机电系统计算机控制

1.叙述机电控制系统的组成、分类和发展趋势（可用图表表示）。

答：（1）组成：

从系统总体的角度而言，它应包括硬件和软件两大部分。硬件一般由控制对象、检测环节、计算机、输入输出通道、外部设备和操作台组成；软件分为系统软件和应用软件。 （2）分类：

数据采集和数据处理系统；直接数字控制系统；监督控制系统；分级计算机控制系统。

（3）发展趋势：

DCS 和工业控制计算机技术正在相互渗透发展，并扩大各自的应用领域；控制系统的网络化；控制系统的系统扁平化；控制系统的智能化；工业控制软件的组态化。

1.如何理解拉氏变换和Z 变换（关系）？列出其相同点和不同点，并说明S 平面与Z 平面是如何映射的？

答：（1）关系：

Z 变换是把)(t f 的采集信号的拉氏变换)(F s 进行演变，将)(s F 中的Ts

e 换成z 而得到的。

S 平面与Z 平面的映射关系

2.设计某一直流电动机闭环调速系统并建立其各环节数学模型，写出动力学方程。

答：额定励磁下直流电动机。

Re[z ]

jIm[z ]

j Ω3π / T

－3π / T －π / T

π / T σ

S 平面

－1

Z 平面

o 1

o

4.结合例子用MATLAB/Simulink 对PID 模块的三个参数进行整定并仿真，写出参数整定的心得体会。 仿真实例：

设有一单位反馈系统,其开环传递函数为:

s

s s s G 561

)(2

3++=

试采用临界比例度法计算系统PID 控制器的参数,并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。 (1) 搭建系统Simulink 模型框图,如图1 所示; (2) 设置PID 参数的名称及配置仿真参数; (3) PID 参数变量的初始化;

(4) 整定PID 参数，绘制整定前后系统的单位阶跃响应曲线。

图1.模型框图

按照临界比例度法整定PID 参数。临界比例度法的第一步是获取系统的等幅振荡曲线,从而求得临界增益和临界振荡周期值。 最后再根据PID 参数整定公式求出:比例系数Pk =18， 积分系数Ki=12.86，微分系数Kd =6.3。 仿真得到系统阶跃响应曲线如图3所示。

从图3看出，该系统阶跃响应曲线的超调量有点偏大，此时可以对整定的PID 参数适当的作一些调整。可以通过降低积分系数Ki ，来减小超调量。

调节积分系数Ki=6,重新进行仿真,得到系统阶跃响应曲线如图4所示，超调量和调节时间都比图3中的有所降低，对于没有特殊要求的过程,控制系统来说,这样的性能指标已经能满足要求了。

图2. 整定前系统阶跃响应曲线

图3. 临界比例度法整定的系统阶跃响应曲

图4. 整定参数调整后的系统阶跃响应曲线

5.说明你在即将开展的科研项目工作中可能用到的机电控制系统，解释系统的工作原理并画出系统组成框图。

图5. 回转支承检测实验台的控制系统简图

我即将开展的项目是回转支承检测实验台的控制系统的研究，它的大致工作原理如下：首先利用PLC指令控制伺服电机，从而实现检测装置的运动，其次再利用接近开关和压力传感器控制检测装置的极限运动位置，然后利用光栅尺测量检测装置所运动的距离，最后通过触摸屏显示所检测的数据。