运动控制技术基础
运动控制系统重点
第2章控制：电压电流频率改变：转矩速度位移1 组成：电动机功率放大变换装置控制器传感器2 恒转矩特性：方向和转速相反恒功率：负载转矩和转速反比风机：转矩和转速平方成正比3 调节转速方法调节供电U(主要) 减弱励磁磁通改变电枢R4 电源：相控整流器：直接把交流转化成直流直流脉宽变换器先用不可控整流把交变直然后PWM调制调节输出电压5 晶闸管：优点：功率放大倍数大门级I直接可控响应时间短效率高断续：电感小Id上升段电感储能不大到Id下降电感释放能量释放维持I导通由储能少在下一项触发前Id到0 断续避免：增加整流相数采用多重话技术设置电感大的平波电抗器问题：单相导电对过U I和过高du/dt di/dt敏感谐波电流电压畸变6 PWM：优点：简单开关频率高I连续谐波少损耗小稳速精度高调速外围宽频带宽动态响应快抗扰强装置效率高功率因数高PWM变换器作用：用脉冲宽度调制把电压调制成频率一定宽度可变的电压序列改变U大小调节转速7 电能回馈：反电动势E大于电枢Ud 回馈动能变电能由于二极管电能不能回电网只给滤波电容充电造成泵升电压抑制：一定大小电容或限制电路8 比例控制闭环规律：被调量有静差抵抗扰动服从给定系统精度依赖检测精度9 积分控制：使系统在无静差恒速运行消除稳态偏差包含输入偏差量所有比例：控制快速题：1转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？2为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输入偏差电压△U=0 时，调节器的输出电压是多少？它决定于哪些因素？3在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？为什么？4在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为什么？（1）放大器的放大系数 Kp。
运动控制技术教学大纲
运动控制技术教学大纲
一、课程简介。
1、课程名称：运动控制技术。
2、课程简介：本课程主要介绍机械运动控制方面的基本原理、基础知识和应用技术，以及相关的电子设备、控制系统和软件工具，培养学生具备系统运动控制方面的基本理论知识及相关技能。
二、教学目标。
本课程的教学目标主要是：
1、了解运动控制技术的基本概念、原理和应用；
2、掌握机械运动控制的基本原理，具备使用电子技术设计机械运动控制系统的能力；
3、了解电机控制、传动技术与模拟控制基础知识，熟悉基本的电子技术设备和电控系统；
4、能运用相关技术解决实际机械运动控制问题。
三、教学内容。
1、机械运动控制原理。
2、机械系统及元件。
3、电机控制。
4、传动技术。
5、模拟控制。
6、信号转换。
7、电子设备与自动控制。
8、软件工具。
四、教学方法。
1、讲授法：通过讲授的方法介绍运动控制技术的基本概念及相关知识，使学生了解运动控制方面的基本原理、基础知识和应用技术；
2、实验法：通过实验，使学生体验运动控制的原理，运用实验观察自动控制的变化，加深对运动控制技术的理解；。
快速入门篇十四：运动控制器基础轴参数与基础运动控制指令
快速⼊门篇⼗四：运动控制器基础轴参数与基础运动控制指令今天，我们来讲解⼀下正运动技术运动控制器的基础轴参数与基础运动控制指令。
视频——正运动技术基础运动控制指令⼀材料准备与控制器接线参考控制器接线参考⼆常⽤轴参数的设置1、BASE——轴选择语法：BASE(轴1,轴2,轴3,...)最⼤可⽤轴数根据控制器实际硬件决定。
BASE指令⽤于导向下⼀个运动指令轴的参数读/写⼊特定轴或轴组。
每⼀个过程有其⾃⼰的BASE基本轴组，每个程序能单独赋值。
ZBasic 程序与控制轴运动的运动发⽣器分开。
每个轴的运动发⽣器有其独⽴的功能，因此每个轴能以⾃⼰的速度、加速度等进⾏编程。
轴可以通过叠加运动、同步运动或者通过插补链接在⼀起，插补运动的速度等参数采⽤主轴的参数，默认BASE选择的第⼀个轴例⼦：BASE(0,1,2,3) '轴列表选择：0,1,2,3，轴0为主轴BASE(3,2,5) '轴列表选择：3,2,5，轴3为主轴2、ATYPE——轴类型语法：ATYPE=类型值设置轴的类型，提供轴类型列表，只能设置为当前轴具备的特性。
在程序初始化的时候就设置好ATYPE，ATYPE若不匹配会导致程序⽆法正常运⾏。
⽀持不同类型的轴混合插补。
例⼦：BASE(0,1,2) '主轴为轴0ATYPE=1,1,1 '按轴列表匹配，设为脉冲轴类型ATYPE AXIS(4)=3 '轴4设为正交编码器类型ATYPE(3)=65 '轴3设为ECAT周期位置模式653、UNITS——脉冲当量语法：UNITS=脉冲数 UNITS(轴号)=脉冲数控制器以UNITS作为基本单位，指定每单位发送的脉冲数，⽀持5位⼩数精度。
UNITS是⽤户单位与脉冲单位之间的纽带，UNITS=10000，MOVE(2) 等效给电机20000个脉冲。
若电机不带机械负载，电机转的圈数取决于电机转⼀圈需要的脉冲数：例1：电机转⼀圈需要10000脉冲数，MOVE(3)想让电机转3圈，则UNITS=10000。
机器人编程与运动控制的实用教程
机器人编程与运动控制的实用教程机器人技术的快速发展与普及，为我们的生活带来了巨大的变化。
而机器人编程与运动控制，作为机器人技术的核心和基础，同样具有重要的实用性。
本文将为您提供一份机器人编程与运动控制的实用教程，帮助您了解并掌握这一领域的基本知识与技能。
一、机器人编程的基础知识1. 理解编程概念与基本要素编程是指通过编写一系列指令，告诉机器人如何执行特定的任务。
在机器人编程中，我们需要掌握诸如变量、常量、条件语句、循环语句、函数等基本要素。
变量用于存储数据，常量是不可改变的数据，条件语句用于根据不同的条件执行不同的操作，循环语句用于重复执行一段代码，而函数则是将一段代码封装成一个可重复使用的模块。
2. 掌握常见的编程语言机器人编程中，常用的编程语言有Python、C++、Java 等。
不同的编程语言有不同的特点与适用场景。
对于初学者来说，Python是一种较为简洁易懂的语言，适合初步学习和实践机器人编程。
3. 学习机器人操作系统（ROS）机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是一种开源的操作系统，为机器人提供了一套标准化的工具和库。
ROS拥有良好的架构和丰富的功能包，可以帮助我们更好地进行机器人编程和运动控制。
学习ROS将对进一步深入机器人编程非常有帮助。
二、机器人运动控制的基本原理1. 理解机器人的运动学与动力学机器人运动学是研究机器人运动位置、姿态以及其相关关系的学科；机器人动力学则研究机器人运动的力学性质与行为。
了解机器人的运动学与动力学可以帮助我们更好地控制机器人的运动行为。
2. 学习机器人运动控制方法机器人运动控制方法有多种，常见的包括PID控制、逆运动学解算、轨迹规划等。
在机器人编程中，我们可以根据具体的任务需求选择合适的运动控制方法来实现机器人的运动控制。
3. 掌握机器人传感器技术机器人往往需要借助传感器来获取外界环境的信息，以便更好地进行运动控制。
运动控制技术 课程标准
运动控制技术课程标准
运动控制技术课程标准主要涵盖以下内容：
1. 运动控制系统基础知识：介绍运动控制系统的基本概念、组成和工作原理，包括运动控制器、伺服电机、传感器等的基本原理。
2. 运动控制系统设计：讲解运动控制系统的设计方法和步骤，包括运动控制系统的需求分析、功能设计、硬件选型和软件开发等方面。
3. 运动控制系统硬件：介绍运动控制系统的硬件组成，包括伺服电机、传感器、编码器、电机驱动器等的选型、安装和调试方法。
4. 运动控制系统软件：讲解运动控制系统的软件开发方法和技术，包括PID控制算法、闭环控制、轨迹规划和插补算法等。
5. 运动控制系统调试与优化：介绍运动控制系统的调试方法和技巧，包括系统参数调整、误差分析和优化方法等。
6. 运动控制系统应用案例：通过实际案例分析和实验，讲解运动控制技术在机械制造、自动化生产线、机器人等领域的应用。
以上内容仅作为运动控制技术课程标准的参考，实际的课程设置和深度还需根据教学目标、教学资源和学生需求等因素进行具体设计。
运动控制技术基础项目16 运动控制综合实例
5
编写PLC控 制程序
根据控制要求编写PLC控制程序
50分钟
6
下载PLC程 序运行
把控制程序下载到PLC，实现机床的PLC控 制
20分钟
人员 全体人员 全体人员 全体人员 全体人员 全体人员 全体人员
示范实例：决策
按照工作计划表，项目小组全体成员共同确定I/O分配表。本 项目小组共六人，两人一组分为三个小组，分别实施主轴变 频、伺服升降和步进分度三个部分的电路图绘制、电路连接、 驱动器设置以及PLC程序编写，最后全体成员参与调试运行， 合作完成任务并提交任务评价表。
得分
示范实例：评价
表16-8 专用机床控制项目自评表
表16-9 专用机床控制项目他评表
签名： 日期：
签名： 日期：
实践练习
某伺服灌装系统由X轴跟随伺服、Y轴灌装步进、主轴传送带、 正品检测装置、正品传送带和次品传送带等部分组成，如图 16-12所示。
图16-12 伺服灌装系统组成图
实践练习
伺服灌装机系统由X轴伺服电机M1、Y轴步进电机M2、主轴三相异步电机 M3和正品传送电机M4、次品传送电机M5组成。 伺服电机M1驱动丝杠运行，通过丝杠带动灌装平台的左右移动；已知丝杠 的螺距为4mm，伺服电机M1旋转一周需要4000个脉冲，以丝杠运行速度代 表X轴跟随量的大小。 步进电机M2驱动灌装喷嘴上下移动，步进电机M2旋转一周需要2000个脉冲， 运行速度为30r/min。步进电机正转3r开始灌装，灌装结束反转3r回到原位。 主轴传送带M3由变频器驱动，速度主要由前面板上电流调节旋钮模拟量420mA来模拟给定，也可实现15Hz和30Hz两种特定速度。可进行正反转运行， 加速时间0.5秒，减速时间0.5秒。 正品检测装置输出模拟量DC 0-10V，电压大于9V为合格，小于9V为次品。 SQ1到SQ2之间的距离为灌装同步运行期间，此距离与两空物料瓶之间的距 离相等。 灌装喷嘴初始位于SQ2处，系统工作时，传送带把空瓶向检测位传送，当空 瓶到达SQ2处时，伺服电机开始与传送带同速运转，同时步进电机正转3r开 始灌装，到SQ1位置时灌装结束反转3r回到原位。然后伺服电机以三倍传送 带速度返回SQ2，等待下一批空瓶。
运动控制
1.运动控制系统是以电动机及其拖动的机械设备为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
2.运动控制不同的分类方法：（1）被控物理量：转速被控的系统叫调速系统，以角位移或直线位移叫伺服系统（位置随动系统）；（2）驱动电机类型：直流电动机叫直流传动系统，交流电机叫交流传动系统；（3）控制器：模拟电路叫模拟控制系统，数字电路叫数字控制系统。
3.运动控制三要素：控制器、功率驱动装置、电动机。
4.运动控制发展趋势：（1）运动控制的交流化（2）功率变换装置高频化（3）功率系统的高速、超小和超大化（4）系统实现的集成化（5）控制的数字化、智能化和网络化5.直流电机的种类：他励，幷励，串励，复励，永磁。
6.直流电机启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动7.他励直流电机的调速方法：（1）改变电枢电阻，即串电阻调速（2）改变电枢电压U （3）减弱电机励磁磁通φ8.调速系统的静态及动态指标：（1）静态指标:1.调速范围D（可调速度的范围，即D=；2.静差率S指负载变化时转速的稳定程度，即s==X100%。
（2）动态指标：1.跟随性指标。
1）上升时间2）超调量3）调节时间；2.抗扰性指标。
9.直流电机调压调速：旋转变流机组；晶闸管相控静止整流；直流脉宽调制。
10.晶闸管相控静止整流的缺点：功率因数低，谐波大，是造成电力公害的主要原因之一11.（1）在相同负载下，闭环系统的转降速只是开环系统的1/（1+K）；（2）在相同负载下，闭环系统的静差率只是开环系统的1/（1+K）；（3）静差率相同时，闭环系统的调速范围是开环系统的（1+K）倍。
(4) 当给定电压相同时，闭环系统的空载转速是开环系统的1/(1+K),也就是说闭环系统的理想空载转速大大降低，如果希望闭环系统和开环系统的理想空载转速相同，则闭环系统的给定电压必须是开环系统的(1+K)倍，如果希望两者给定电压相同、理想空载转的理想空载转速相同，则闭环系统必须设置放大器。
[专业技术继续教育]运动控制系统-基础与提高(1)运动控制系统组成与结构
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２６、日本永旺公司 ４１２．４９亿 ２７、中国台湾鸿海精密工业股份有限公司 ４０５．９６亿 ２８、日本第一相互生命保险公司 ４０１．４６亿 ２９、日本ＮＥＣ公司 ３９７．７８亿 ３０、中国工商银行 ３６８．３３亿 ３１、新日本制铁公司 ３６７．８２亿 ３２、日本Ｍｉｌｌｅａ控股公司 ３６０．６７亿 ３３、中国移动通信集团公司 ３５９．１４亿 ３４、日本佳能公司 ３５７．２７亿 ３５、日本瑞穗控股公司 ３５０．５０亿 ３６、中国人寿保险（集团）公司 ３３７．１２亿 ３７、日本三井住友金融集团 ３３３．５４亿 ３８、日本三菱电机公司 ３２９．６５亿 ３９、日本住友生命保险公司 ３２３．２０亿 ４０、澳大利亚必和必拓公司 ３２１．５３亿 ４１、泰国ＰＴＴ公司 ３２０．４６亿 ４２、日本丸红公司 ３１２．８２亿 ４３、日本电装公司 ３０８．６２亿 ４４、中国银行 ３０７．５１亿 ４５、日本明治安田生命保险公司 ２９９．７９亿 ４６、日本矿业公司 ２９７．１４亿 ４７、韩国电力公司 ２８７．０８亿 ４８、韩国三星生命保险公司 ２８６．３９亿 ４９、中国建设银行 ２８５．３２亿 ５０、日本ＫＤＤＩ公司 ２８５．１５亿
研发之路
——从装备制造业对自主创新人才的需求谈起
主讲：蒋仕龙 博士 jiang.sl@ jiangshilong03@
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
蒋仕龙简历
1991，太原机械学院自动控制专业毕业，获学士学位 1994，中南工业大学自动控制专业毕业，获硕士学位，同年留校任教至 2001年 1996～2001，获公派赴香港科技大学做高教访问学者，期间师从李泽湘 教授从事多指机器手抓取研究，并于2000年获哲学（电机与电子工程学） 博士学位 自2000年加盟固高科技（香港）有限公司，固高科技（深圳）有限公司， 历任智能玩具部经理、运动控制事业部经理、市场部经理、副总经理并兼 任教学产品部经理 自2006年12月进入北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站 工作，研究课题：运动控制技术教学体系建立和应用技术平台的开
總部所在地
營業額 (百萬美元) 67,391.8 60,584.8 57,553.1 57,445.1 55,507.1 47,681.9 47,150.9 45,110.3 44,068.3 43,775.4 43,471.4 43,398.4 43,239.6 42,076.4
增長率 39.0% -11.6% 8.7% 10.8% 24.2% 4.1% 11.8% 6.3% 21.8% 0.5% 0.6% 2.8% -1.6% -0.6%
-- 纺织设备（年进口30~50亿美金）
-- 医疗设备 -- 激光加工设备
•
规模化的传统制造/设备数控化
-- 玩具（东莞：3000工厂，1600亿产值）
•
新兴产业所需装备
-- 光电通讯 -- 生物/制药 -- 计算机硬盘/磁头 -- 无线产品：手机
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
中国制造业发展所面临的“四面危机”
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
國家/地區
公司數目
營業額比率*
純利比率*
亞洲企業1000分布
消費者電子產品二十大排名 重工業二十大排名
名次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 公司名稱 松下電器產業 索尼（新力）SONY LG ELECTRONICS CANON INC. SHARP CORP. 三洋電機 海爾集團 KONICA MINOLTA HOLDINGS OLYMPUS CORP. SAMSUNG SDI VICTOR CO. OF JAPAN PIONEER CORP. NIKON CORP. ALPS ELECTRIC 大同股份有限公司 TCL集團股份有限公司 CASIO COMPUTER SEGA SAMMY HOLDINGS YAMAHA CORP. 任天堂 總部所在地 日本 日本 南韓 日本 日本 日本 中國 日本 日本 南韓 日本 日本 日本 日本 台灣 中國 日本 日本 日本 日本 營業額 (百萬美元) 80,696.1 67,822.9 43,398.4 34,060.9 25,377.5 22,539.5 12,615.5 9,693.2 8,874.3 7,697.1 7,320.8 6,849.6 6,631.7 6,438.2 6,371.3 6,306.3 5,265.0 5,019.4 4,845.6 4,620.3 名次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 公司名稱 三菱電機 三菱重工業 KOMATSU 川崎重工業 石川島播磨重工業 KUBOTA CORP.
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
装备制造企业是高科技企业的顶峰： 应用材料公司=英特公司+IBM公司
驱动技术 控制技术
原创工作的定义，判断与现状
原创研究（Innovative Research, Original Research）定义： Innovation: (Webster) To introduce new methods, customs, devices, etc. 原创研究的认定： 国际核心期刊（Internationally referred high impact journals）(国际同行评议） 控制：25篇Seminal Papers in Control IEEE AC：（5） 2. SIAM Jour. Of Control：（3） 3. Automatica：（1） 机器人：IEEE Trans. On Robotics High Citation Index Mainstream Area 发明专利与国际会议？
成为合格的自主创新人才
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
制造大国（Made in China）
世界制造中心经历了由美国（50~60年代）、日本（70~80年 代）、亚洲四小龙（80~90年代），到中国（尤其是长三角和 珠三角地区）的转移 中国已经建立初具规模的制造群体，包括
公司名稱
總部所在地
營業額 (百萬美元)
今年名次 增長率 16源自去年名次 18 16 17 20 21 19 28 — 29 22 24 27 23 25
公司名稱 中國石油天然氣股份有限 公司 LG CORP. 東芝 現代汽車 新日本石油 東京電力 SK CORP. 雙日 國家石油 NEC CORP. 富士通 LG ELECTRONICS NTT DOCOMO JAPAN TOBACCO SHELL EASTERN TRADING
２０４７．４６亿 １３１６．３６亿 １１０５．２０亿 １０７１．８６亿 ９４７．９１亿 ９１９．９８亿 ８９５．０２亿 ８９４．７６亿 ８７６．１５亿 ７７８．７１亿 ７０９．２５亿 ６８７．５４亿 ６６６．６６亿 ６０８．４２亿 ５９０．０２亿 ５６６．２４亿 ５２１．０２亿 ５０９．８８亿 ４８０．１３亿 ４５６．３５亿 ４５２．１７亿 ４５１．６８亿 ４３６．０４亿 ４３４．９０亿 ４１７．２８亿
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
发展新型装备制造业所需条件与特点
1. 多学科/多技术/多工艺经多年磨 合提炼后的一体化集成 2. 自主创新是核心 高精度 3. 基础产业的支持（控制，驱 高速度/加速度 高集成度 动……） 高传感技术 4. 基础研究与创新人才培养是关键 精密机械 工艺 -- 中国数控技术（25年的辛酸历史， “屡战屡败”） 传感器技术
中國 南韓 日本 南韓 日本 日本 南韓 日本 馬來西亞 日本 日本 南韓
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 2 3 11 4 6 5 9 14 7 10 8 12 13 15
豐田汽車 三菱商事 三井物產 中國石油化工股份有限 公司 日本電信電話 伊藤忠商事 住友商事 本田汽車 國家電網公司 日立製作所 日產汽車 松下電器產業 丸紅 三星電子 索尼（新力）SONY
DOOSAN HEAVY IND. & CONSTRUCT. 富士電機 JTEKT CORP. 日立建機 SAMSUNG HEAVY INDUSTRIES 三井造船 住友重機械工業 DAEWOO SHIPBUILDING & MARINE ENGIN. 勝科工業 HYUNDAI ENGINEERING & CONST. KINDEN CORP. 關電工 LARSEN & TOUBRO 吉寶企業
计算机及电子信息产品制造 家电产品、玩具和电子消费类产品 模具及精密产品制造 装备、物流及系统集成 轻工、纺织、印刷机械、化工产品制造 生物医药产品、医疗器械等
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
中国发展装备制造业的机遇
•
市场优势
-- 数控机床（汽车，模具等）（30亿美金+30亿美金，世界第一） -- 半导体设备 前道设备:(全球约300亿美金) 后道设备:(约50亿美金)（ASM） -- PCB和计算机产品制造设备（SMT等） -- 检测/包装/木工/印刷设备等 -- 工业机器人（电子，LCD，手机制造）（世界第一）
北京大学香港科技大学深圳研修院博士后科研工作站
制造强国？（Made by China？）
数控机床最大消费国（60亿美元），但大部分需进口 最大纺织设备市场，高端进口设备占40亿美元 家电产品最大生产和消费国，但不拥有其核心技术 无线产品最大市场，但需付出巨大专利使用费 类似现象在工业机器人，汽车，造船，军事装备等领域同 样存在 缺乏原创性工作与原创性能力
日本 日本 日本 中國 日本 日本 日本 日本 中國 日本 日本 日本 日本 南韓 日本