机电控制技术概述

1第1章机电控制技术概述1.1控制系统1.2机电控制系统1.3机电控制技术开展1.4机电控制技术的相关技术1.5机电控制技术的社会、技术和经济效益21.1控制系统控制对于人-机系统，为使某一机器、设备或过程处于希望的状态而对其进行的操作，称为控制。人工控制在人直接参与下完成的控制，称为人工控制。自动控制指在无人直接干预下，利用物理装置使被控对象或生产过程的某一物理量〔如温度、压力、pH值等〕按照预期的规律运行。例如矿井提升机速度的控制、水泥回转窑湿度的控制、造纸厂纸浆浓度的控制、轧钢厂加热炉温度的控制、物料传输机速度的控制、火炮和导弹的自动跟踪与自动发射等等。一、控制的根本概念例：人工控制与自动控制：水箱水位控制问题人工控制人工控制过程归纳：▲用眼观察水位，目测出实际水位高度并反响到大脑中〔测量过程〕▲在脑中与要求水位进行比较，得出偏差大小，决定手的操作动作〔决策过程〕▲手执行大脑决定的动作，翻开或关闭阀门〔执行过程〕昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系4分析决策脑执行工作对象手观察观察干扰或激励眼预期目标实际结果眼液体的流入和流出液位液位控制人工职能图▲传感器代替眼看测量出实际水位高度并反响到控制器▲在控制器中将实际水位与设定水位进行比较得出偏差值，对偏差信号进行放大送到执行器▲执行器执行开关阀门动作自动控制共同特点：通过检测被控量，得到与给定值的偏差，并去纠正偏差，进而减小偏差。在人工控制中偏差是通过人眼观测后，由人脑判断、决策得出的；在自动控制系统中偏差那么是通过反响，由控制器进行比较、计算产生的。自动控制过程归纳：★分析控制系统的工作原理——分析人要做这个事情的思路★分析控制系统的结构——设计与组成系统★分析控制系统的性能指标——是否能够完成任务自动控制理论——研究和分析控制系统共性的理论自动控制就是利用控制装置代替人去自动地完成人要完成的事情现代科学技术中的自动控制技术得到了广泛的应用航天器工业控制机器人家用电器自动控制的特征：通过对各类机器、各种物理参量、工业生产过程等的控制直接造福于社会。自动控制：

在无人直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使受控对象的被控量按给定信号变化规律去变化。自动控制示意图控制器给定值检测元件受控对象被控量自动控制系统控制装置:受控对象:机器、设备、生产过程等控制器、检测元件等8控制装置

这种能代替人对生产设备和工艺过程施加控制作用的装置，称为自动控制装置或控制器。受控对象

被控制的机器、设备或过程称为受控对象、被控对象或对象。如提升机、回转窑、加热炉等等。被控量

被控制的物理量称为被控量或输出量。被控量是表征受控对象工作状态的物理量，即速度、湿度、浓度、炉温、电压等。9给定量决定被控量的物理量称为给定量或参考输入。给定量表征被控量的期望值或受控对象的期望状态。扰动量阻碍给定量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。如果扰动量产生在系统内部称为内扰；扰动量产生在系统外部称为外扰。给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。10自动控制系统

为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有效组合体。自动控制系统由自动控制装置与受控对象组成。控制系统一般按被控量命名，如速度控制系统、压力控制系统、温度控制系统等。11电风扇的控制电机〔执行机构〕风扇叶片

〔控制对象〕开关或程序控制器控制电压电风扇开环控制系统

12控制目的：保持炉温被控对象(物理实体)：炉子被控量(输出物理量)：炉内温度控制装置：开关K和电热丝，对被控量起控制作用

开环控制的电加热炉原理图电加热炉温开环控制系统

13控制任务炉温保持恒定工作原理

调压器电压→加热电阻电流→加热炉温度

14例：汽车方向控制系统

汽车方向控制系统15汽车方向控制人工职能图驾车人汽车预期行驶路线实际行驶路线比较器视觉测量+-偏差方向盘16控制器驾车人汽车预期速度实际速度比较器视觉测量偏差油门刹车汽车速度控制系统汽车方向控制功能方框图17自动控制系统的根本构成

闭环控制系统的一般构成18传递信号的性质分1.连续系统

系统中所有元件的信号都是随时间连续变化的,信号的大小均是可任意取值的模拟量,称为连续系统。

2.离散系统

离散系统是指系统中有一处或数处的信号是脉冲序列或数码。假设系统中采用了采样开关,将连续信号转变为离散的脉冲形式的信号,此类系统称为采样控制系统或脉冲控制系统。假设采用数字计算机或数字控制器,其离散信号是以数码形式传递的,此类系统称为数字控制系统。19按输入量变化规律分恒值控制系统输入信号是一个恒定的数值。如：工业生产中的恒温、恒压等自动控制系统。随动系统输入信号是一个未知函数。要求控制系统的输出量跟随输入信号变化。如：火炮自动跟踪系统。程序控制系统输入信号是一个的函数。系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，如化工中的压力、温度、流量控制。恒值控制系统可看成输入等于常值的程序控制系统。昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系20三、对自动控制系统的根本要求

稳定性〔动态稳定性〕瞬态特性〔快速性〕稳态特性〔精确性〕平安性动态特性21稳定性

1、对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。系统给定量突系统受到扰动

昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系22

2、对随动系统，被控制量始终跟踪输入量的变化。

稳定性是对系统的根本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系23快速性对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，如炮身行动缓慢，仍然抓不住目标。昆明理工大学信息工程与自动化学院自动化系24准确性用稳态误差来表示。在参考输入信号作用下，当系统到达稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。1.2机电控制技术概述它是将机械、电气、电子、计算机和自动控制等技术有机结合的一门复合技术，因此它又被称为“机电一体化技术〞在现代工业根底上，综合运用机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换以及软件编程等技术的群体技术不是机械与电子技术的简单叠加，而是从系统论的观点出发，在信息论、控制论和系统论的根底上把两者有机组合起来的应用技术机电控制技术的根本概念机电控制技术的思想蕴酿于20世纪70年代，是自动化技术开展的必然产物二次大战后，系统工程、控制论和信息论三门科学几乎同时诞生，机电控制技术的产生既是微电子技术与自动化技术开展的结果，又是信息论、控制论和系统工程付诸生产实践的结果在20世纪70年代，现代化的机械将电子技术、自动化技术、计算机技术融为一体，从而使机电控制技术进人了所谓的大开展阶段机电控制技术的开展过程机电控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术互相渗透的结果

绪论机械本体动力局部计算机局部检测传感局部执行机构信息处理单元接口机电控制系统的组成绪论1.3机电控制的技术体系机械学电工学电子学微电子学控制论机电控制的相关学科检测传感信息处理自动控制伺服传动精密机械机电控制的相关技术接口系统总体绪论提高设备制造精度

增强设备加工功能

提高生产效率