机电系统控制基础课件
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机电传动与控制资料课件
系统辨识是研究如何通过实验 数据来识别系统的参数和结构 的学科。在机电传动系统中， 系统辨识可用于识别控制系统 的参数和结构，优化控制性能。
鲁棒控制是研究如何在系统存 在不确定性和干扰时，保证控 制系统性能的学科。在机电传 动系统中，鲁棒控制可用于提 高控制系统的稳定性和抗干扰 能力。
03
机电传动控制系统的设计
要点三
数控机床的调速系统
数控机床的调速系统是实现机床稳定 运行的重要部分，包括机械调速、电 气调速和计算机控制调速等。
工业机器人传动控制系统实例分析
工业机器人的传动控 制系统概述
工业机器人是一种自动化生产设备， 其传动控制系统是实现机器人运动的 关键部分。
工业机器人的电机类 型及选用
工业机器人通常使用的电机包括交流 异步电机、直流电机、伺服电机等， 根据机器人的性能要求选用合适的电机。
电机性能的提升
采用高转矩、低惯量、高效率的电机，提高系统的响 应速度和能量转换效率。
减速机的优化
通过改变减速机的传动比、提高传动效率、降低传动 噪音等方面进行优化，提高系统的传动性能。
驱动装置的改进
采用先进的驱动装置，如矢量驱动、直接驱动等技术， 提高系统的驱动能力和稳定性。
控制系统稳定性的提高
控制系统的抗干扰能 力
实现对机电传动系统的精确控制，以满足生产工艺的要求，提高生产效率和质量。
任务
通过对机电传动系统的参数进行测量和控制，确保系统的稳定性和可靠性，同时优化系统的性能和效 率。
机电传动控制的发展历程
早期机电传动控制
主要依赖于手动控制，缺乏自动化和智能化。
现代机电传动控制
随着计算机技术和自动化控制技术的发展，机电传动控制逐渐实现了自动化、智能化和高效化。
机电传动控制4机电传动控制系统的基础.ppt
6
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
二. 转速控制的调速指标
1、调速范围 生产机械要求电动机提供的
最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围。
用字母 D 表示，即：
D
nmax nmin
其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速。
对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床， 也可用实际负载时的转速。
nmin
静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。
S1
nN n01
＜
S2
nN n02
8
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
三. 静差度与机械特性硬度的区别
稳定性更好 △nN′
静差度和机械特性硬度有区别。 一般调压调速系统在不同转速 nmax
稳定性好
下的机械特性是互相平行的。
电 传
4-1 机电传动控制系统的
动 控
基本要求
组成及方案选择 制
①了解机电传动自动调速系统的组成；
②了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；
③知道调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合
重点
理匹配的重要性。
开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式 D = nmax ·SL/△nN(1－SL)与 Df =(1－K)D
电 传
一、机电传动控制系统的组成和分类
动 控
制
变换
串联
变换
执行
被控 输出量
放大
校正 -
放大
元件
对象
机电控制工程基础(第一章)
1 2 3 4
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。
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
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发送电位器 接收电位器
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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。
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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
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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。
机电传动控制(全套课件250P)
9.55F N vm / s TL c nr / min 2.对直线运动（上升）：
3.对直线运动（下降）： TL
ppt课件
9.55 c F N vm / s nr / min
13
2．3 生产机械的机械特性 在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机 械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性
速度。
ppt课件
18
二、机电系统稳定运行的条件
1. 必要条件
电动机的输出转矩T和负载转矩TL大小相等，方向相反。 n=f(T)和n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。
2. 充分条件 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：
当干扰使速度上升时，有 T<TL ；
当干扰使速度下降时，有T>TL 。这是稳定运行的充分条件。 符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。
ppt课件 9
四、T、TL 、n的参考方向 以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。
拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。 1. T的符号与性质 当T的方向与n同向时，符号与n相同；T为 拖动转矩 当T的方向与n反向时，符号与n相反；T为制动转矩 2. TL的符号与性质 当TL的方向与n同向时，符号与n相反；TL为 拖动转矩 当TL的方向与n反向时，符号与n相同；TL为制动转矩
1）可以实现无级调节 2）特性曲线互相平行，机械特
性硬度不变，调速范围较大；
3）恒转矩调速 4）U≤UN，n≤nN
ppt课件
47
3．改变电动机主磁通
UN Ra n T 2 K e 9.55( K e )
1）可以实现无级调节 2）随着Φ 的减小，n0增加，k 变大，特性变软； 3）恒功率调速 4）Φ ≤Φ N，n≥nN
基础知识_机电控制工程PPT演示课件
an 11 an 0
2019年4月20日星期六
19
传递函数转换为状态方程
1 0 0 0 0 1 A 0 0 0 an an 1 an 2 C 1 0 0 , D 0 0 1 0 2 ,B 1 n 1 a1 n
机电控制工程
2019年4月20日星期六
1
教师资料
– – – – 姓名：张嵘 办公地点：五金库2006 联系方法：71335 E-mail：rongzh@
2019年4月20日星期六
2
2019年4月20日星期六
3
课程内容
– 机电系统建模 – 电机的原理与控制 – 伺服系统分析 – 实验
x Ax Bu y Cx Du
2019年4月20日星期六 20
状态方程转换为传递函数
Y ( s) 1 G( s) C ( sI A) B D U ( s)
2019年4月20日星期六
21
方块图
y (t ) Ku (t )
t
Y ( s ) KU ( s )
教学计划
– – – – 第1~8周 讲课 第9~14周 实验 第15周 课程设计讨论 第16周 考试
4
2019年4月20日星期六
考核要求
项目 比例
15％ 30％ 15％ 40％
备注
布置后两周内交齐， 过时无效 实验完成后两周内交 齐，过时无效 第16周交齐 开卷
作业 实验 大作业 考试
2019年4月20日星期六
输出
前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度
2019年4月20日星期六
19
传递函数转换为状态方程
1 0 0 0 0 1 A 0 0 0 an an 1 an 2 C 1 0 0 , D 0 0 1 0 2 ,B 1 n 1 a1 n
机电控制工程
2019年4月20日星期六
1
教师资料
– – – – 姓名：张嵘 办公地点：五金库2006 联系方法：71335 E-mail：rongzh@
2019年4月20日星期六
2
2019年4月20日星期六
3
课程内容
– 机电系统建模 – 电机的原理与控制 – 伺服系统分析 – 实验
x Ax Bu y Cx Du
2019年4月20日星期六 20
状态方程转换为传递函数
Y ( s) 1 G( s) C ( sI A) B D U ( s)
2019年4月20日星期六
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方块图
y (t ) Ku (t )
t
Y ( s ) KU ( s )
教学计划
– – – – 第1~8周 讲课 第9~14周 实验 第15周 课程设计讨论 第16周 考试
4
2019年4月20日星期六
考核要求
项目 比例
15％ 30％ 15％ 40％
备注
布置后两周内交齐， 过时无效 实验完成后两周内交 齐，过时无效 第16周交齐 开卷
作业 实验 大作业 考试
2019年4月20日星期六
输出
前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度
机电控制技术PPT教学课件
2020/12/11
8
技术参数
以LX19系列限位开关的主要技术参数为例 型号：LX19、 额定电压：直流：220、
交流：380、 触头对数常开：1、 触头对数常闭：1、 工作行程：3mm、 超行程：1mm
2020/12/11
9
行程开关的用途（日常用途）：
行程开关的应用方面 很多，很多电器里面 都有它的身影。它主 要是起连锁保护的作 用。最常见的例子莫 过于其在洗衣机和 录 像机（录音机）中的 应用了。
机电控制基础——行程开关
材料工程122 学号：16-20
2020/12/11
2013年11月19日
1
行程开关的定义：
生产机械中常需要控制某些机械运动的行 程或者实现整个加工过程的自动循环等， 这种控制运动行程的方法叫做行程控制 （限位控制），实现这种控制所依靠的主 要电器是行程开关，又称限位开关。
行程开关是一种根据运动部件的行程位置 而切换电路的电器，它的作用原理与按钮 类似。
2020/12/11
4
行程开关的类型：
一：按运动形式
（1）直动式：动作原 理同按钮类似，所不同的 是：一个是手动，另一个 则由运动部件的撞块碰撞。 当外界运动部件上的撞块 碰压按钮使其触头动作， 当运动部件离开后，在弹 簧作用下，其触头自动复 位。
1：推杆 2&4：弹簧 3：动断触 点 5：动合触点
2020/12/11
5
行程开关的类型：
（2）转动式：当运动机械的 挡铁(撞块)压到行程开关 的滚轮上时，传动杠连同 转轴一同转动，使凸轮推 动撞块，当撞块碰压到一 定位置时，推动微动开关 快速动作。当滚轮上的挡 铁移开后，复位弹簧就使 行程开关复位，这种是单 轮自动恢复式行程开关。
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。
《机电控制技术》课件
执行器是控制系统中的重要组成部分，负责将控制 器的控制信号转换为机械动作或电信号。
02
执行器的种类很多，常见的有电动机、液压缸、气 动马达等。
03
执行器的选择应根据控制系统的要求和被控对象的 特性进行选择。
传感器
01
传感器是控制系统中的重要组成部分，负责检测被控对象的各种 参数，如温度、压力、位移等，并将检测到的信号转换为电信号
PID控制
总结词
PID控制是一种基于比例、积分和微分控制 的算法，通过对误差信号进行比例、积分和 微分运算，实现对被控对象的精确控制。
详细描述
PID控制器由比例、积分和微分三个环节组 成，通过对误差信号进行比例、积分和微分 运算，分别调节系统输出的幅值、速度和加 速度，以实现对被控对象的精确控制。PID 控制器具有结构简单、易于实现、稳定性好 等优点，因此在工业控制领域得到了广泛应
家用电器控制系统
家用电器控制系统是实现智能化家居的重要技术之一，通过微处理器和传感器技术，能够实现家电设 备的自动控制和远程控制。
家用电器控制系统通常采用可编程控制器（PLC）或微控制器（MCU），实现家电设备的自动化控制。
家用电器控制系统还包括人机交互界面，方便用户进行操作和控制，同时具备故障诊断和安全保护功能 ，保障家庭安全。
用。
模糊控制
总结词
模糊控制是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制系 统，通过将人类的经验和知识转化为模糊规则实现对 被控对象的控制。
详细描述
模糊控制系统主要包括模糊化、模糊推理和去模糊化 三个部分。模糊化是将输入的精确量转化为模糊集合 论中的隶属度函数；模糊推理则是根据模糊逻辑的规 则进行推理，得到输出模糊集合论中的隶属度函数； 去模糊化则是将输出模糊集合论中的隶属度函数转化 为精确量。模糊控制系统能够处理不确定性和非线性 问题，因此在智能家居、机器人等领域得到了广泛应 用。
02
执行器的种类很多，常见的有电动机、液压缸、气 动马达等。
03
执行器的选择应根据控制系统的要求和被控对象的 特性进行选择。
传感器
01
传感器是控制系统中的重要组成部分，负责检测被控对象的各种 参数，如温度、压力、位移等，并将检测到的信号转换为电信号
PID控制
总结词
PID控制是一种基于比例、积分和微分控制 的算法，通过对误差信号进行比例、积分和 微分运算，实现对被控对象的精确控制。
详细描述
PID控制器由比例、积分和微分三个环节组 成，通过对误差信号进行比例、积分和微分 运算，分别调节系统输出的幅值、速度和加 速度，以实现对被控对象的精确控制。PID 控制器具有结构简单、易于实现、稳定性好 等优点，因此在工业控制领域得到了广泛应
家用电器控制系统
家用电器控制系统是实现智能化家居的重要技术之一，通过微处理器和传感器技术，能够实现家电设 备的自动控制和远程控制。
家用电器控制系统通常采用可编程控制器（PLC）或微控制器（MCU），实现家电设备的自动化控制。
家用电器控制系统还包括人机交互界面，方便用户进行操作和控制，同时具备故障诊断和安全保护功能 ，保障家庭安全。
用。
模糊控制
总结词
模糊控制是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制系 统，通过将人类的经验和知识转化为模糊规则实现对 被控对象的控制。
详细描述
模糊控制系统主要包括模糊化、模糊推理和去模糊化 三个部分。模糊化是将输入的精确量转化为模糊集合 论中的隶属度函数；模糊推理则是根据模糊逻辑的规 则进行推理，得到输出模糊集合论中的隶属度函数； 去模糊化则是将输出模糊集合论中的隶属度函数转化 为精确量。模糊控制系统能够处理不确定性和非线性 问题，因此在智能家居、机器人等领域得到了广泛应 用。
机电系统控制_PPT课件
1、由机械机构实现的装置，通过与电子技 术结合，成为性能更为优越的新装置
2、由人判断、操作的设备，变为功能由机 器自动实现
3、程控设备
机电一体化
手表
相机
机电一体化
自动柜员机
Life’s too short for the wrong job!
机电一体化
五轴机器人（装配）
机电一体化
汽车生产线
机电系统控制
开课系——机械、精仪、电子、电机、自 动化。。。
开课原因
➢ 学习、科研、工作中，大量接触、使用、甚至设计 机电一体化系统；物理中的工程问题——往往面对 的便是一机电系统
➢ 协调领导团队工作的需要，有利于协调各专业学科 人才共同完成一个较复杂的系统——跨学科的团队 领导
➢ 对从事其他领域的工作有帮助
定义：利用计算机的信息处理功能对机械 进行各种控制的技术
不是机械与电子简单的叠加，而是从系统 的观点出发，将机械技术 、微电子技术、 信息技术、控制技术等在系统工程基础上 有机地加以综合，以实现整个系统最佳化 的一门新科学技术
机电一体化
多学科交叉 应用领域宽广
机电一体化
机电一体化技术的应用
机电一体化系统的组成
机械部分 执行装置 传感器 控制装置 接口
机电一体化系统的组成
各组成部分功能
计算机(大脑) 能源（内脏）
传感器(眼、耳、鼻、口、皮肤)
机械装置（骨骼） 执行装置（手、足）
血管、神经（接口）
机电一体化系统的组成
核心——控制器 控制器质量——控制理论 机电系统控制
机电一体化系统举例
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
机械 部件
2、由人判断、操作的设备，变为功能由机 器自动实现
3、程控设备
机电一体化
手表
相机
机电一体化
自动柜员机
Life’s too short for the wrong job!
机电一体化
五轴机器人（装配）
机电一体化
汽车生产线
机电系统控制
开课系——机械、精仪、电子、电机、自 动化。。。
开课原因
➢ 学习、科研、工作中，大量接触、使用、甚至设计 机电一体化系统；物理中的工程问题——往往面对 的便是一机电系统
➢ 协调领导团队工作的需要，有利于协调各专业学科 人才共同完成一个较复杂的系统——跨学科的团队 领导
➢ 对从事其他领域的工作有帮助
定义：利用计算机的信息处理功能对机械 进行各种控制的技术
不是机械与电子简单的叠加，而是从系统 的观点出发，将机械技术 、微电子技术、 信息技术、控制技术等在系统工程基础上 有机地加以综合，以实现整个系统最佳化 的一门新科学技术
机电一体化
多学科交叉 应用领域宽广
机电一体化
机电一体化技术的应用
机电一体化系统的组成
机械部分 执行装置 传感器 控制装置 接口
机电一体化系统的组成
各组成部分功能
计算机(大脑) 能源（内脏）
传感器(眼、耳、鼻、口、皮肤)
机械装置（骨骼） 执行装置（手、足）
血管、神经（接口）
机电一体化系统的组成
核心——控制器 控制器质量——控制理论 机电系统控制
机电一体化系统举例
CNC
位置,速 度反馈
位置,速度 检测单元
电机
机械 部件
《机电系统控制》课件
详细描述
早期的机电系统控制主要采用模拟控制方式，随着数字技术的发展，数字控制系统逐渐 取代了模拟控制系统。目前，随着人工智能和计算机技术的不断发展，智能控制系统已 经成为机电系统控制的主要发展方向。未来，随着物联网和云计算等技术的普及和应用
，机电系统控制将朝着网络化、智能化和集成化方向发信号不反馈到输入端，控制器只根据设定的 输入信号控制执行机构。
闭环控制系统
输出信号反馈到输入端，控制器根据输入信号和 反馈信号的差值进行控制。
复合控制系统
同时包含开环和闭环控制系统的特点，具有更高 的控制精度和稳定性。
控制系统的性能指标
稳定性
系统在受到扰动或输入信号变化时，能 够恢复或保持稳定状态的性能。
求。
安全问题
随着机电系统控制的复杂性和 集成度的提高，安全问题也变 得越来越突出，需要加强安全 防护和管理。
人才短缺
由于机电系统控制技术的专业 性和复杂性，人才短缺问题也 较为突出，需要加强人才培养 和引进。
成本控制
随着市场竞争的加剧，成本控 制成为机电系统控制面临的一 个重要挑战，需要加强成本管
理和优化。
模拟实验的优点
模拟实验可以避免实际操作中可能 出现的危险，同时可以节省实验器 材和时间。
控制系统的实际操作
实际操作的必要性
实际操作的优点
实际操作是理解控制系统的重要环节 ，通过实际操作可以更好地理解系统 的实际运行情况。
实际操作可以更好地理解系统的实际 运行情况，同时可以锻炼学生的动手 能力。
实际操作的步骤
VS
详细描述
机器人控制系统通过传感器、控制器和执 行器等设备，实现对机器人运动的精确控 制，使其能够完成复杂、重复或危险的任 务。机器人控制系统广泛应用于工业制造 、医疗护理、航空航天等领域。
早期的机电系统控制主要采用模拟控制方式，随着数字技术的发展，数字控制系统逐渐 取代了模拟控制系统。目前，随着人工智能和计算机技术的不断发展，智能控制系统已 经成为机电系统控制的主要发展方向。未来，随着物联网和云计算等技术的普及和应用
，机电系统控制将朝着网络化、智能化和集成化方向发信号不反馈到输入端，控制器只根据设定的 输入信号控制执行机构。
闭环控制系统
输出信号反馈到输入端，控制器根据输入信号和 反馈信号的差值进行控制。
复合控制系统
同时包含开环和闭环控制系统的特点，具有更高 的控制精度和稳定性。
控制系统的性能指标
稳定性
系统在受到扰动或输入信号变化时，能 够恢复或保持稳定状态的性能。
求。
安全问题
随着机电系统控制的复杂性和 集成度的提高，安全问题也变 得越来越突出，需要加强安全 防护和管理。
人才短缺
由于机电系统控制技术的专业 性和复杂性，人才短缺问题也 较为突出，需要加强人才培养 和引进。
成本控制
随着市场竞争的加剧，成本控 制成为机电系统控制面临的一 个重要挑战，需要加强成本管
理和优化。
模拟实验的优点
模拟实验可以避免实际操作中可能 出现的危险，同时可以节省实验器 材和时间。
控制系统的实际操作
实际操作的必要性
实际操作的优点
实际操作是理解控制系统的重要环节 ，通过实际操作可以更好地理解系统 的实际运行情况。
实际操作可以更好地理解系统的实际 运行情况，同时可以锻炼学生的动手 能力。
实际操作的步骤
VS
详细描述
机器人控制系统通过传感器、控制器和执 行器等设备，实现对机器人运动的精确控 制，使其能够完成复杂、重复或危险的任 务。机器人控制系统广泛应用于工业制造 、医疗护理、航空航天等领域。
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4．脉冲函数 其表达式为
1 0 t r (t ) 0t 0，t
单位脉冲函数δ(t)，其数学描述为
t 0 (t ) 且 0t 0
(t )dt 1
单位脉冲函数的拉氏变换为
R( s ) L [ ( t )] 1
瞬态响应阶段 调整时间 ts=(3~4)T
稳态响应阶段
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
c(t ) 1 e
稳态项
t T
( t 0)
瞬态项
T称为时间常数，它影响到响应的快慢，因而是一阶 系统的重要参数。
k
xi (t )
传递函数：
c
xo (t )
特征参数：一阶时系统间常数T 。
Tc
k
T表达了一阶系统本身与外界作用无关的固有特性。
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
1. 一阶系统的单位阶跃响应 定 义：以单位阶跃函数u(t)为输入的一阶系统输出。
1 响应求解： L xi t s 1 1 1 1 Xo s Ts 1 s s s 1/ T
xo (t )
1 X i ( s) s
1 Ts 1
X o ( s)
考察：
xo () lim xo (t ) lim sX o (s )
t s 0
1 1 lim s 1 s 0 s Ts 1
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
响应曲线
1
机械类专业技术基础课
机电系统控制基础
机电工程学院 2017年9月
课程目录
第 1章 绪 论 第2章 系统的数学模型
第3章 系统的时域分析法
第4章 系统的频域分析法
第5章 稳定性及稳态误差分析
第6章 机电控制系统的设计与校正 第7章 计算机控制系统
哈尔滨工业大学 机电工程学院
教学内容
本章
学习目标
系统的时间响应及其组成 典型输入信号 一阶系统的时间响应
xo t L1 X o s 1 e
t T
t 0
特点： e
t T
是瞬态项； 1是稳态项B ( t ).
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
xi (t ) 1(t )
o (t ) kxo (t ) kxi (t ) cx
3.1 典型输入信号
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 典型输入信号
系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还 与外加输入信号的形式有关。 选取输入信号应当考虑以下几个方面： 输入信号应当具有典型性，能够反映系统工作的大 部分实际情况（如：若实际系统的输入具有突变性 质，则可选阶跃信号；若实际系统的输入随时间逐 渐变化，则可选速度信号。） 输入信号的形式，应当尽可能简单，便于分析处理 输入信号能使系统在最恶劣的情况下工作
• • •
•
•
二阶系统的时间响应
系统时域性能指标 重点：（1）典型输入信号 （2）一阶系统的典型时间响应 （3）系统的时域性能指标
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 概述
建立系统数学模型后，就可以采用不同的方法，通 过系统的数学模型来分析系统的特性，时间响应分析是 重要的方法之一。（直观、准确，能提供系统响应的全 部信息，解析解求取繁琐） 时域分析的问题：是指在时间域内对系统的性能进 行分析，时间响应不仅取决于系统本身特性，而且与外 加的输入信号有较大的关系。 时域分析的目的：在时间域，研究在一定的输入信 号作用下，系统输出随时间变化的情况，以分析和研究 系统的控制性能。
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3.3 一阶系统的瞬态响应
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.3 一阶系统的瞬态响应
定 义：可用一阶微分方程描述的系统。 微分方程：
dx o (t ) + x o (t ) = x i (t ) T dt G (s) = X o (s) 1 = X i ( s ) Ts + 1
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 典型输入信号
2．速度函数（斜坡函数） 其表达式为
at t ≥ 0，a为常量 r (t ) 0 0 t
当a=1时，r(t)=t，称为单位速度函数，其拉氏变换为
1 R( s ) L [t 1( t )] 2 s
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 典型输入信号
3．加速度函数（抛物线函数） 其表达式为
at 2 t ≥ 0，a为常量 r (t ) 0 0 t
当a=1/2时，称为单位加速度函数，其拉氏变换为
1 2 1 R( s ) L [ t 1( t )] 3 2 s
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 典型输入信号
此处所求
xo (t ) 是在系统零状态下的解
哈尔滨工业大学 机电工程学院
注意：本书所讲时间响应内容没有特别标明之外，均为零状态响应
教学内容
3.2 典型输入信号
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 典型输入信号
1．阶跃函数 其表达式为
a t ≥ 0 r (t ) 0 0 t
当a=1时，称为单位阶跃函数，记作1(t)，则有 1 t ≥ 0 1(t ) 0 0 t 单位阶跃函数的拉氏变换为 1 R( s ) L [1( t )] s
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3.1 典型输入信号
5．正弦函数 其表达式为
r(t)
a sin tt ≥ 0 r (t ) t 0 0
其拉氏变换为
o
t
a R( s ) L [a sin t 1( t )] 2 2 s
哈尔滨工业大学 机电工程学院
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 概述
利用传递函数求解响应的过程 在定义传递函数时，其前提条件之一便是：系统初始状态为0
X i (s) L[ xi (t )]
X o ( s) G( s) X i ( s)
1
X o (s) G(s) X i (s)
拉氏反变换
1
xo (t ) L [ X o (s)] L [G(s) X i (s)]
1 0 t r (t ) 0t 0，t
单位脉冲函数δ(t)，其数学描述为
t 0 (t ) 且 0t 0
(t )dt 1
单位脉冲函数的拉氏变换为
R( s ) L [ ( t )] 1
瞬态响应阶段 调整时间 ts=(3~4)T
稳态响应阶段
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3.2 一阶系统的瞬态响应
c(t ) 1 e
稳态项
t T
( t 0)
瞬态项
T称为时间常数，它影响到响应的快慢，因而是一阶 系统的重要参数。
k
xi (t )
传递函数：
c
xo (t )
特征参数：一阶时系统间常数T 。
Tc
k
T表达了一阶系统本身与外界作用无关的固有特性。
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3.2 一阶系统的瞬态响应
1. 一阶系统的单位阶跃响应 定 义：以单位阶跃函数u(t)为输入的一阶系统输出。
1 响应求解： L xi t s 1 1 1 1 Xo s Ts 1 s s s 1/ T
xo (t )
1 X i ( s) s
1 Ts 1
X o ( s)
考察：
xo () lim xo (t ) lim sX o (s )
t s 0
1 1 lim s 1 s 0 s Ts 1
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3.2 一阶系统的瞬态响应
响应曲线
1
机械类专业技术基础课
机电系统控制基础
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课程目录
第 1章 绪 论 第2章 系统的数学模型
第3章 系统的时域分析法
第4章 系统的频域分析法
第5章 稳定性及稳态误差分析
第6章 机电控制系统的设计与校正 第7章 计算机控制系统
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教学内容
本章
学习目标
系统的时间响应及其组成 典型输入信号 一阶系统的时间响应
xo t L1 X o s 1 e
t T
t 0
特点： e
t T
是瞬态项； 1是稳态项B ( t ).
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3.2 一阶系统的瞬态响应
xi (t ) 1(t )
o (t ) kxo (t ) kxi (t ) cx
3.1 典型输入信号
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3.1 典型输入信号
系统的瞬态响应不仅取决于系统本身的特性，还 与外加输入信号的形式有关。 选取输入信号应当考虑以下几个方面： 输入信号应当具有典型性，能够反映系统工作的大 部分实际情况（如：若实际系统的输入具有突变性 质，则可选阶跃信号；若实际系统的输入随时间逐 渐变化，则可选速度信号。） 输入信号的形式，应当尽可能简单，便于分析处理 输入信号能使系统在最恶劣的情况下工作
• • •
•
•
二阶系统的时间响应
系统时域性能指标 重点：（1）典型输入信号 （2）一阶系统的典型时间响应 （3）系统的时域性能指标
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.1 概述
建立系统数学模型后，就可以采用不同的方法，通 过系统的数学模型来分析系统的特性，时间响应分析是 重要的方法之一。（直观、准确，能提供系统响应的全 部信息，解析解求取繁琐） 时域分析的问题：是指在时间域内对系统的性能进 行分析，时间响应不仅取决于系统本身特性，而且与外 加的输入信号有较大的关系。 时域分析的目的：在时间域，研究在一定的输入信 号作用下，系统输出随时间变化的情况，以分析和研究 系统的控制性能。
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.3 一阶系统的瞬态响应
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3.3 一阶系统的瞬态响应
定 义：可用一阶微分方程描述的系统。 微分方程：
dx o (t ) + x o (t ) = x i (t ) T dt G (s) = X o (s) 1 = X i ( s ) Ts + 1
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3.1 典型输入信号
2．速度函数（斜坡函数） 其表达式为
at t ≥ 0，a为常量 r (t ) 0 0 t
当a=1时，r(t)=t，称为单位速度函数，其拉氏变换为
1 R( s ) L [t 1( t )] 2 s
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3.1 典型输入信号
3．加速度函数（抛物线函数） 其表达式为
at 2 t ≥ 0，a为常量 r (t ) 0 0 t
当a=1/2时，称为单位加速度函数，其拉氏变换为
1 2 1 R( s ) L [ t 1( t )] 3 2 s
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3.1 典型输入信号
此处所求
xo (t ) 是在系统零状态下的解
哈尔滨工业大学 机电工程学院
注意：本书所讲时间响应内容没有特别标明之外，均为零状态响应
教学内容
3.2 典型输入信号
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3.2 典型输入信号
1．阶跃函数 其表达式为
a t ≥ 0 r (t ) 0 0 t
当a=1时，称为单位阶跃函数，记作1(t)，则有 1 t ≥ 0 1(t ) 0 0 t 单位阶跃函数的拉氏变换为 1 R( s ) L [1( t )] s
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3.1 典型输入信号
5．正弦函数 其表达式为
r(t)
a sin tt ≥ 0 r (t ) t 0 0
其拉氏变换为
o
t
a R( s ) L [a sin t 1( t )] 2 2 s
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3.1 概述
利用传递函数求解响应的过程 在定义传递函数时，其前提条件之一便是：系统初始状态为0
X i (s) L[ xi (t )]
X o ( s) G( s) X i ( s)
1
X o (s) G(s) X i (s)
拉氏反变换
1
xo (t ) L [ X o (s)] L [G(s) X i (s)]