机电一体化系统设计ppt课件.ppt

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1、第六章控制系统设计本章主要学习内容：第一节控制系统的结构、种类、设计步骤第二节数学模型建立第三节微型计算机控制技术第四节控制系统硬件设计中的要点第一节控制系统概述一、研究控制系统的目的控制系统这里不是指某种控制器，而是包括所有被控对象在内的整个系统。研究目的：1、研究被控对象以确定系统的校正环节（控制算法）。2、研究控制器的硬件构成和软件。二、控制系统的基本构成被控对象有广义性（一种过程、自动化工厂、全自动洗衣机、航天自动控制系统……)三、控制系统的类型1）按控制器所依据的判定准则中是否有被控对象状态的函数，可将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统。前者依据时间、逻辑、条件

2、等顺序决定被控对象的运行步骤，如组合机床的控制系统（PLC），后者依据被控对象的运行状态决定被控对象的变化趋势，是闭环控制系统，第五章介绍的伺服系统即属于此类系统。三、控制系统的类型2）按系统输出的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、程序控制系统和随动系统。镇定控制系统的特点是，在外界干扰作用下使系统输出仍基本保持为常量，如恒温调节系统等。程序控制系统的特点是，在外界条件作用下系统的输出按预定程序变化，如机床的数控系统等。随动系统的特点是，系统的输出能相应于输入在较大范围内按任意规律变化，如炮瞄雷达系统等。3）按被控对象自身的特性，还可将控制系统分成线性系统与非线性系统、确

3、定系统与随机系统、集中参数系统（质点等刚性体）与分布参数系统（柔性梁）、时变系统与时不变系统等。三、控制系统的类型4）按系统中所处理信号的形式可将控制系统分为连续控制系统和离散控制系统。在连续控制系统中，信号是以连续的模拟信号形式被处理和传递的，控制器釆用硬件模拟电路实现。在离散控制系统中，主要采用计算机对数字信号进行处理，控制器是以软件算法为主的数字控制器。四、控制系统设计一般方法和步骤设计思想：一个完整的控制系统本身也是一个机电一体化系统，其中既有执行机构和被控对象等机械部分，也有控制装置和传感与检测装置等电气部分。因此，要设计出一个良好的控制系统，必须釆用机电一体化技术

4、和方法。在传统的控制系统设计中，被控对象不作为设计内容，设计任务只是采用控制器来调节已经给定的被控对象的状态。四、控制系统设计一般方法和步骤设计方法：控制系统设计的基本方法是，把系统中的所有环节都抽象成数学模型进行分析和研究，不论各环节具有何种量纲，在模型中都以相同的形式表达，用相同的方法分析，因而各环节的特性可按系统整体要求进行匹配和统筹设计。在机电一体化控制系统设计中，控制装置和被控对象同在设计范畴之内，因而可在设计过程中兼顾两者的特点和要求，使设计具有更广的选择余地，更大的灵活性，设计出的系统性能更好。四、控制系统设计一般方法和步骤设计步骤：1、列写设计大纲设计大纲是设

5、计过程的指导性文件，应在充分调査研究的基础上列写，其内容应包括：①明确被控对象的特点及要求。②限定控制系统的工作条件及环境，确定安全保护措施及等级。③关于控制方案的特殊要求。④确定技术经济指标。⑤规定试验项目。⑥规定验收方式、验收项目及指标。2、建立被控对象的数学模型把被控对象的控制特性用数学表达式加以描述，作为控制方案选择及控制器设计的依据。四、控制系统设计一般方法和步骤设计步骤：1、列写设计大纲设计大纲是设计过程的指导性文件，应在充分调査研究的基础上列写，其内容应包括：①明确被控对象的特点及要求。②限定控制系统的工作条件及环境，确定安全保护措施及等级。③关于控制方案的特殊

6、要求。④确定技术经济指标。⑤规定试验项目。⑥规定验收方式、验收项目及指标。2、建立被控对象的数学模型把被控对象的控制特性用数学表达式加以描述，作为控制方案选择及控制器设计的依据。四、控制系统设计一般方法和步骤3.控制方案选择在上述工作基础上，进一步确定系统的控制方式，选择观测点、被测量及传感器，选择控制点和执行元件，确定控制算法及控制器结构，选择主控计算机。4.控制系统性能分析方案确定之后，根据系统的初步结构及参数，进行系统性能分析：①依据组成方式，建立整个控制系统的数学模型。②分析系统稳定性。③计算典型试验信号作用下系统的动态过渡过程。④根据上述分析结果，针对不满足要求的项

7、目修改系统方案。上述几个步骤一般称为基本设计，主要确定控制系统方案。为实现一个真实的控制系统,还要进行下面的工程设计。四、控制系统设计一般方法和步骤5控制系统的详细设计包括系统中的控制装置、被控对象、执行机构、检测与反馈装置等，机械和电气系统的硬、软件设计以及各种接口的选择和设计。设计过程中，除了要保证系统的主要功能和性能外，还要对系统的安全性、可靠性及耐环境性等给以足够的重视。6.拟定现场调试大纲.应在设计阶段就拟定出来，主要内容应包括调试方法、调试设备、调试环境等。7.整理并编写技术文件包括设计图样