机电系统计算机控制课件概述

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1、第一章概述1.1机电一体化系统机电一体化系统是指在系统主功能、信息处理功能和控制功能等方面引进了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机、检测与传感装置等电子设备以及软件等有机结合而构成的系统，即机械、执行、检测与传感、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行结合而形成的一种新型机械系统。具体实例：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。目前这些系统的共性就是：绝大多数产品含有电子计算机或微处理器。第一章概述几种典型的机电一体化系统伺服传动系统：其为一种最基本

2、的机电控制系统。其输入为模拟或数字电信号，输出或受控物理变量为机械位置或速度以及力或力矩等。数字控制系统：根据零件编程或路径规划，由计算机生成数字形式的指令，驱动机械运动的一种控制系统，简记为NC。当控制器由计算机实现时，又称为计算机数控系统，简记为CNC。顺序控制系统：按照规定次序执行一组操作的控制系统。每一步动作都是一个简单的二进制动作。过程控制系统：在机械、冶金、化工、电力以及建材等生产过程中所采用的工业控制系统统称为过程控制系统。第一章概述1.2计算机控制系统1.2.1控制系统按信号形式的分类计算机控制系统：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

3、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。第一章概述控制系统按信号形式分类：连续控制系统：所有信号均为连续信号。离散控制系统：各处均为离散信号。采用控制系统：既有连续信号，又有离散信号。数字控制系统：含有数字信号——计算机控制系统第一章概述1.2.2计算机控制系统的组成硬件组成：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、应用软件第一章概述1.3.1计算机控制系统的分类1)数据采集和数据处理系统注意：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

4、和数据处理的功能。1.3.2直接数字控制系统-DDC(directdigitalcontrol)第一章概述1.3.3监督控制系统-SCC(supervisorycomputercontrol)SCC+模拟调节系统SCC+DDC系统第一章概述1.3.4分级计算机控制系统第一章概述1.3.5计算机控制系统的其他分类形式程序和顺序控制：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。比例积分微分控制(PID控制)：目前应用最为广泛、也是广大工程技术人员所熟悉的控制规律。最少拍控制：调节

5、时间最短为技术指标。复杂规律的控制：充分利用计算机的强大计算、逻辑判断、中断以及学习功能。如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、多变量解耦控制以及最优、自适应、自学习控制等。智能控制。模糊控制。第一章概述1.4计算机控制系统的一般要求稳定性精确性快速性第二章信号采样与Z变换理论基础2.1计算机控制系统的信号形式多数受控物理参数的连续模拟信号计算机所能处理的离散数字量在许多实际系统中，采样器即为A/D转换器全部工作由计算机时钟同步第二章信号采样与Z变换理论基础2.2信号采样与保持2.2.1采样定理第二章信号采样与Z变换理论基础2.2.2量化和量化误差：采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号

6、，需要经A/D转换进行编码，才能用计算机进行处理。量化单位为：第二章信号采样与Z变换理论基础2.2.3孔径时间及采样保持1)孔径时间第二章信号采样与Z变换理论基础2)采样保持3)模拟量输出保持器第二章信号采样与Z变换理论基础2.3Z变换2.3.1Z变换的定义第二章信号采样与Z变换理论基础2.3.2z变换的性质和常用定理第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础2.3.3z变换方法级数求和法：根据z变换的定义来求函数的z变换，适用于简单函数。第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信

7、号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础第二章信号采样与Z变换理论基础2.3.5用z变换求解差分方程对于线性连续控制系统，系统的时域描述为线性常系数微分方程，可以用拉氏变换变成s的代数方程，因此可以大大简化求解过程。计算机控制系统属于离散系统，其时域描述为线性常系数差分方程，可用z变换变成z的代数方程，用代数方程来求解。第二章信号采样与Z变换理论基础第三章计算机控制系统分析3.1脉冲传