《部件特性分析》PPT课件

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1、机电系统工程学第五章机电一体化系统元、部件的特性分析讲授：郑海明机械工程系前言自动控制理论与机电一体化系统自动控制理论是机电一体化系统的控制基础，随着机电一体化技术的发展，控制理论在机电一体化系统中的应用越来越广泛。机电一体化系统的操作过程控制目的有两个，其一是根据操作条件的变化，制定最佳操作方案；其二是对操作过程进行自动检测和自动控制，提高控制性能，实现规定的目的功能。在机电一体化系统中，伺服控制的首要目标是系统的输出，要尽可能使输出量跟踪随时刻变化的输入量，因此，对抗外部干扰的能力要求更高。对被控对象来说，系统的各构成

2、要素的特性参数比较容易掌握，而随操作条件和环境条件变化的过程控制较难掌握，为此，以反馈控制理论为基础的控制理论是机电一体化系统不可缺少的理论基础。“反馈”是通过适当的检测传感装置将输出量的全部或一部分返回到输入端，使之与输入量进行比较，用其偏差对系统进行控制，反馈控制的目标是使该偏差为零。在设计机电一体化系统的控制系统时，首先必须明确其静态和动态特性要求，研究其外部干扰的形式、强弱、持续时间及其作用点，其次，必须选择具有适合该系统特性的调节器、检测传感器及执行元件。在经典控制理论中，研究机电—体化系统的动态特性是以传递函数

3、为基础的，而传递函数是通过数学中的拉普拉斯变换定义的。当系统(或执行元件)的运动能够用相关定律(如电学、热学、力学等的某些定律)描述时，该系统(或执行元件)的传递函数就可用理论推导的方法求出。对那些无法用相关定律推导其传递函数的系统(或执行元件)，可用实验法建立其传递函数。一、“反馈”的涵义二、系统的过渡过程特性三、伺服系统及其动态特性四、采样控制简介1.采样控制概念流经系统信号的性质：流经系统的信号随时间连续变化时，则称系统为连续时间系统，其信号为连续时间信号；在系统中，只要有一个地方的信号是脉冲信号或数字信号时，就称系

4、统为离散系统或称采样系统，其脉冲信号或数字信号称为离散信号或采样信号。所谓采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信号的过程。采样控制系统包括一般的采样系统和数字控制系统。下面通过一个一般采样控制系统实例，介绍采样控制的有关概念。左图是炉温控制系统原理图。2.数字控制系统由于采样系统中存在脉冲(或数码)信号，所以不能利用拉氏变换的方法建立各元件的传递函数。通常用z变换方法来研究采样系统。关于z变换，需要时请同学们阅读其他有关参考书。3.采样系统的研究方法第五章机电一体化系统元部件的特性分析机电一体化系统中的机械系统、传感检测

5、系统、执行元件系统、电子信息处理控制系统等，由于各子系统的输入/输出之间不一定成比例关系，但总存在某种频率特性关系（动态特性或传递函数），如线性或非线性特性。正确分析掌握这些频率特性，对有效地设计机电一体化系统或产品是非常重要的。本章节重点掌握和了解机械系统、传感系统和执行元件系统等的基本特性，从机电一体化系统构成要素的角度出发掌握其分析方法。第5.1节机械系统特性机械系统主功能：将一机械物理量变换成与目的相对应的另一机械物理量（运动参量、力/力矩参量）。机械系统的基本特性要求：在具有承担外载荷足够的强度（бb,бs,бp

6、）和刚度（结构刚度、接触刚度和局部刚度）的前提下，质量和惯量要小，系统响应要快，带负载的能力要强。（1）一般线性机械系统的动态特性（传递函数）：X(s)/Fx(s)=1/[(Jm+JL/i2)s2]典型机械系统的动态特性（传递函数）：·齿轮减速：Y=f(x)=(1/i)x·只有机构转动惯量：X(s)/Fx(s)=1/Jms2·只有负载转动惯量：X(s)/Fx(s)=1/(JL/i2)s2（2）非线性机械系统的动态特性（传递函数）：5.1.1变换机构及其运动变换分析机电一体化系统中所用的机械变换机构有：齿轮传动机构（线性）、

7、柔性带/链传动机构（线性）、回转/直线机构（线性）、间歇机构（非线性）、连杆机构（非线性）、凸轮机构（非线性）等。（1）齿轮变换机构特性1）定轴轮系指圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。传动变换特性：i=θ1/θ22）行星齿轮传动一般由中心轮、行星轮、内齿轮、行星架等组成。依据输入轴、输出轴、机架不同，其传动变换特性也有所不同。如图所示的行星齿轮传动，传动变换特性为：3）谐波齿轮传动由谐波发生器（轮）、柔性轮、刚性轮等组成。依据输入轴、输出轴、机架不同，其传动变换特性同样有所不同。如图所示的谐波齿轮传动，传动变换特性

8、为：4）差动齿轮传动如图所示差动齿轮传动，传动变换特性为：（2）柔性带/链传动机构主要指同带传动（平带、三角形带、步齿型带），钢带传动，链轮传动，绳轮传动等。具有传动距离较远，可略改变传动轴的方向，但采用摩擦传动，由于滑动将影响传递精度，同时需要张紧机构。传动变换特性为：i=Z2/Z1或I=d2/d1（