机电系统计算机控制哈工大课件

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1、机电系统的计算机控制（28学时学位课）主讲：陈维山，董惠娟教材：机电系统计算机控制陈维山赵杰编著哈尔滨工业大学出版社课程基础1.机电系统参数及动力学基础performance-dependentmechanicalfactors:驱动力、驱动力矩、负载、摩擦力、摩擦力矩、间隙、刚性、惯性、共振频率、传动比对控制系统的影响，如摩擦对系统的稳态误差的影响、对系统的稳定性、快速性等动态性能的影响。2.机电系统的模拟控制技术直流电机驱动直流电机的静态方程以及动态方程转速闭环直流调速系统稳态设计转速闭环直流调速系统动态分析与校正电压反馈直流调速系统的分析双闭环直流调速系统3.步进电机步进电机性能指标

2、步进电机性能分析步进电机驱动步进电机环形分配器设计课程内容1.绪论•机电一体化技术的概念、特点、发展•机电一体化产品及特点•机电控制系统的分类•计算机控制系统一般要求2信号采样与Z变换•计算机控制系统的信号形式•信号采样与保持采样信号、采样定理、量化与量化误差、孔径时间、零阶采样保持器•Z变换Z变换与差分方程、Z变换定义、性质、常用定理、方法、Z反变换的方法、求解差分方程课程内容3计算机控制系统分析•脉冲传递函数开环系统脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数•计算机控制系统性能分析稳定性分析、稳态误差分析、动态响应分析4数字控制器的模拟设计方法•PID控制规律的离散化方法模拟PID控制规律的离

3、散化PID控制规律的脉冲传递函数、PID控制规律的其他离散化方法PID控制规律的工程实现课程内容PID控制器的设计举例按二阶工程设计法设计数字PID控制器控制器的前向差分、后向差分、图斯汀变换的比较•PID控制算法的改进防止积分饱和的方法、微分项的改进、抑制干扰的数字PID、数字滤波•数字PID控制器的参数整定•数字控制器的等价离散化设计5最少拍无纹波系统设计第一章绪论1.1机电一体化机电一体化技术：主要研究机械技术与电子技术的结合规律，又称机械电子（mechatronics）,既不同于机械产品，又不同于电子产品，是与微处理器相结合的电子产品。技术发展方向：多功能、高效率、高智能、机电一体

4、化产品：计算机外设、办公自动化设备、微细加工设备、数控机床、数控加工中心、机器人、射压成型设备、武器系统、航空航天、航海设备、家用电子机械、电动玩具等。产品发展方向：轻、薄、细、巧机电一体化系统：是把电子、机械装置、计算机、检测与传感装置以及软件等有机结合而构成的系统，即机械、电子、检测与传感、信息处理、接口和软件等部分以系统的观点进行结合而形成的一种新型机械系统。1.2机电一体化系统分类1.2机电一体化系统分类控制系统按信号形式分类：1）连续控制系统：所有信号均为连续信号。G(s)：负载、负载台体、执行电机、驱动电路等MJBKM02MS()JS()SBS()S

5、K()SM/S0()S12MS()M/SJSBSK0其中，M为工作力矩，0角位置伺服系统K为系统的刚度变形K为电机的转矩系数mK为放大器的放大倍数a1.2机电一体化系统分类2）离散控制系统：所有信号均为离散信号。3）采样控制系统：既有连续信号，又有离散信号。4）数字控制系统：含有数字信号——计算机控制系统采样保持采样开关可以在不同位置传感器信号形式图形表示图中各点信号时间幅值连续模拟量A，IT2T3T离散连续BT2T3Tq2q3q离散离散C，GT2T3T001010011离散数字量D，FT2T3T连续阶梯形模拟量HT2T3T1.3计算机控制系统1.3计算机控制系统：计算机控

6、制系统：含有计算机并且由计算机完成部分或全部控制功能的控制系统。计算机在控制系统中的应用分两个方面：离线应用：对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模——控制系统CAD在线应用：用计算机代替模拟控制器，使其成为控制系统的一部分。1.3.1计算机控制系统组成1.3.1计算机控制系统组成：硬件组成：控制对象、检测环节、计算机、输入输出通道、外设等软件组成：系统软件、应用软件1.3.2计算机控制系统分类1.3.2计算机控制系统分类：1.按功能分类1)数据采集和数据处理系统(操作指导系统)注意：可以用于辅助建模。也就是所有计算机控制系统均有数据采集和数据处理的功能。2）直接数字控制系统-DDC(di

7、rectdigitalcontrol)1.3.2计算机控制系统分类3）监督控制系统-SCC(supervisorycomputercontrol)SCC+模拟调节系统SCC+DDC系统1.3.2计算机控制系统分类2.按控制规律分类1)程序和顺序控制：程序控制是指根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律而自动完成工作的数字式自动控制。主要用于机床的自动控制。2)比例积分微分控制