机电控制工程基础概要
机电控制工程
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步进电机基础
电机旋转一周需要多少个脉冲？ 360/5.625×64=64×64=4096
步进电机基础
➢实验中用到的步进电机：四相
a. 四相四拍
a.四相四拍 b.四相双四拍 c.四相八拍
b. 四相双四拍
c.四相八拍
A->B->C->D AB->BC->CD->DA A-> AB-> B->BC->C-> CD-> D-> DA
控制拍子顺序倒置即让电机反转！
步进电机控制
➢环形分配器的实现
采用软件方式： 四相八拍环形分配器数值表如下，在单片机程序中延时 一段时间后按顺序轮转输出以下值以使其正转或反转。
序号 A
B
C
D
方向
引脚 PB1： A相
1
1
0
0
0 反转
PB3： B相
2
1
1
0
0
PB2： C相
3
0
1
0
0
PB4： D相
4
0
1
1
四相八拍环形分配器程序
if(step_choice == EIGHTBEATS) //四相八拍 { if(dir_flag == FORWARD) //正转 { if(step == 0) A(); else if(step == 1) AB(); else if(step == 2) B(); else if(step == 3) BC(); else if(step == 4) C(); else if(step == 5) CD(); else if(step == 6) D(); else if(step == 7) DA(); } else if(dir_flag == BACKWARD) //反转 {…} step++; if(step == 8) step = 0; }
机电控制工程基础课程教学大纲
第一部分大纲说明1. 课程性质与任务课程性质：本课程是中央广播电视大学机械设计制造及其自动化专业的一门必修专业基础课程。
课程任务：通过本课程的教学和实践，使学生掌握自动控制的基本理论、自动控制系统校正及设计基本方法，全面培养学生分析系统、设计系统的能力，使学生在面对实际问题时，能够站在系统的、全局的高度来思考。
2．本课程与相关课程的关系先修课：微积分初步、C语言程序设计、电路分析基础等。
后续课：计算机控制技术、机电一体化系统设计基础、信号处理原理等。
3．课程的教学基本要求（1）了解自动控制系统的基本概念，区分开环与闭环控制系统；（2）能够熟练建立机电系统的微分方程、传递函数这两种形式的数学模型，掌握系统复杂动态结构图的化简；（3）理解系统时域分析的基本概念，熟练求解一阶和二阶系统的响应，深刻理解系统稳定性的基本概念，掌握Routh稳定性判据的基本思想，熟练求解系统的稳态误差；（4）深刻理解频率法的基本概念，熟练掌握典型环节频率特性的绘制方法，重点掌握系统暂态特性和开环频率特性的关系;（5）掌握典型系统根轨迹的绘制原则；（6）理解控制系统校正的一般概念，熟练掌握系统的串联校正、并联校正和前馈校正等补偿方法。
4．教学方法和数学形式建议本课程是一门理论性和实践性都很强的课程，涉及面较宽，所以要强调利用多种教学手段，完成大纲要求。
课程教学形式建议以课堂讲授为生，辅助实践环节的训练，并通过课后练习和自学加强对所学知识的理解。
有条件时可进行网上教学。
课堂讲授（1）建议利用电子教案或课件，结合板书授课，这样既可增大信息量又使学生思路跟得上教师的讲课进度；（2）建议结合学生专业特点，多举一些应用实例，在讲授知识的同时，着重讲授提出问题、解决问题的方法。
也可以引进课上讨论分析的手段，提高学生的参与度，但设计的问题要合适、明确、有趣；（3）建议在讲授基本知识点、基本要求的同时，结合计算机应用技术的发展，给学生介绍一些相关的新型知识、技术、典型产品等。
机电控制工程基础课程辅导(第一次)
机电控制工程基础课程辅导(第一次)控制系统的基本概念一. 自动控制的基本概念自动控制是相对于人工控制而言的，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。
自动控制系统指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成。
被控制对象(简称被控对象)是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。
例如，飞机、锅炉、机床以及化工生产过程等。
二. 自动控制的实例恒温控制系统在这个控制系统中，恒温箱的温度是由给定信号电压u1控制的。
当外界因素引起箱内温度变化后，作为测量元件的热电偶，将与温度相对应的电压信号u2测出，并反馈回去与给定信号u1进行比较，所得的结果即为温度的偏差信号Δu。
经过电压、功率放大器放大后，以控制电动机的旋转速度与方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。
当恒温箱内温度偏高时，使调压器减小加热电流，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。
此时偏差信号Δu ＝0，电机停止。
这样，就完成了所要求的控制任务。
而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。
反馈控制有两个最主要的特点：一是有反馈存在，二是按偏差进行控制。
实现自动控制的装置可以各不相同，但反馈控制原理却是相同的。
自动控制的优点自动控制技术具有以下优点：⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用。
三. 自动控制的基本方式控制系统按其结构型式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统三种。
开环控制系统如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用就没有影响，这样的系统就称为开环控制系统。
机电控制工程基础(第一章)
3.伺服系统又称随动系统 系统输入量随时间任意变化。 系统输出量常是机械位移、速度、加速度、力、 力矩等机械量。 系统的基本任务是使系统输出量能快速、准确地 跟随输入量变化。 机械加工中的仿形机床。 武器装备中的火炮自动瞄准系统、雷达跟踪系 统、导弹目标自动跟踪系统
1
2 3 4
发送电位器 接收电位器
1
2 3 4
动态过程（过渡过程）—— 系统受到外加信号作 用后，输出量随时间 t 变化的 全过程。
r(t)
c(t)
t
t
一种过渡过程是收敛的，即过渡过程结束后，系统 又趋于平衡状态，这类系统称为稳定的； 另一种过渡过程是发散的，这类系统称为不稳定的； 等幅振荡也被认为是不稳定的。 显然，系统稳定是保证系统能正常工作的首要条件。
1
2 3 4
比较
u1
+
电压 放大
执行电动机
功放
减速器
u2
+
热电偶
调压器
加热电阻丝
220V
~
图1-2恒温箱的自动控制系统
1
2 3 4
给定值（要求的温度）—— 由给定信号电压 u1控制 测量元件 —— 热电偶，把温度转换成对应的电压 信号 u 2 放大元件 —— 电压、功率放大器 执行元件 —— 执行电动机 受控对象 —— 恒温箱 被控量 —— 恒温箱的温度 干扰 —— 工件、环境温度等 偏差信号 —— ∆u = u − u
常用术语 1. 受控对象 —— 被操纵的机器、设备 2. 控制装置 —— 对受控对象起控制作用的设备总体 3. 被控量（输出量）—— 在工作过程中需要加以控制 的物理量 4. 输入量（给定值）—— 控制输出量变化规律的信号 5. 扰动 —— 除控制信号外，一切对系统输出量产生 影响的因素 6. 自动控制 —— 在没有人直接参与的情况下，利用 控制装置操纵受 控对象，使被控量等于希望值。
基础知识机电控制工程教学课件 (一)
基础知识机电控制工程教学课件 (一)随着现代科技的不断发展，机电一体化技术在工业领域拥有着广泛的应用。
为了培养和培训相关技术人才，高校机电控制工程专业的课程设置备受关注。
对于教学过程而言，基础知识机电控制工程教学课件的编制则显得至关重要。
本文将从三个方面探讨如何编写基础知识机电控制工程教学课件。
一、基础知识课程重点基础知识机电控制工程课程主要包括电机原理、电子技术、自动控制等方面的内容。
此外，还需要学习相关的机器人技术及控制方法。
在编写基础知识课程时，应该注重内容的全面性和连贯性，帮助学生掌握课程的重点和难点。
二、课件的制作要点基础知识机电控制工程教学课件的制作应遵循以下要点：1、采用合适的课件制作工具，以便课件的幻灯片制作、课件内容编辑、课件演示等操作更加方便。
2、注意课件内容质量，内容的衔接自然，思路清晰，让学生更好地掌握课堂知识。
3、课件的文字、图片、视频以及动画等资源应选择合适的例子和样本，向学生提供良好的学习资源和生动形象的案例。
4、根据学生的认知水平，合理安排教学内容和难度，以达到课程的效果。
五、课程实践要求基础知识机电控制工程课程并不是只需要掌握理论知识，还需要实际操作和独立解决问题。
课程实践是基础知识机电控制工程教学的一部分，设计一些机电控制系统模块进行实际操控和模拟，让学生能够运用所学知识解决实际问题。
综上所述，编制基础知识机电控制工程教学课件是一项非常重要的任务，需要注重课件制作的完整性和连贯性，课程的难度和整体体系的协调性。
通过对机电控制的基础知识的学习和课程实践的深入研究，可以更好地帮助学生培养掌握相关机电技术和控制技能的能力。
机电控制技术基础
机电控制技术基础机电控制技术基础是现代工业自动化的重要组成部分，它涉及到机械、电气、电子、计算机等多个学科的知识。
在工业生产中，机电控制技术的应用可以实现对机械设备的自动化控制和监测，提高生产效率和质量，降低生产成本。
本文将从机电控制技术的基本原理、常见的控制器和传感器、实际应用等方面进行介绍和阐述。
机电控制技术的基本原理是基于信号的采集、处理和输出。
在机电控制系统中，传感器负责采集各种物理量，如温度、压力、速度等，并将其转换为电信号。
接着，这些电信号经过处理器进行处理，根据预设的控制策略产生控制信号。
最后，控制信号通过执行器驱动机械设备，实现对其运动、位置、力等参数的控制。
在机电控制系统中，常见的控制器包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）和CNC（数控系统）等。
PLC是一种专用的可编程控制器，广泛应用于工业自动化领域。
它具有较高的可靠性、可编程性和灵活性，可以完成各种控制任务。
DCS是一种分布式控制系统，适用于需要对大型工业过程进行集中控制和监测的场合。
CNC是一种数控系统，主要用于机床的控制，可以实现对机床运动轴的精确控制。
除了控制器，机电控制系统中还需要使用各种传感器来实现对被控制对象的监测和测量。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
温度传感器可以测量物体的温度，并将其转换为电信号输出；压力传感器可以测量物体的压力，并将其转换为电信号输出；光电传感器可以检测物体的存在或位置。
通过与控制器的连接，传感器可以向控制器提供实时的参数信息，以实现对被控制对象的准确控制。
机电控制技术在实际应用中具有广泛的应用领域。
例如，工业生产中的自动化生产线就是典型的机电控制系统。
在自动化生产线上，机械设备可以通过传感器进行实时监测，控制器可以根据监测到的信号进行智能控制，实现对生产过程的自动化控制。
此外，在家用电器领域，机电控制技术也得到了广泛应用。
例如，洗衣机、空调、电视等家电设备都采用了机电控制技术，使得这些设备具备了自动化控制和智能化功能。
机电控制工程基础控制系统的工程设计
汇报人：文小库 2024-01-01
目录
• 机电控制系统概述 • 控制系统的基本原理 • 控制系统的分析与设计 • 现代控制技术及应用 • 工程设计案例分析
01
机电控制系统概述
机电控制系统的定义与特点
总结词
机电控制系统是由各种自动化元件和线路组成的，用于实现机械运动和工艺动作 的控制。其特点包括自动化、高效性、精确性和可靠性。
预测控制技术
总结词
预测控制技术是一种基于模型预测和滚动优化的控制方法。
详细描述
预测控制技术通过建立被控对象的动态模型，预测未来的输 出轨迹，并滚动优化控制策略，以达到最优的控制效果。
05
工程设计案例分析
数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计是机电控制工程中的重要应用之一， 它涉及到机械、电子、控制等多个领域的知识。在设计过程 中，需要考虑机床的加工精度、运动性能、稳定性等方面的 要求，并选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
电梯控制系统设计的主要内容包括：逻辑控制电路设计、 安全保护电路设计、显示电路设计等。在设计过程中，需 要综合考虑各种因素，如建筑结构、人员流量、使用频率 等，以确保设计的有效性。
工业机器人控制系统设计
工业机器人控制系统是实现机器人自动化操作的核心部分，它的设计涉及到运动学、动力学、控制理 论等多个领域的知识。在设计过程中，需要考虑机器人的运动轨迹、速度、加速度等方面的要求，并 选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
03
控制系统的分析与设计
控制系统的数学模型
控制系统数学模型
描述控制系统动态行为的数学表达式，包括 微分方程、传递函数、状态方程等。
建立数学模型的步骤
机电控制工程
机电控制工程机电控制工程是将机械学、电子学和自动控制理论相结合，应用于机械系统的自动控制领域。
这个领域涵盖了机械、电子、计算机、控制等多个学科的知识，旨在设计和实现能够对机械系统进行控制和监测的自动化系统。
1.工程概述机电控制工程的目标是通过引入先进的控制技术，使机械系统能够满足特定的性能要求和操作条件。
这些系统可以是各种类型的机械设备，如机床、机器人、自动化生产线等。
机电控制工程主要涉及以下几个方面：•机械设计：设计机械系统的机构、传动和执行器等部件，使其具有良好的运动性能和可靠性。
•电子设计：设计机械系统的电气控制部分，包括传感器、执行器、电路和电源等，以实现对机械系统的控制和监测。
•自动控制：设计和实现控制算法，根据输入信号和系统反馈信息，控制机械系统的运动和行为。
2.机电控制系统的组成机电控制系统由以下几个基本组成部分组成：1.传感器：传感器用于感知机械系统的状态和环境条件，比如测量位置、速度、力等参数。
传感器将这些信息转化为电信号，供控制系统使用。
2.执行器：执行器是机械系统中实际完成工作的部件，比如电机、液压马达等。
执行器接收控制系统的指令，将电信号转换为机械运动或力输出。
3.控制器：控制器是机电控制系统中的核心部件，负责接收传感器反馈信息，根据预定的控制算法计算输出信号，并将其发送给执行器。
常见的控制器包括微处理器、PLC等。
4.电源：为了保证机电控制系统的正常运行，需要稳定的电源供应。
电源提供所需的电能，并确保系统各部件的电压和电流符合要求。
5.通信接口：机电控制系统通常需要与其他设备或系统进行通信，以实现数据共享和远程控制。
通信接口可以通过串口、以太网等方式实现。
3.机电控制工程的应用机电控制工程广泛应用于许多领域，如制造业、机械加工、交通运输、航空航天等。
下面列举几个常见的应用领域：1.自动化生产线：机电控制工程可以用于设计和实施自动化生产线，从而提高生产效率和产品质量。
自动化生产线可以实现自动化装配、包装和检测等任务。
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传递函数
一般形式 首1标准型
尾1标准型
K-增益
3.关于传递函数的几点说明
特征多项式：传递函数的分母多项式 阶数：传递函数分母中s的最高阶次表示系统 的阶数 极点(特征根)：传递函数分母多项式的根 零点：传递函数分子多项式的根
4.传递函数和微分方程之间的关系
只要把微分方程中各阶导数用相应阶次的变量 s代替，就很容易得到系统的传递函数。
线性定常连续时间系统
与输出量有关的放在微分方程左端 与输入量有关的放在微分方程右端
运用解析法建立简单的机、电系统的微分方程 模型
传递函数(重点掌握)
1.定义：在零初始条件下，线性定常系统输出量 的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比
传递函数(重点掌握)
2.传递函数的标准形式
微分方程一般形式(c为输入，r为输出) 拉氏变换 传递函数
2.运用反馈公式求
5.典型环节及其传递函数 6.反馈控制系统的传递函数
控制系统的动态结构图
动态结构图及其等效变换
串、并及反馈连接的等效传递函数 相加点及分支点的前后移动 相邻相加点或分支点的交换
例题
假设初始条件为零，写出如下微分方程的拉氏 变换表达式，并写出传递函数，确定系统的阶 次和特征方程，和极点的求取方法。
机电控制工程基础
学习方法、典型习题解析一
第1章 控制系统基本概念
需掌握以下内容： 1. 三种基本控制方式(开环、闭环、复合) 2. 反馈控制系统的基本组成 3. 负反馈控制原理 4. 对控制系统的基本要求 5. 由系统工作原理图绘制方框图
反馈控制系统的常用结构
负反馈原理
将系统的输入信号引回输入端，与输入信号比 较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小 偏差、消除偏差的目的。 ——构成闭环控制系统的核心
闭环(反馈)控制系统的特点
系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路 偏差起调节作用
对控制系统的基本要求
稳 准 快
系统①稳定 系统②不稳定
系统①快速性差 系统②快速性较好来自第2章 控制系统的数学模型
控制系统数学描述的分类
微分方程 传递函数 动态结构图
微分方程模型