题和方向。自动检测技术已成为一些发达国家的最重要的热门技术之一，它可以给人们带来巨大的经济效益并促进科学技术飞跃发展，因此在国民经济中占有极其重要的地位和作用。自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号等诸多系统的总称.在上述系统中， 都包含有被测量，敏感元件和电子测量电路，它们之间的区别仅在于输出单元。如果输出单元是显示器或记录器，则该系统叫做自动测量系统；如果输出单元是计数器或累加器，则该系统叫做自动计量系统，如果输出单元是报警器，则该系统是自动保护系统或自动诊断系统；如果输出单元是处理电路，则该系统是部分数据分析系统、自动管理系统或

46、自动控制系 统。传感器与传感器的分类一、传感器传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。这一概念包含下面四个方面的含义：传感器是测量装置，能完成信号获取任务。它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量。它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、吃力、显示等等， 这种量可以是气、光、电量，但主要是电量。输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。二、传感器的组成传感器的功用是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物

47、理量的元件。转换元件敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数量。转换电路上述电路参数接入转换电路， 便可转换成电路参数量。实际上，有些传感器很简单， 有些则较复杂，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块是敏感元件，压电片是转换元件。有些传感器转换元件不只一个，要经过若干次转换。由于传感器空间限制等其他原因，转换电路常装入电箱中。然而，因为不少传感器要在通过转换电路之后才能输出电量信号，从而决定了转换电路是传感器的组成部分之一。三、传感器的分类目

48、前传感器主要有四种分类方法：根据传感器工作原理分类方法；根据传感器能量转换情况分类法；根据传感器转换原理分类法和按照传感器的使用分类法。测量方法一、直接测量在使用测量仪表进行测量 时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量的结果，称为直接测量。这种测量方法。这种测量方法是工程上广泛采用的方法。二、 间接测量在使用仪表进行测量时，首先对与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量， 将测量值代入函数关系式， 经过计算得到所需结果，这种测量称为间接测量。间接侧来那个多用于科学实验中的实验室测量，工程测量中亦有应用。三、联立测量在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立方程才能得到最后

49、的结 果，则称这样的测量为联立测量。在进行联立测量时， 一般需要改变测试条件，才能获得一组联立方程所需要的数据。它只是用于科学实验或特殊场合。四、偏差式侧量在测量过程中，用仪表指针位移决定被测量的测量方 法，称为偏差式测量法。应用这种方法进行测量时，标准量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准；在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值，决定被测量的数值。采用这种方法进行测量，测量过程比较简单、迅速。但是，测量结果的精度低。这种测量方法广泛适用于工程测量。五、零位式测量在侧来那个过程中，用指零位仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被

50、测未知量的测量方法，称为零位式测量法。六、微差式测量微差式测量法是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的测量方法。微差式测量法的优点是反应 快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的检测。2.4 传感器的基本特性一、精确度与精确度有关的指标有三个：精密度、准确度和精确度。1 ）精密度它说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器， 在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。例如，某测温传感器的精密度为 0.5C ，即表示多次测量结果的分散程度不大于 0.5C 。精密度是随机误差大小的标志，精密度越高，意味着随机误差小。但必须注意，

51、精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确度高。 2 ）准确度它说明传感器输出值与真值的偏离程度。例如，某流量传感器的输出值与真值偏离 0.3m /s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密度高。）精确度它是精密度和准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。精确度常以测量误差的相对值表示。二、稳定性传感器的稳定性有两个指标。一是传感器测量输出值在一段时 间中变化。以稳定度表示；二是传感器外部环境和工作条件变化引起输出值的不稳定，用影响量表示。稳定度指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由传感器中随机性变动

52、，周期性变动，漂移等引起输出值的变化。一般用精密度和观测时间长短表示。影响量测量传感器由外界环境变化引起输出值变化的量。称为影响 量。它是由温度、湿度、气压、震动、电源电压及电源频率等一些外加环境影响所引起的。说明影响量时，必须将影响因素与输出值同时表示。三、传感器的静态输出-输出特性 静态特性是指输入的被测参数不随时间而变化，或随时间变化很缓慢时，传感器的输出量与输入量的关系。线性度灵敏度灵敏度和分辨力迟滞重复性温标及测温方法温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一，从能量角度来 看，温度是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理 量；从热平衡观点来看，温

53、度是描述热平衡系统冷热程度的物理量，；从分子的物理学的角度来看，温度反映了系统内部分子无规则运动的剧烈程度。温标为了保证温度量值的统一，必须建立一个用来 衡量温度高低的标准尺度，这个标准尺度称为 温标。温标又分为三个温标。温度的高低必须 用数字来说明，温标就是温度的一种数值表示方法，并给出了温度数值化的一套规则和方 法，同时明确了温度的测量单位。人们一般是借助于随温度变化而变化的物理量来定义温 度数值，建立温标和制造各种各样的温度检测仪表。温标分为以下几种：一、经验温标：借助某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。常有摄氏温标、华氏温标和列氏温标。摄

54、氏温标：摄氏温标是把标准大气压下的冰点定为 0 摄氏度，把水的沸点定为 100摄氏度的一种温标。在 0 摄氏度到 100 摄氏度之间进行 100 等分，每一等分为一摄氏度，单位符号为。华氏温标：华氏温标是以当地的最低气温为零度（起点），人体温度为 100 度，中间等分为 100 等分，每一等分为华氏一度。每一等分称为一华氏温度。单位符号为。列氏温标：列氏温标规定标准大气压下纯水的冰熔点为 0 度，水沸点为 100 度。中间等分为 80 等分，每一等分为列氏一度。单位符号为R 。二、热力学温标：1848 年威廉.汤姆首先提出以热力学第二定律为基础建立起来的温度仅与热量有关而与物质无关的热力学温

55、标。因是开尔文总结出来的，故又称为开尔文温标，用符号 K 表示。由于热力学中的卡诺热机是一种理想的机器，实际上能够实现卡诺循环的可逆热机是没有的。所以说，热力学温标是一种理想的温标，但是是不可能实现的温标。三、国际实用温标：为了解决国际上温度标准的统一问题及实用方便，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度，又使用方便、容易实现的温标，这就是国际实用温标，又称为国际温标。温度检测的主要方法及分类：温度检测方法一般 可以分为两大类，即接触测量法和非接触式测量 法。接触式测量法是测温敏感元件直接与被测介 质接触。是被测介质与测温敏感元件进行充分的 热交换，使两者具有同一温度，达到侧来那个的 目的

56、。非接触测量法是利用物质的热辐射原理， 测温敏感元件不与被测介质接触。通过辐射和对 流实现热交换。达到测量目的。压力检测一、概述压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产政党运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直 作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号 pj 表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq 表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符

57、号 pb 表示。即pb=pj-pq 。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号 pz 表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。二、压力的测量与压力计的选择压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如 133 10-13Pa 直到超高压 280MPa。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。就地压力指示当压力在 2.6Kpa 时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波

58、登管压力表。如接近大气压的低压检测时， 可用膜片式压力表或波纹管式压力表。远距离压力显示若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动 压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。多点压力测量进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。正确选择压力计除上述几点考虑外，还需考虑以下 几点。（1）量程的选择 根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的 3/4 ；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的 2/3

59、 。最低测量压力值应不低于全量程的1/3 。使用环境及介质性能的考虑 环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度 的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确 定压力表的种类和型号。压力表外形尺寸的选择 现场就地指示的压力表一般表面直径为100mm ，在标准较高或照明条件关差的场合用表面直径为200 250mm 的，盘装压力表直径为150mm ，或用矩形压力表。常用弹性式压力表规格见表 2-1-13 。三、压力传感器压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警 使用。应变式

60、压力传感器应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制 成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。压电式压力传感器压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这 些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧 面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。光导纤维压力传感器光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电 气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度，体积小， 可挠性好，可插入狭窄的空间是进行测