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1、机械系统的驱动与控制概述本讲稿第一页，共十五页参 考 文 献潘琢金等，C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用，2002，北京航空航天大学出版社宫淑贞等，可编程控制器原理及应用，2002，人民邮电出版社陶永华等，新型PID控制及其应用，2001，机械工业出版社本讲稿第二页，共十五页第1章 概述1.1 机械电子学的概念 将机械学与电子学有机结合而提供的更为优越的技术。包括两个方面的含义：（1）有机结合形成一种高技术（EX1-1）（2）信息处理技术是机械电子技术中必不可少的部分（EX1-2）本讲稿第三页，共十五页EX1-1 提高机床进给系统的定位精度传统的机械方法：提高齿轮、丝杠螺母的加工精度
2、和 安装精度 缺点：机床制造成本大大提高，提高有限，难于实现机电结合的方法：将位移信息输入计算机，计算机对 定位误差进行修正、补偿 优点：在加工精度不变的前提下，大大提高定位精度本讲稿第四页，共十五页EX1-2 直流电机的速度控制计算机的信息分析和自动数据处理起着核心作用本讲稿第五页，共十五页 机械电子技术在机械制造业中的应用，大致经历了：参数数显、硬件数控（NC控制）、计算机数控（CNC控制）、柔性生产系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、虚拟制造系统（VMS）等过程。本讲稿第六页，共十五页由5个部分组成：（1）执行机构完成特定的加工任务，例如：车床、送料机械手等；（2）驱动元件与
3、执行机构相连接，给执行机构提供动力，并控制执行机构启动、停止、换向；1.2 机电一体化机械系统的组成 本讲稿第七页，共十五页 （3）检测元件对执行机构的运动参数、加工状况进行实时检测的元件；（4）计算机完成加工过程的控制、协调机械系统各部分的运动，具有分析、运算、实时处理功能。目前用于工业现场控制的有：PLC、STD总线工控机、工业微机PC、单片机以及专用控制计算机；（5）机体整个系统的支撑构架，例如：机床床身。以上5部分之间的连接匹配部分，称为接口。机械接口：机械与机械之间的连接 接口电路：电气与电气之间的连接本讲稿第八页，共十五页计算机控制系统机械系统实现计算机控制的原理和组成基本相同：检
4、测元件输入信号部分 计 算 机分析、处理和控制部分 驱动元件输出控制部分本讲稿第九页，共十五页 计算机控制系统总的来说是由硬件和软件两部分组成：（1）硬件部分 一般组成如图所示：本讲稿第十页，共十五页 控制计算机 对输入信息作分析、处理，根据预先确定的控制规律，实时发出控制指令。注意：适合于工业现场控制参数检测和输出驱动 大致可分为三类参数：模拟量参数 例如：位移、速度、加速度、压力、流量等 检测方法：采用合适的传感器，将其转换为成正比例 的模拟量电信号 输出驱动：用于伺服系统控制中，属于连续变化控制 驱动元件：直流伺服电机、交流伺服电机、液压伺服 阀、比例阀等本讲稿第十一页，共十五页 开关量
5、参数 例如：系统是否到位、电机的启动与停止等 检测方法：行程开关、光电开关、接近开关等 输出驱动：用于控制只有二种工作状态的驱动元件的 运行 驱动元件：普通电机的起停、阀的开关/闭合等 脉冲数或脉冲频率开关量（检测模拟量参数）检测方法：光电编码器、压频传感器等，采用记数器、频率计进行计量，将所得成正比例的数值 输入到计算机 输出驱动：对步进电机的驱动本讲稿第十二页，共十五页输入/输出（I/O）通道本讲稿第十三页，共十五页人机交互设备 运行操作台直观、简便，适合于一般操作人员使用 控制信号输入：采用按钮、转换开关、操作手把 指令数据输入：拨码开关 运行状况显示：指示灯、数码显示器 键盘、CRT显示器需要专业知识水平较高的操作人员（2）软件部分 由系统软件和用户程序两部分组成：系统软件：开发语言、编译软件、调试工具等 用户程序：根据控制要求开发的控制程序本讲稿第十四页，共十五页1.3 计算机控制系统的基本要求 满足控制要求 运动参数指标、动力参数指标、品质 指标（以满足使用要求为度）可靠性高 在工业现场应能长期、可靠、稳定工作操作性能好 表现在使用性能和可维护性能两个方面通用性好 标准化、有扩展余量和空间较高的经济指标 要有较高的性能价格比满足人类工程 操作安全、舒适、简便；外形美观 学与美学本讲稿第十五页，共十五页