《運動控制系統(tǒng)》尚麗

電子信息工程學(xué)院

1）了解運動控制系統(tǒng)的概念、分類及組成。

2）了解運動控制系統(tǒng)的基本控制方式及控制原理。

3）了解定位控制的概念及定位控制方式。

4）了解交直流調(diào)速系統(tǒng)的特點。

5）了解MATLAB/Simulink仿真技術(shù)。主要知識點與學(xué)習(xí)要求:第一章運動控制基礎(chǔ)知識1.1運動控制系統(tǒng)概述（定義、分類、組成、控制方式、發(fā)展趨勢等）

1.2交、直流調(diào)速系統(tǒng)的特點

1.3MATLAB/Simulink仿真技術(shù)

1.4本課程的任務(wù)

本章主要內(nèi)容:IntroductionHow?SomeQuestionsWhy?What?學(xué)習(xí)前提關(guān)于運動控制系統(tǒng)你了解多少？1.舉例常見的運動控制系統(tǒng)；汽車、飛機電動車、高鐵、、潛艇、航母、機器人、雷達等鉆銑床、沖床、塑膜剪切機、報紙印刷機等空調(diào)、洗衣機、電飯煲、熱水器等運動控制舉例2.運動控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢？更小體積（單位空間內(nèi)放置更多的控制部件）1更少接線（運動控制總線技術(shù)）2

更少部件（集成化發(fā)展）3

更強控制、更易用4

大數(shù)據(jù)和云計算（物聯(lián)網(wǎng)和智能網(wǎng)絡(luò)）5主要涉及步進電機、伺服電機的控制未來：智能化1.1.1運動控制系統(tǒng)定義及分類運動控制系統(tǒng)（MotionControlSystem）也可稱作電力拖動控制系統(tǒng)（ControlSystemsofElectricDrive）狹義）。定義：運動控制系統(tǒng)（MotionControlSystem）是以電動機為控制對象、以控制器為核心、以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在“自動控制理論”的指導(dǎo)下組成的一種自動控制系統(tǒng)。1.1運動控制系統(tǒng)概述功率放大與變換裝置是執(zhí)行手段，目前常用可控電力電子器件組成電力電子裝置；控制器有模擬控制器和數(shù)字控制器兩類；常見的反饋信號是電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置（位移）。直流調(diào)速系統(tǒng)

交流調(diào)速系統(tǒng)按照原動機分控制系統(tǒng)分類：經(jīng)典控制系統(tǒng)

現(xiàn)代控制系統(tǒng)按照控制理論分直流電動機

交流異步電動機電動機

同步電動機（1）單片機構(gòu)成的運動控制系統(tǒng)適用于運動控制系統(tǒng)的功能較簡單、產(chǎn)品批量較大，且單片機系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗較豐富的用戶。（2）PC機+運動控制卡構(gòu)成的運動控制系統(tǒng)能充分利用計算機資源，可用于運動過程、運動軌跡都比較復(fù)雜且柔性比較強的機器和設(shè)備。（3）PLC構(gòu)成的運動控制系統(tǒng)主要用于運動過程不是特別復(fù)雜、運動軌跡相對固定的設(shè)備。（4）專用運動控制系統(tǒng)主要是指專用的數(shù)控系統(tǒng)，一般都是針對專用設(shè)備，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。按控制器類型分：1.1.2運動控制系統(tǒng)組成圖1運動控制系統(tǒng)及其組成運動控制系統(tǒng)亦稱：電力拖動控制系統(tǒng)（改變物理量：轉(zhuǎn)矩、速度、位移等）涉及領(lǐng)域較廣1.1.3運動控制基本控制方式一、開環(huán)控制特點:在控制器與被控對象之間只有正向控制作用而沒有反饋控制作用，即系統(tǒng)的輸出量對控制量沒有影響。按給定值操作

按干擾補償開環(huán)控制分類二、閉環(huán)控制正反饋控制（反饋量為正）

負反饋控制（反饋量為負）閉環(huán)控制圖1-2按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理方框圖（1）一般為負反饋系統(tǒng)，按照給定和反饋之間的偏差信號進行自動調(diào)節(jié)，維持系統(tǒng)恒定；（2）但是，控制系統(tǒng)的參數(shù)需要匹配，否則系統(tǒng)會無法正常工作。注意：例1-1：

一個簡單的水位控制系統(tǒng)如圖1-5所示，試分析系統(tǒng)的工作原理，并畫出系統(tǒng)的原理方框圖。1.1.4定位控制方式用限位開關(guān)實現(xiàn)的定位控制這種定位方式簡單，僅需要限位開關(guān)即可，缺點是精度極差，由于斷電后自由滑行，停止時間由慣性決定。即使添加制動裝置用于提高定位精度，但仍不能滿足要求，并且維護也不方便。變頻器雙速控制實現(xiàn)定位控制利用變頻器的多段速功能在低速時停止，系統(tǒng)慣性大大降低，位置精度也有了很大的提高。變頻器減速停止定位精度可達±0.5-±5mm1.1.4定位控制方式PLC編碼器高速計數(shù)實現(xiàn)定位控制編碼器將位移信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號送入PLC的高速計數(shù)口，PLC就可以通過程序?qū)崿F(xiàn)高、中、低速切換，使用十分方便。1.1.4定位控制方式1.2交直流調(diào)速系統(tǒng)特點直流調(diào)速的發(fā)展過程從簡單到復(fù)雜，從開環(huán)到閉環(huán)、從單環(huán)到多環(huán)、從不可逆調(diào)速到可逆調(diào)速、數(shù)字化調(diào)速（智能化）等；目前直流調(diào)速系統(tǒng)的研究及應(yīng)用已很成熟；直流調(diào)速系統(tǒng)響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗干擾性也較強，起、制動性能好，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。應(yīng)用場合：在調(diào)速要求較高的場合，仍用直流調(diào)速，比如：軋鋼廠、海上鉆井平臺、提升機、電梯控制等。1.2.1直流調(diào)速系統(tǒng)特點1.2.2交流調(diào)速系統(tǒng)特點（1）交流電動機體積小、重量輕、沒有電刷和換向器、轉(zhuǎn)動慣量小、制造簡單、結(jié)構(gòu)牢固、工作可靠、易于維修等優(yōu)點，但是控制比較復(fù)雜。（2）以大功率半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的交流電動機調(diào)速系統(tǒng)已具備了較寬的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)態(tài)精度、較快的動態(tài)響應(yīng)、較高的工作效率以及可以四項限運行等優(yōu)異性能，其靜、動態(tài)特性均可以與直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。永磁電動機1．MATLAB的特點

（1）五大基本組成部分：開發(fā)環(huán)境、數(shù)學(xué)函數(shù)庫、MATLAB語言、繪圖功能、應(yīng)用程序接口。（2）

典型應(yīng)用：數(shù)學(xué)計算、科學(xué)算法開發(fā)、數(shù)據(jù)采集和信號處理、建模及原型仿真、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、科學(xué)與工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)。1.3MATLAB/Simulink仿真技術(shù)命令行窗口歷史命令窗口工作空間瀏覽器當(dāng)前目錄瀏覽器命令行提示符2、MATLAB的桌面環(huán)境3．Simulink的特點

（1）Simulink是MATLAB軟件的擴展，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的軟件包。它與MATLAB的區(qū)別在于，其與用戶的接口是基于Windows的模型化圖形輸入，用戶主要是構(gòu)建系統(tǒng)的模型，而非是語言的編程。（2）典型應(yīng)用：Simulink應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車、航空、工業(yè)自動化、大型建模、復(fù)雜邏輯、物理邏輯，信號處理等方面。4．Simulink操作環(huán)境建模系統(tǒng)模型時：需要根據(jù)需要選擇相應(yīng)領(lǐng)域的仿真庫及模塊函數(shù)。Simulink中的模塊函數(shù)1.4本課程任務(wù)與適用對象1）掌握轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成和工作原理；2）掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成和工作原理及轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的工程設(shè)計方法；3）掌握PWM控制原理及雙閉環(huán)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)組成及工作原理；4）了解交流電動機電壓——頻率協(xié)調(diào)控制機械特性；5）掌握交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理；課程任務(wù)課程任務(wù)6）了解交流異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理；7）了解變頻器應(yīng)用技術(shù)；8）了解伺服電機控制系統(tǒng)；