《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》PPT課件

Motion Control System 南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 Nanjing University of Science & Technology Department of Automation 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 教 師：蘇少鈺 辦公室：自動(dòng)化系樓 313室 聯(lián)系電話： 025-84315872-313 Motion Control System 南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 Nanjing University of Science & Technology Department of Automation 緒論 Motion Control System 第 0章 緒論 1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是 什么 ？ 2、 為什么 要學(xué)習(xí)？ 3、本課程有 什么特點(diǎn) ？ What？ Why？ How? Listen To Me! Motion Control System 第 0章 緒論 1、什么 是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) Motion Control System 第 0章 緒論 控制系統(tǒng) 人工控制 Motion Control System 第 0章 緒論 Motion Control System 第 0章 緒論 自動(dòng)控制系統(tǒng) 1）液位自動(dòng)控制動(dòng)畫 2）自動(dòng)控制定義 所謂自動(dòng)控制，是指在 沒(méi)有人直接參與 的情況下， 利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或 控制器 ），使機(jī) 器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱 被控對(duì)象 ）的某個(gè)工作狀態(tài) 或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 例如：數(shù)控車床按照預(yù)定程序自動(dòng)地切削工件；化 學(xué)反應(yīng)爐的溫度或壓力自動(dòng)地維持恒定；無(wú)人飛機(jī)按照 預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行等等 . Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī) 為控制對(duì)象，以 控制器 為核心，以 電 力電子功率變換裝置 作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在 自動(dòng)控制 理論 的指導(dǎo)下組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 典型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 控制器 驅(qū)動(dòng)器 電動(dòng)機(jī) 生產(chǎn)機(jī)械 測(cè)量反饋裝置 給定量 - 電網(wǎng) Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 按 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 分： 直流 傳動(dòng)系統(tǒng)用直流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械； 交流 傳動(dòng)系統(tǒng)用交流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械； 按 被控物理量 分： 調(diào)速 系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速為被控量； 位置隨動(dòng) 系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)） 以角位移或直線位移為被控量； 按 控制器的類型 分： 模擬 控制系統(tǒng)以模擬電路構(gòu)成控制器； 數(shù)字 控制系統(tǒng)以數(shù)字電路構(gòu)成控制器； 按 閉環(huán)數(shù) 分：?jiǎn)苇h(huán)，雙環(huán)，多環(huán)系統(tǒng) 對(duì)某一實(shí)際運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可能是這些分類的交叉： 如：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； Motion Control System 第 0章 緒論 直流電機(jī)系列 Motion Control System 第 0章 緒論 步進(jìn)電機(jī)系列 接收數(shù)字控制信號(hào)，把電脈 沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移 Motion Control System 第 0章 緒論 交流電機(jī)系列 Motion Control System 第 0章 緒論 2、 為什么 要學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 機(jī)械加工，冶金，交通運(yùn)輸，石油加工， 航天航空 、 國(guó)防工業(yè) 、家電生產(chǎn)、輕工、 農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 Motion Control System 第 0章 緒論 具體應(yīng)用例子： 工業(yè)領(lǐng)域：數(shù)控機(jī)床； 印刷電路板生產(chǎn)線：表面貼焊，快速打孔， 機(jī)械手放置器件； 國(guó)防領(lǐng)域：雷達(dá)跟蹤，自動(dòng)武器，飛行器控制等； 家電領(lǐng)域：冰箱，空調(diào)，洗衣機(jī)，電腦光驅(qū)， 電風(fēng)扇等； 機(jī)器人：機(jī)械手、足球機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等。 Motion Control System 第 0章 緒論 數(shù)控車床 Motion Control System 第 0章 緒論 數(shù)控銑床 Motion Control System 第 0章 緒論 機(jī)械手 Motion Control System 第 0章 緒論 Mars Rover Motion Control System 第 0章 緒論 Mars Rover2 Motion Control System 第 0章 緒論 六自由度機(jī)械手取物 六自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng) Motion Control System 第 0章 緒論 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量約為 4億多千瓦， 其用電量占當(dāng)年全國(guó)發(fā)電量的 60% 70%。 當(dāng)前，能源緊張！ 合理、經(jīng)濟(jì)、有效的利用電能，是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)者的責(zé)任。 Motion Control System 第 0章 緒論 綜合性強(qiáng) ， 多個(gè)學(xué)科交叉 （ 自動(dòng)控制 、 電子技術(shù) 、 微機(jī)技術(shù)等 ） 工程化理論與實(shí)踐相結(jié)合 。 涉及的知識(shí)：自動(dòng)控制理論 、 模擬與數(shù)字電路 、 微機(jī)原理 重視能力培養(yǎng) ， 學(xué)會(huì)如何將學(xué)到的知識(shí)具體應(yīng)用 到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中 。 3、本課程有 什么特點(diǎn) Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制器 驅(qū)動(dòng)器 電動(dòng)機(jī) 生產(chǎn)機(jī)械 測(cè)量反饋裝置 PC或 PLC 主要研究?jī)?nèi)容 ： （ 1）電力傳動(dòng)裝置與系統(tǒng) （ 2）運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量與反饋 （ 3）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略 Motion Control System 第 0章 緒論 （ 1）電力傳動(dòng)裝置與系統(tǒng) 電力傳動(dòng) ：電源、控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和 被拖動(dòng)的機(jī)械對(duì)象的組合。 電動(dòng)機(jī) ： 電能到機(jī)械能的變換裝置。 電力傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛、研究最深入的電動(dòng)機(jī)： 直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 ：向電動(dòng)機(jī)提供功率并控制其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速 或位置的裝置。 Motion Control System 第 0章 緒論 （ 2）運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量和反饋 測(cè)量和反饋部分的核心 ：傳感器 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器的作用 ： 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量 力學(xué)參數(shù)的測(cè)量 電氣參數(shù)的測(cè)量 控制系統(tǒng)對(duì)測(cè)量反饋部分的基本性能要求： 準(zhǔn)確性（靜態(tài)特性）、實(shí)時(shí)性（動(dòng)態(tài)特性） Motion Control System 第 0章 緒論 （ 3）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略 開環(huán)控制： 一種不需要測(cè)量系統(tǒng)輸出，以及不需 要根據(jù)輸出作出反應(yīng)的控制技術(shù)。 閉環(huán)控制 ：將測(cè)量系統(tǒng)輸出與輸入給定值相比較， 并采取正確行動(dòng)已獲得期望的輸出結(jié)果 的技術(shù)。 閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般圍繞某種 控制目標(biāo) 進(jìn)行。 Motion Control System 第 0章 緒論 閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)： （ 1）位置控制： 將某負(fù)載從某一確定的空間位置按某種軌跡移動(dòng) 到另一確定的空間位置。（數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人） （ 2）速度和加速度控制： 以確定的速度曲線使負(fù)載產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。（電梯） （ 3）轉(zhuǎn)矩控制： 通過(guò)轉(zhuǎn)矩的反饋來(lái)維持轉(zhuǎn)矩的恒定。（造紙機(jī)械） Motion Control System 第 0章 緒論 閉環(huán)控制器中的著名控制機(jī)制： 比例 -積分 -微分 （ PID） 控制 對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行處理并得到控制量的三種方式 它們的 本質(zhì) 是什么？ 它們的 作用 各有哪些？ 它們是如何 實(shí)現(xiàn) 的？在工程設(shè)計(jì)中如何 使用 ？ Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史 19世紀(jì) 80年代 以前 僅有 直流電氣 傳動(dòng) 19世紀(jì)末 ， 出現(xiàn)交流電機(jī) （鼠籠式異步交流電機(jī)） 開始逐步使用 交流電 氣 傳動(dòng) 20世紀(jì) 30年代起 ， 形成 直流 調(diào)速 ，交流不調(diào)速的格局 20世紀(jì)后期 ， 交流調(diào)速 興起 Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 高頻化 交流化 網(wǎng)絡(luò)化 Motion Control System 第 0章 緒論 以省電為目的：改原來(lái)交流不調(diào)速為交流調(diào)速； 以減少維護(hù)為目的：改直流調(diào)速為交流調(diào)速； 原直流調(diào)速達(dá)不到的領(lǐng)域：大功率、高壓、高速 場(chǎng)合應(yīng)用交流調(diào)速系統(tǒng)。 Motion Control System 第 0章 緒論 本課程時(shí)間安排： 總共 32學(xué)時(shí) 講課 24學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn) 8學(xué)時(shí) 本課程內(nèi)容安排： 調(diào)速系統(tǒng)：直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)； 伺服系統(tǒng)（位置隨動(dòng)系統(tǒng)）； 實(shí)驗(yàn) Motion Control System 第 0章 緒論 1）直流調(diào)速系統(tǒng) 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)（速度環(huán) +電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)； 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（ PWM）； 2）交流調(diào)速系統(tǒng) 變頻調(diào)速； 3）位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）； Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 張崇巍主編 武漢理工大學(xué)出版社 2002 Motion Control System 第 0章 緒論 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) （第 3版） 陳伯時(shí)主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 Motion Control System 第 0章 緒論 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 爾桂花主編 清華大學(xué)出版社 2002