1、,1,控制器在工業(yè)中的地位,生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備、系統(tǒng)自動(dòng)化離不開(kāi)控制器； 控制器是系統(tǒng)、產(chǎn)品的核心單元； 控制器的品質(zhì)往往決定了整個(gè)系統(tǒng)（或產(chǎn)品）的質(zhì)量等級(jí)。,為什么開(kāi)設(shè)機(jī)電控制技術(shù)課程？,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,2,數(shù)控機(jī)床,美國(guó)MIT的Servomechanism Laboratory研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(1952),數(shù)控車(chē)床,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,3,機(jī)器人,美國(guó)George Devol研制出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)(1954)，兩年后，被稱(chēng)為機(jī)器人之父的Joseph Engelberger創(chuàng)立了第一家機(jī)器

2、人公司，Unimation。,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,4,航天航空,世界第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik)由蘇聯(lián)發(fā)射成功(1957),機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,5,中國(guó)嫦娥3號(hào)在月面軟著陸成功(2013),機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,6,工業(yè)中常用控制器,低壓電器,可編程序控制器,單片微型計(jì)算機(jī),DSP數(shù)字信號(hào)處理器,運(yùn)動(dòng)控制卡,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,7,工業(yè)計(jì)算機(jī),DCS集散系統(tǒng),PAC,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,202

3、0/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,8,本課程的主要內(nèi)容：,工業(yè)中常用控制器的工作原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 低壓電器 PLC 單片微型計(jì)算機(jī),機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,9,課程的特點(diǎn)：,知識(shí)面廣、涉及深度有限； 工程性強(qiáng)，結(jié)合實(shí)例著重方案分析與歸納，介紹軟件功能并結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)講解基本操作； 講課、上機(jī)、個(gè)人自學(xué)相結(jié)合。 成績(jī)構(gòu)成： 閉卷考試70%+考勤15%+作業(yè)15%,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,10,教學(xué)要求與目標(biāo),掌握,達(dá)到,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,11,教材及參考資料,教

4、材 機(jī)電傳動(dòng)控制 芮延年主編 機(jī)械工業(yè)出版社 參考書(shū)籍、期刊、網(wǎng)站 機(jī)電控制技術(shù)，楊汝清，2008，科學(xué)出版社 http:/WWW(中國(guó)工控網(wǎng)） （中國(guó)期刊網(wǎng)）,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,12,理論教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排,第一章 概述 2學(xué)時(shí) 第二章 機(jī)電控制系統(tǒng)模型 3學(xué)時(shí) 第三章 繼電器接觸器控制系統(tǒng) 16學(xué)時(shí) 第四章 可編程序控制器原理及應(yīng)用 18學(xué)時(shí) 第五章 單片機(jī)原理及應(yīng)用 24學(xué)時(shí) 注：教材中的第三章傳感器技術(shù)不講述！,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,13,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排,第一部分 低壓電器仿真 4學(xué)

5、時(shí) 第二部分 PLC硬件組態(tài)、軟件開(kāi)發(fā) 4學(xué)時(shí) 第三部分 單片機(jī)硬、軟件仿真 4學(xué)時(shí),理論學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)=75學(xué)時(shí),機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,14,本章主要介紹內(nèi)容,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,15,控制 :為了達(dá)到某種目的對(duì)事物進(jìn)行支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。,自動(dòng)控制 : 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(chēng) ）,使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（ ）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即 ）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行（或變化）。,1.1 控制系統(tǒng)基本概念,例1.鋼鐵軋制:軋出厚度一致的高精度鐵板 溫度控制,生鐵

6、成分控制,厚度控制,張力控制等等。,例2.程控機(jī)床:自動(dòng)進(jìn)刀切削，加工出預(yù)期的幾何形 狀直線(xiàn)、圓弧等各種差補(bǔ)控制，進(jìn)給量控制,等等。,控制裝置或控制器,被控對(duì)象,被控量,什么是控制？,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,16,人工控制過(guò)程 （1）觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量） （2）與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較得到溫度偏差的大小和方向 （3）根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流（控制量）以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值。,實(shí)質(zhì)檢測(cè)偏差再糾正偏差。,例1. 恒溫箱控制,1.2 控制系統(tǒng)的工作原理,如何實(shí)現(xiàn) 恒溫？,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28

7、,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,17,（3）溫度偏差信號(hào)經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)溫度偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電流的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差u=0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,自動(dòng)控制過(guò)程,t u2 u ua n v u t,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,18,系統(tǒng)原理方塊圖,實(shí)質(zhì) 檢測(cè)偏差 糾正偏差,系統(tǒng)輸入量,系統(tǒng)輸出量,偏差,反饋,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,19,例2 .水箱液位控制,人工控制,自動(dòng)控制,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上

8、海交大繼續(xù)教育學(xué)院,20,控制系統(tǒng)的工作原理：檢測(cè)偏差再糾正偏差 檢測(cè)輸出量（被控制量）的實(shí)際值； 將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比較得出偏差； 用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。（反饋控制）,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,21,1.3 控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,22,按輸入量的特征分類(lèi),恒值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿?wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。 如：恒溫箱控制、電網(wǎng)電壓、頻率控制等。 隨動(dòng)系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律不能預(yù)先確知，其控制要

9、求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律。 如：仿形加工系統(tǒng)、火炮自動(dòng)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等 程序控制系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律預(yù)先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律，發(fā)出控制指令，使被控對(duì)象按照指令程序的要求而運(yùn)動(dòng)。 如：交通信號(hào)燈、洗衣機(jī)等,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,23,按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi),連續(xù)控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)中各部分傳遞的信號(hào)為隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)。連續(xù)控制系統(tǒng)通常采用微分方程描述。 離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)中某一處或多處的信號(hào)為脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)通常采用差分方程描述。,機(jī)

10、電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,24,方程系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系-定常、時(shí)變*,按系統(tǒng)元件特性分類(lèi),線(xiàn)性控制系統(tǒng)： 由線(xiàn)性元件組成，輸入輸出間具有疊加性和均勻性性質(zhì)。 以線(xiàn)性微分方程來(lái)表述。,非線(xiàn)性控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)中有非線(xiàn)性元件，輸入輸出間不具有疊加性和均勻性性質(zhì)。 用非線(xiàn)性微分方程來(lái)表述。,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,25,開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制,實(shí)際的控制系統(tǒng)根據(jù)有無(wú)反饋?zhàn)饔每煞譃椋?機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,26,開(kāi)環(huán)控制,控制器與被控對(duì)象間只有順序作用而無(wú)反向聯(lián)系且控制單方向進(jìn)行。

11、,數(shù)控機(jī)床的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠。,缺點(diǎn)：精度通常較低、無(wú)自動(dòng)糾偏能力。,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,27,閉環(huán)控制,閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過(guò)程有直接影響。閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，減少偏差。,優(yōu)點(diǎn)：精度較高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感,缺點(diǎn)：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問(wèn)題，系統(tǒng)性能分析和設(shè)計(jì)麻煩。,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,28,1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求,穩(wěn)定性： 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。,

12、穩(wěn)定的擺,不穩(wěn)定的擺,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,29,穩(wěn)定: 當(dāng)擾動(dòng)取消后，系統(tǒng)都能夠恢復(fù)到原有的平衡狀態(tài)。,大范圍穩(wěn)定,小范圍穩(wěn)定,不穩(wěn)定,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,30,控制系統(tǒng)在外部攏動(dòng)作用下偏離其原來(lái)的平衡狀態(tài)，當(dāng)攏動(dòng)作用消失后，系統(tǒng)仍能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的初始平衡狀態(tài)。,(a)外加擾動(dòng),線(xiàn)形定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性的定義,(b)穩(wěn)定,(c)不穩(wěn)定,注意：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定，與外界因素?zé)o關(guān)。穩(wěn)定性由控制系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?chǔ)能元件的能量不可能突變所產(chǎn)生的慣性滯后作用所導(dǎo)致,機(jī)電控制技術(shù),第一章概述,2020/7/28,上海交大繼續(xù)教育學(xué)院,31,準(zhǔn)確性： 控制精度，以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量。穩(wěn)態(tài)誤差是指輸入量作用系統(tǒng)后，系統(tǒng)的調(diào)整（過(guò)渡）過(guò)程結(jié)束而趨于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與給定量之間的差值。,快速性： 系統(tǒng)輸出量和輸入量產(chǎn)生偏差時(shí)，系統(tǒng)消除這種偏差的快慢程度?？焖傩员碚飨到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。,注意： 不同性質(zhì)的控制系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定性、精確性和