机电控制系统
机电控制及其自动化
机电控制及其自动化
机电控制及其自动化是指利用电气和机械控制技术实现对机械设备的控制和自
动化操作。
机电控制系统包括电气控制和机械传动两个部份，通过电气信号控制机械设备的运动和工作状态。
机电控制系统的基本组成部份包括传感器、执行器、控制器和电源。
传感器用
于检测机械设备的运动和工作状态，将其转换成电气信号；执行器根据控制信号驱动机械设备进行相应的运动和动作；控制器接收传感器信号，并根据预设的控制算法生成控制信号，控制机械设备的运动和工作状态；电源为机电控制系统提供电能。
机电控制系统的自动化是指通过自动控制技术实现机械设备的自动化操作。
自
动化可以提高生产效率、降低劳动强度、提高产品质量和稳定性。
常见的机电控制系统的自动化应用包括工业生产线、机器人、自动化仓储系统等。
机电控制及其自动化是现代工业生产的重要技术之一，广泛应用于各个领域，
如创造业、交通运输、能源、医疗、农业等。
随着科技的发展和智能化水平的提高，机电控制及其自动化将在未来发挥更加重要的作用。
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计是指将机械装置和电子控制系统相结合，实
现自动化控制的一种技术和设计方法。
这种技术和设计方法的目的是提高生产效率、降低
人力成本、优化产品品质，并保证操作的安全性。
机电控制系统自动控制技术主要包括传感器技术、信号处理技术、运动控制技术和智
能控制技术等方面。
传感器技术是机电控制系统的基础，它可以将机械装置的物理量转化
为电信号，并输入给控制系统。
信号处理技术是对传感器输出的信号进行处理和分析，以
获得有用的信号信息。
运动控制技术是实现机械装置运动控制的核心技术，它可以控制机
械装置的位置、速度和加速度等参数。
智能控制技术是利用人工智能和专家系统等方法，
对机电控制系统进行智能化控制和优化设计。
机电控制系统一体化设计是将机械装置和电子控制系统的设计过程进行整合，以实现
系统设计的整体性和协调性。
在这种设计方法中，机械装置和电子控制系统的设计可以同
步进行，并在设计过程中进行多个层面的交互。
通过一体化设计，可以提高设计效率和质量，降低系统的成本和风险。
机电控制系统自动控制技术与一体化设计在各个领域都有广泛的应用。
在工业生产中，可以利用这种技术和设计方法实现生产线的自动化控制和优化；在交通运输领域，可以利
用这种技术和设计方法实现车辆的自动驾驶和智能交通管理；在医疗领域，可以利用这种
技术和设计方法实现医疗装置的自动化控制和治疗过程的优化。
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计机电控制系统是一种涵盖机械、电子、信息技术的综合性技术体系。
其主要功能是将机械、电子和信息技术有机结合，实现机械设备的高效稳定工作。
随着科技的不断进步，机电控制系统自动化技术不断更新，而一体化设计成为其中的重要组成部分。
一体化设计指的是在机电控制系统设计中同时考虑机械、电气和信息技术三个方面，使其成为一个统一的系统。
一体化设计可以提高机电控制系统的安全性、可靠性、稳定性和维护性。
因此，在机电控制系统的设计中，一体化设计已成为不可或缺的一环。
一体化设计的实现需要涉及到多个方面，例如在机械设计中考虑机电一体化的要求，制定机电一体化的设计方案，把机械、电气、信息模块优化整合，最终完成整体的机电控制系统设计。
在实际应用中，一体化设计需要在各个方面进行统筹考虑，在满足机械性能的前提下，设计出电气和信息方面的配套控制系统。
机电控制系统的自动控制技术是实现一体化设计的重要手段之一。
自动化技术的应用可以提高机电控制系统的工作效率，减少人为干预，从而提高机械设备的稳定性和可靠性。
机电自动控制技术可以实现多个设备之间的协同工作，使整个机电控制系统具有高度自动化、高效性和稳定性。
在机电自动控制技术应用中，需采用各种传感器、执行器等，将物理量通过电气信号进行传输，再进行处理和控制，从而实现机械设备的自动化控制。
例如，在机械运动控制中，可以通过使用步进电机控制器实现精确控制线性和旋转运动；在流程控制中，可通过采用PLC程序控制器等设备实现系统流程的自动控制和管理。
机电控制系统自动控制技术和一体化设计的结合可以极大地提高机械设备的生产效率和稳定性，实现设备的高效运行和维护。
此外，机电一体化设计同时还能降低机械设备的生产成本和维护成本，提高企业的经济效益，具有非常重要的应用前景。
总之，机电控制系统自动控制技术和一体化设计是目前机械设备制造行业发展的重要趋势，这种技术在机械设备控制系统中的应用已经越来越广泛，是机械设备制造企业不可或缺的重要手段。
机电控制系统
1.机电一体化系统关键技术？⏹机械技术与精密机械技术⏹计算机与信息处理技术⏹自动控制技术⏹传感与检测技术⏹执行与驱动技术⏹系统总体技术2.机电控制系统的构成？⏹控制部分：大脑⏹执行部分：手足⏹检测部分：五官⏹机械部分：骨骼3.按偏差调节的闭环控制方式，即反馈控制方式。
测量被控量与给定值相比较，系统根据比较偏差进行自动调节，不断修正被控量的偏差，使之趋向于给定值。
无论是系统外部干扰的作用，还是系统内部结构参数的变化，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠偏。
但给定值受到干扰，或反馈通道（测量回路）受到干扰，系统没有纠偏的能力。
4.岸桥的总体结构及其功能？由金属结构、四大机构(起升机构、小车行走机构、大车行走机构、俯仰机构)、吊具、机房、司机室等组成。
5.通用变频器对电力电子开关器件的基本要求？理想的功率开关器件，应当有理想的静态和动态特性：⏹截止状态能承受高电压(高阻断电压)；⏹导通状态通导大电流，压降很低；⏹在开关切换时，开、关时间短(高开关频率)，可承受高的电流变化率di/dt和电压变化率dv/dt；⏹截止、导通均可控。
6.电子开关？SCR：晶闸管，电流半控双极型；GTR/BJT：三极管，电流全控双极型，耐压高，导通压降低，通流能力强，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂；MOSFET：功率场效应晶体管，电压全控单极型，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，驱动功率小，驱动电路简单；IGBT：绝缘栅晶体管，电压全控复合型，耐压高，导通压降低，开关速度快，大功率，低驱动，高频化。
7.电压全控混合型器件—智能功率模块IPMIPM(Intelligent Power Module)是将主开关器件、续流二极管、驱动电路、电流、电压、温度检测组件及保护电路、接口电路等集成在同一封装体内，形成的功率集成电路。
控制功能，保护功能，接口功能8.电力二极管，IGBT动态特性图P25 P379.电力电子器件的开关频率越低，其开通时间或关断时间越短。
机电控制系统自动控制技术与一体化设计
机电控制系统自动控制技术与一体化设计一、引言机电控制系统是现代工业中不可或缺的一部分，它是将电气控制、机械传动和自动控制技术有机结合在一起的系统，用来控制、调节和保护各种设备和机械。
随着科技的不断进步和工业的发展，机电控制系统的应用范围和复杂程度越来越大，要求系统能够实现更高的精度、更快的响应速度和更复杂的控制功能。
机电控制系统的自动控制技术和一体化设计显得尤为重要。
二、机电控制系统的基本组成机电控制系统由传感器、执行元件、控制器和执行机构组成。
传感器用来感知被控对象的各种参数，执行元件通过控制器来实现对被控对象的控制，控制器对传感器采集的信息进行处理，并根据设定的控制规则发出控制信号，执行机构则根据控制信号来进行相应的动作。
这些组成部分相互配合，构成了一个完整的机电控制系统。
1. 传感器传感器是机电控制系统的“眼睛”和“耳朵”，它能将各种被控对象的参数转换成电信号，如温度、压力、流量、位移等。
传感器的种类繁多，有温度传感器、压力传感器、光电传感器、接近开关等，不同的传感器用于感知不同的参数。
2. 执行元件执行元件是机电控制系统中的“手”，它根据控制信号来实现对被控对象的控制，如阀门、电机、气缸等。
执行元件能够将电信号转换成机械动作，实现对被控对象的操作。
3. 控制器控制器是机电控制系统的“大脑”，它通过对传感器采集的信息进行处理，并根据预设的控制规则来发出控制信号。
控制器的种类也是多种多样，有PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）、CNC（数控系统）等。
4. 执行机构以上这些组成部分是机电控制系统不可或缺的组成部分，它们相互配合、相互作用，构成了一个完整的系统。
三、自动控制技术在机电控制系统中的应用自动控制技术是机电控制系统中的核心部分，它能够通过对被控对象的参数进行实时监测和分析，并根据设定的控制规则来进行自动控制，从而实现对被控对象的精确控制。
自动控制技术主要包括控制理论、控制算法、控制策略等，它们在机电控制系统中发挥着重要的作用。
机电控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解机电控制系统的基本原理和组成；2. 掌握机电控制系统的调试方法；3. 熟悉常用控制元件的性能和特点；4. 提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理机电控制系统是指由电动机、执行机构、控制器、传感器等组成的，用于实现特定运动或控制功能的系统。
本实验主要研究步进电机驱动系统，通过控制步进电机的旋转角度和速度，实现机械装置的运动控制。
三、实验内容1. 步进电机驱动系统原理研究2. 步进电机驱动电路设计3. 步进电机驱动系统调试四、实验步骤1. 步进电机驱动系统原理研究（1）了解步进电机的工作原理和驱动方式；（2）分析步进电机驱动电路的基本组成和功能；（3）掌握步进电机驱动电路的调试方法。
2. 步进电机驱动电路设计（1）根据步进电机的参数（如相数、步距角等）选择合适的驱动电路；（2）设计步进电机驱动电路的硬件电路，包括驱动芯片、驱动模块、电源电路等；（3）绘制电路原理图和PCB布线图。
3. 步进电机驱动系统调试（1）搭建实验平台，包括步进电机、驱动电路、控制器、传感器等；（2）编写控制程序，实现步进电机的正转、反转、定位等功能；（3）调试系统，观察步进电机的运行状态，调整参数，使系统达到预期效果。
五、实验结果与分析1. 步进电机驱动系统原理研究通过学习，掌握了步进电机的工作原理和驱动方式，了解了步进电机驱动电路的基本组成和功能。
2. 步进电机驱动电路设计根据步进电机的参数，选择了合适的驱动电路，并完成了电路原理图和PCB布线图的绘制。
3. 步进电机驱动系统调试搭建了实验平台，编写了控制程序，实现了步进电机的正转、反转、定位等功能。
调试过程中，观察了步进电机的运行状态，调整了参数，使系统达到预期效果。
六、实验总结1. 通过本次实验，加深了对机电控制系统原理的理解，掌握了步进电机驱动系统的设计方法；2. 提高了动手能力和分析问题、解决问题的能力；3. 了解了常用控制元件的性能和特点，为今后从事相关领域工作奠定了基础。
机电控制工程基础课件：机电控制系统应用举例
机电控制系统应用举例
图 9－7 水位自动控制的自动调节过程
机电控制系统应用举例
9. 3 发动机离心调速系统
9. 3. 1 液压阀控液压缸和液压阻尼器 1. 液压阀控液压缸 液压阀控油缸(又称液压伺服阀)是液压伺服系统中常用
的一种执行元件。其结构原理图如图 9－8 所示。它实际上 是一个控制滑阀和一个动力液压缸的组合。
机电控制系统应用举例
1. 系统组成 1 )交流伺服电机 图中的被控对象是交流伺服电动机 SM , A 为励磁绕组, 为使励磁电流与控制电流互差 90° 电角,励磁回路中串接了 电容 C1 ,它通过变压器 T 1 产生的交流电源供电。 B 为控制 绕组,它通过变压器 T 2 经交流调压电路接于同一交流电源。 供电的电源为 115V 、 400Hz交流电源。系统的被控量为角 位移 θ 0 。
机电控制系统应用举例 2. 系统方块图 综上所述,可得如图 9－2 所示的位置随动系统的方框图。
图 9－2 位置随动系统方框图
机电控制系统应用举例
3. 工作原理 在稳态时, θo = θ i , Δ U =0 , U k 1 = U k 2 =0 , VT 正 与 VT 反 均关断, U s =0 ,电机停转。当位置给定信号 θi 改变,设 θ i 增大,则 U θ i = kθ i ,偏差电压 Δ U ( = U θ i - Ufθ) >0 ,此信号电 压经 PID 调节器 A 1 和放大器 A 2 后产生的 U k 1 >0 ,使正组 触发电路发出触发脉冲,双向晶闸管 VT 正 导通,使电动机正 转, θ o 增大。这个调节过程一直继续到 θ o = θi ,到达新的稳 态,此时 Ufθ= U θ i , Δ U =0 , U k 1 =0 , VT 正 关断,电机停转。 如图 9－3 ( a )所示。
机电一体化控制系统组成及作用
控制系统
控制系统由数字控制装置、输入输出装置，输入输出接口及功率放大电路、变频等部件组成其作用为：
（1）数字控制装置
作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息。
（2）输入装置
作用：接受现场状态信息和操作命令，（专为可识别的信息格式）
（3）输出装置（输出设备）
作用：接受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息，产生调解、改变系统工作状态的操作和动作。
（4）输入输出接口
作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能
（5）功率放大电路。
作用：将输出接口的输出控制信号进行功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备（输出装置），完成系统的运行。
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技术发展趋势
国外自上世纪60年代出现第一台工业过程控制系统以来已经过三代产 品的发展变化，随着计算机技术及产品的发展，工业控制系统亦相应地
不断发展。
➢半导体技术集成电路技术推动微处理器、微控制器的发展。 ➢分布式控制系统已推出第四代产品，如Honeywell 公司新推出的 Expersion PKS（过程知识系统），Emerson公司的A2，横河公司 的R3（PRM－工厂资源管理系统），ABB公司的Industrial IT系统。 ➢计算机技术、通信技术、控制技术的发展，使控制系统向全数 字化、全分散式、全开放可互操作和开放式互联网络的新一代现 场总线控制系统(FCS)发展。 ➢PLC技术20世纪80年代走向成熟。 ➢自动控制理论及技术的发展，先进控制、模糊控制、人工神经 网络、人工智能技术和专家系统已在工业自动化中实际应用。
❖ 富士通法纳克公司：“将 机械学和电子学有机结合 而提供的更为优越的技
术。”
工业机械手臂
机电控制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，使加工制造技术与生产经营模式紧密结合，形成现代制 造技术和系统。
输入量
比较元件 串联补件
驱动元件
局部反馈
并联补偿元件
执行元件
被控对象 输出量
主反馈
测量元件
”代表比较元件，它将测量元件检测到的被控量与输入量进行比 较；“-”号表示两者符号相反，即负反馈；“+”号表示两者符号相 同，即正反馈。
二，机电控制系统的发展史
机电控制系统的发展按所用控制器件来划分，它主要经历了四个阶段：
第三个阶段
20世纪40~50年代出现了大功率可控水银整流器控制；50年代末期出现 了大功率固体可控整流元件——晶闸管，很快取代了水银整流器控制，后 又出现了功率晶体管控制，由于晶体管、晶闸管具有效率高、控制特性好、 反应快、寿命长、可靠性高、维护容易、体积小、重量轻等优点，它的出 现为机电自动控制系统开辟了新纪元。
第一个阶段：
最早的机电控制系统出现在20世纪初，它仅借助于简单 的接触器与继电器等控制电器，实现对被控对象的启、停以 及有级调速等控制，它的控制速度慢，控制精度也较差。 第二个阶段
20世纪30年代控制系统从断续控制发展到连续控制，机电控 制系统的快速性及控制精度都大大超过了最初的断续控制，并 简化了控制系统，减少了电路中的触点，提高了可靠性，使生 产效率大为提高。
四、机械控制系统的应用范围
工业生产
军事、航天
百姓的日常 生活
农业生产
在生活上的应用：
现在机电控制体统广泛应用于人们的日常生活中，给人们的生活带来了很大的 便捷。
例如：变频空调 众所周知，我国的电网 电压为220伏、50赫兹， 这种条件下工作的空调 称之为“定频空调”。 由于供电频率不能改变， “变频空调”变频器改 变压缩机供电频率，调 节压缩机转速。依靠压 缩机转速的快慢达到控 制室温的目的。
2）机械与控制的关系
机电控制就是应用自动控制工程学的 研究结果，把机械作为控制对象，研 究怎样通过采用一定的控制方法来适 应对象特性变化从而达到期望的性能 指标。
自动控制是以一般系统为对象，广泛地使用 控制方法进行控制系统的理论设计。
也就是说机电控制从属于自动控制。
3）机电控制系统的结构
机电控制系统一般由7个部分组成
在农业上的发展
现代农业机械发展的基本形式是融合机械、电控、液压于一体。
(
自工如或感以由农
动智视环觉适不业
操能觉境并应同机
作的等变适各程器
机 械 。
新 一 代 无 人
)
和 演 算 等 人
化 ， 有 检 测
应 作 物 种 类
种 作 业 ， 能
序 软 件 控 制 ，
人 是 一 种 可
农业机器人
这种自动化方式以提高已有农业机械及装置
第四个阶段
随着数控技术的发展，计算机的应用特别是微型计算机的出现和 应用，又使控制系统发展到一个新阶段——计算机数字控制，20世纪 70年代初，计算机数字控制系统应用于数控机床和加工中心，这不仅 加强了自动化程度，而且提高了机床的通用性和加工效率，在生产上 得到了广泛应用。
三，国内外的研究现状
传统的机械制造技术与控制技术和信息技术的有机结合，不仅 促使生产经营模式的发展和变革，而且促进开发性能优越的、机 电相结合的机械产品，创造新的制造工艺和加工手段，使系（产 品）高附加值化。
带来的好处
多功能、高效率化、 高可靠性
节省能源，提高产品 的质量和性能
增强企业的市场 竞争力
机电控制是集机械、电子、光学、控制、计算机、 信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进 相关技术的发展和进步。因此，机电控制的主要发展方
向如下 ：
1、智能化 2、模块化 3、网络化 4、微型化 5、绿色化 6、系统化
农业机械 的作业与操作性能，提高作业效率和作业精
及装置的部 分自动化控制
度，减轻驾驶员的负担，节约资源等为目的。
机电控制
已有农 业机械 及装置的无 人自动操作
这种自动化方式用在操作简单 且容易实现无人运转，危险性 大或是长时间重复单调过程的 作业上。
在工业上的应用
❖ 日经产业新闻：“电子技 术的电子学与机械技术的 机械学相结合的技术进步 的总称。”
中央空调变频器
在军事、航天领域：
❖微光机电系统 (MOEMS)是近几年 在微机电系统 (MEMS)中发展起 来的一支极具活力 的新技术系统，它 是由微光学、微电 子和微机械相结合 而产生的一种新型 的微光学结构系统。
MOEMS是一种可控的微光学系统， 该系统中的微光学元件在微电子和 微机械装置的作用下能够对光束进 行汇聚、衍射和反射等控制，极大 地促进信息通信、航天技术以及光 学工具的发展，对整个信息化时代 将生产深远的影响。
组长： 俞婉菁
舒皓
俞婉菁
郭晔
一，机电控制系统
1）机电控制系统由来
机电控制系统
机械的广泛深入的应用，也促进了控制科学的产生和 发展。
机械运转本身，广义地讲也可称为控制，只有配 备一定的控制装置才可以达到某种较复杂的工作目的
生产工艺的发展对机械系统也提出了愈来愈高的要求， 使得机械更多的是与电气、电子装置结合在一起，形成了机电控制系统。