控制系统基本概念及组成ppt课件.ppt

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1、运动控制系统哈尔滨理工大学自动化学院主讲教师：许家忠运动控制基本概念及组成1、运动控制一些基本概念；2、位置传感器及伺服电机初步。3、点位运动控制，连续轨迹运动控制，同步运动控制等；4、电子齿轮，电子凸轮等概念；自动控制基本术语自动控制开环控制闭环控制随动控制(伺服控制)自动调整系统(自动跟踪系统)过程控制运动控制响应速度的快慢分类从被控量响应速度的快慢对控制系统分类过程控制：工业生产过程的自动控制运动控制：以机械运动为主要生产方式，以电机为主要被控对象的快速、高精度的控制。运动控制的定义-分析运动控制系统：是指运动单元以非常准确的设定速

2、度在规定时间到达准确位置的可控运动。运动控制的定义-分析运动单元的运动的特点如下：路径：由一个初始位置，一个终点位置、稳定的速度和上升、下降斜略来描述。动作：由相应快慢和运动稳定性来衡量。位置：可由绝对位置和相对位置来描述。运动控制系统组成运动控制系统是由被控对象、数字传感器、电机-驱动系统及相关运动控制板集合而成的系统。典型运动控制系统组成驱动器根据运动控制器给出的指令，向电机提供相应的交变电流信号。驱动器原理：通过功率变换单元，把普通交流电源转换为控制电机的交变电源，以实现对电机的电流和速度的控制。有的控制器也集成在驱动器里，它可以实

3、现对电机的位置的控制。电机根据驱动器电流信号，产生对负载推动的扭矩。运动控制系统通过对电机力矩、速度和位置着三个变量的控制，来实现对运动单元的运动任务。电流>>>>>力矩电机分类技术角度：异步电机，同步电机和步进电机运动形式：旋转电机和直线电机。同步伺服电机特性电机的输出力矩：电机的输出力矩与定子电流(ls)成正比T=C1×lsC1为常数，由电机转子的材料特性决定的。同步伺服电机特性电机的转速电机的转速与定子电流的频率(f.ls)成正比S=C2×f.lsC2为常数，它由电机定子绕组的形式决定的。力矩/速度曲线同步电机异步电机力矩/速度曲线

4、同步电机具有低速高转矩和高过载力矩的特性。因此，这种电机能够胜任高精度、高动态响应的运动任务。位置传感器提供电机轴实时的位置和速度信号。电压分解型位置传感器旋转变压器，在励磁线圈的激励下，产生正弦和余弦信号，然后再把正/余弦信号从模拟量转换成数字量，从而提供输出轴的绝对位置。增量编码器型位置传感器增量式编码器通常在旋转时产生两路信号，这两路信号记录了旋转的脉冲数，同时由于两路信号相差90度。增量编码器还会给出一个零度标志信号，来判断电机转一圈的绝对位置。绝对式位置传感器绝对式位置传感器通过二进制码盘，输出一组唯一的二进制编码，以判断此刻的

5、绝对位置。运动控制器根据位置的反馈值，不断计算位置和速度的匹配，控制运动按照设定的轨迹动作。运动控制器运动控制器是运动控制系统的核心，负责运动任务的编辑，运动轨迹的定义，并向驱动器发出控制指令。运动控制的几种典型运动根据轴的运动方式根据轴的运动方式独立轴插补轴凸轮轴独立轴的运动每个电机轴独立运动，轴与轴之间没有关联。这种应用类型比较简单。有限轴运动：在一定空间范围内，实现运动任务。例如生产线上的搬运机械手。独立轴的运动每个电机轴独立运动，轴与轴之间没有关联。这种应用类型比较简单。无限轴运动：在一个方向上的无限空间内，实现运动任务，例如:饮

6、料生产线上的传送带。插补轴运动在多轴关联运动时，实现关联轴的同时启动和停止。这种运动方式广泛用于雕刻，曲线加工等。插补轴运动线性插补运动是2轴或是3轴在限定空间内作同步运动的一个过程。运动控制器使所有同步轴的加/减速过程也获得同步。凸轮轴运动把传统的固定机械凸轮的运动转变成由运动控制器实现的柔性电子凸轮运动。一般是由主轴和从轴的位置关系来描述。凸轮轴运动通常情况下，多轴运动的位置关系选定其中的某个轴作为主轴，其他的轴作为从轴，在一定的周期内，根据主轴运动的位置，从轴的位置实现相应的变化，可以是直线关系，也可以是曲线关系。图示中，主轴因

7、子为主轴在一个周期内运动的位置，从轴因子为从轴在相应的周期内耦合主轴位置相应运动的曲线位置。可以是直线y=k*x，也可以是各种曲线关系。复杂关系曲线根据实际需要可以做到最多6次方变化的关系根据轴的工作方式点位控制直线控制连续轨迹控制点位控制点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。直线控制直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。连续轨迹控

8、制连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。连续轨迹控制为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规