第九章 网络化运动控制系统
第9章 工业控制网络
第9章 工业控制网络
第二代集散系统是应市场要求而产生的,20世纪 70年代以来,工业自动化技术飞速发展,世界市场上 产品竞争激烈,迫使生产厂家必须提高产品质量,提 高生产效率,因此,必须实现全面的优化管理.局部 网及各种管理模件等正是为适应这方面要求而引入的. 同样,市场的竞争导致了生产周期变短,生产品种变 换频繁,工艺过程变化大,这就要求控制系统不仅要 有完善的连续控制和顺序控制功能,还必须增强批量 控制功能.这就形成了第二代集散系统的主要技术特 征:引入局部网和管理模件;引入或加强了批量控制 功能.
第9章 工业控制网络
表9―1 国外DCS系统典型产品
第9章 工业控制网络
第9章 工业控制网络
表9―2 部分国产DCS系统
第9章 工业控制网络
9.1.2 集散系统的基本结构 自1975年第一套集散系统TDC―2000诞生至今, 随着微型计算机技术,特别是数据通信技术的发展与 应用,集散系统的能力与结构也在不断地发展与变化, 其中大体经历了三个阶段. 1.第一代集散系统的基本结构 第 一 代 集 散 系 统 始 于 1975 年 , 其 基 本 结 构 如 图 9―3所示,主要由5大部分组成.
第9章 工业控制网络
(2)现场监视站:亦称过程接口单元(PIU),数据 采集单元(DAU)或现场监视单元.其主要作用是采集 及处理非控制参数,并通过数据通道将采集到的数据 送到操作站和上位机.它 使集散系统获得了分散数据 采集与处理的能力.有些系统将PCU和DAU放在一个 单元中.
第9章 工业控制网络
工业控制网络它们虽然具有易于实现复杂规律易于通信易于实现集中监视以及操作控制精度高等显著优点但由于它们还属于集中型系统一台计算机要控制几十甚至几百个回路同时保存并处理着整个生产过程的全部信息所以存在着危险集中的严重问题一旦主机发生故障必将影响整个系统的正常工作甚至造成瘫痪事故发生
运动控制系统精品课件完整最新版
特点:综合性,工程性,理论与实践相结合. 前期课程:电力电子技术，电机拖动基础，控制
理论, 电路原理, 电磁学，系统仿真……
1.3 运动控制系统转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
J
d m
dt
Te
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Dm
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dt
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1.3 运动控制系统转矩控制规律
4 现代的运动控制系统
驱动的交流化和超高速、超大型化、超 小型化
系统实现集成化 控制数字化、智能化和网络化
（2)课程的核心内容：
一个主题：运动控制系统（直流=》交流）； 主线：不断改进系统以提高系统性能，从提高静态
性能到追求动态性能
研究控制系统时要关注： 稳定性，动静态特性； 系统的分析方法、控制方法和设计方法； 与系统的实现相关的电力电子技术、控制理论、计
节能调结方式：取消挡板，阀门，调节转速
调节流量
节能率达20%-30%
调速节能-风机水泵类负载-体量非常大！！
风机主要应用于冶金、石化、电力、城市轨道交通、 纺织、船舶等国民经济各领域以及各种场所的通风换 气
在我国，风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量 分别占全国用电量的10．4％、20．9％、9．4％和6％。
2）知识体系
电机学、 电力电子技术 微电子技术、 计算机控制技术、 控制理论、 信号检测与处理技术
图1-1运动控制及其相关学科
3 运动控制系统的分类
按电机分：直流系统，交流系统； 按被控量分：调速系统,位置随动系统,转矩 控制系统； 按控制器的类型分：模拟型，数字型； 按控制原理分：PID控制,模糊控制,矢量控 制等等； 按闭环数分：单环，双环，多环系统，可交 叉：如数字式双闭环直流调速系统
9第九章 计算机控制系统
生产过程中应用的计算机系统，除个别特殊的只用于 数据采集的外，一般都应是实时计算机系统。
13
数据采集和处理系统
数据采集和处理系统框图
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数据采集和处理系统
数据采集和处理系统是将生产过程中的各种参 数经一次仪表发送、信号调理、模数转换而定 时地巡回采样到计算机中，然后由计算机对数 据进行分析相处理。
对输入信号和输出信号的调理比较方便；
除能实现PID控制功能外，还能方便地采用先进的、复 杂的控制规律（如串级控制、前馈一反馈控制、选择性 控制、解耦控制等），使系统的控制品质得到提高。
22
DDC的缺点
在直接数字控制系统中，对生产过程产生直 接影响的被控变量的给定值是预先设定的， 并且存入计算机的内存中，这个给定值不能 根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修 改， 故系统无法使生产过程处于最优工况，这显 然是不够理想的。
化工仪表及自动化
第九章 计算机控制系统
内容提要
概述 216
计算机控制系统的组成
计算机控制系统的特点 计算机控制系统的发展过程
集散控制系统 219
集散控制系统的特点 集散控制系统的基本构成 CENTUM-CS集散控制系统（自学）
2
内容提要
现场总线控制系统 27
现场总线控制系统的特点 现场总线国际标准化 主要的现场总线系统简介
12
从本质上来看，计算机控制的工作过程的三个步骤：
数据采集、控制决策与控制输出。 数据采集 对被控变量的瞬时值进行检测，并输入计 算机； 控制决策 对采集到的数据进行分析，并按预先规定 的控制规律进行运算，根据运算结果，决定进一步的 控制行为； 控制输出 根据决策，适时地对控制机构发出控制信 号，完成控制任务。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案第一章：运动控制系统概述1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的作用1.3 运动控制系统的发展历程1.4 运动控制系统的应用领域第二章：运动控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 驱动器2.5 运动控制器与执行器的接口第三章：运动控制算法3.1 PID控制算法3.2 模糊控制算法3.3 神经网络控制算法3.4 自适应控制算法3.5 预测控制算法第四章：运动控制系统的性能评估4.1 动态性能评估4.2 静态性能评估4.3 稳态性能评估4.4 鲁棒性评估4.5 节能性能评估第五章：运动控制系统的应用案例5.1 运动控制5.2 数控机床运动控制5.3 电动汽车运动控制5.4 无人机运动控制5.5 生物医学运动控制第六章：运动控制系统的建模与仿真6.1 运动控制系统的数学建模6.2 运动控制系统的计算机仿真6.3 仿真软件的选择与应用6.4 系统建模与仿真的实际案例6.5 建模与仿真在运动控制系统设计中的应用第七章：运动控制系统的故障诊断与容错控制7.1 运动控制系统的常见故障及诊断方法7.2 故障诊断算法及其在运动控制系统中的应用7.3 容错控制策略及其在运动控制系统中的应用7.4 故障诊断与容错控制在提高运动控制系统可靠性方面的作用7.5 故障诊断与容错控制的实际案例分析第八章：运动控制系统的优化与调整8.1 运动控制系统的性能优化方法8.2 控制器参数的整定方法8.3 系统调整过程中的注意事项8.4 优化与调整在提高运动控制系统性能方面的作用8.5 运动控制系统优化与调整的实际案例第九章：运动控制系统在工业中的应用9.1 运动控制系统在制造业中的应用9.2 运动控制系统在自动化生产线中的应用9.3 运动控制系统在技术中的应用9.4 运动控制系统在电动汽车技术中的应用9.5 运动控制系统在其他工业领域中的应用第十章：运动控制系统的发展趋势与展望10.1 运动控制系统技术的发展趋势10.2 运动控制系统在未来的应用前景10.3 我国运动控制系统产业的发展现状与展望10.4 运动控制系统领域的研究热点与挑战10.5 面向未来的运动控制系统教育与人才培养重点和难点解析重点一：运动控制系统的作用和应用领域运动控制系统在现代工业和科技领域中起着至关重要的作用。
运动控制系统 教案
运动控制系统教案教案标题：运动控制系统教案目标：1. 了解运动控制系统的基本概念和组成要素。
2. 理解运动控制系统在不同实际应用中的作用。
3. 掌握运动控制系统的设计和调试方法。
教案内容：一、引入（5分钟）1. 引导学生思考：你们平时在生活中见过哪些运动控制系统？2. 介绍运动控制系统的定义和基本概念。
二、运动控制系统的组成要素（15分钟）1. 介绍运动控制系统的基本组成要素，包括传感器、执行器、控制器等。
2. 分别解释各个组成要素的作用和功能。
三、运动控制系统的实际应用（20分钟）1. 介绍运动控制系统在工业自动化、机器人、航空航天等领域的应用案例。
2. 引导学生思考：为什么运动控制系统在这些领域中非常重要？四、运动控制系统的设计和调试方法（25分钟）1. 介绍运动控制系统的设计流程，包括需求分析、系统设计、硬件选型等。
2. 介绍运动控制系统的调试方法，包括参数调整、信号采集与分析等。
五、小结与展望（5分钟）1. 总结本节课学到的内容。
2. 展望运动控制系统在未来的发展前景。
教案评估：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的积极参与程度。
2. 课堂讨论：评估学生对于运动控制系统的理解和应用能力。
3. 小组作业：布置小组作业，要求学生设计一个简单的运动控制系统，并在下节课展示。
教学资源：1. PPT演示文稿：用于呈现教学内容和案例分析。
2. 实物展示：准备一些实际的运动控制系统设备或模型，供学生观摩和实践。
教学延伸：1. 实践应用：组织学生参观工厂或实验室，了解运动控制系统的实际应用。
2. 拓展阅读：推荐学生阅读相关的专业书籍或论文，深入了解运动控制系统的发展和研究方向。
备注：根据不同教育阶段的要求，可以适当调整教案的深度和难度。
以上教案适用于高中或大学相关专业的教学。
化工仪表及自动化第9章新型控制系统
系统的性能和稳定性。
新型控制系统在复杂系统中的应用
智能制造
新型控制系统能够实现生产线的智能化控制，提高生产效率和产 品质量。
智能交通
通过实时感知和智能决策，新型控制系统能够优化交通流，提高 道路运输效率。
智能家居
新型控制系统能够实现家居设备的互联互通，提供更加便捷和舒 适的生活环境。
数据安全与隐私保护的挑战
改进后的系统采用了智能传感器和大数据分析技术，能够实时监测 油井状态，预测产量并优化开采方案。
应用效果
自动化控制系统改进后，石油公司的采油效率提高了25%，同时降低 了开采成本和环境污染。
某制药公司的安全监控系统升级
背景介绍
某制药公司为了确保生产安全和产品质量，对安全监控系统进行 了升级。
系统PTER
人工智能与新型控制系统的融合
深度学习
01
利用深度学习算法，新型控制系统能够自适应地处理大量数据，
实现更高效和精准的控制。
强化学习
02
强化学习算法能够让新型控制系统在不确定的环境中自主地学
习和优化控制策略。
混合智能
03
结合传统控制方法和人工智能技术，实现优势互补，提高控制
新型控制系统采用智能仪表进行 测量和监控，提高了仪表的精度
和可靠性，减少了维护成本。
数据处理与可视化
新型控制系统能够对采集的数据 进行实时处理和可视化展示，方 便操作人员对生产过程进行监控
和调整。
远程控制与诊断
新型控制系统支持远程控制和诊 断功能，操作人员可以通过网络 对化工仪表进行远程监控和调整。
压力、流量等，确保生产过程的 稳定性和安全性。
自动化控制
通过自动化控制技术，新型控制系 统能够实现对化工生产过程的自动 调节和优化，提高生产效率和产品 质量。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案一、教学目标1. 了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 掌握运动控制系统的分类及其原理。
3. 熟悉运动控制系统的应用领域和发展趋势。
4. 培养学生对运动控制系统的兴趣和创新能力。
二、教学内容1. 运动控制系统概述运动控制系统的定义运动控制系统的组成运动控制系统的功能2. 运动控制系统的分类开环运动控制系统闭环运动控制系统混合运动控制系统3. 运动控制系统的原理位置控制原理速度控制原理力控制原理4. 运动控制系统的应用领域工业数控机床电动汽车航空航天5. 运动控制系统的发展趋势智能化网络化绿色化三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的基本概念、原理和应用。
2. 案例分析法：分析具体运动控制系统的实例，加深学生对运动控制系统的理解。
3. 讨论法：引导学生探讨运动控制系统的发展趋势及其在我国的应用前景。
4. 实践操作法：安排实验室参观或动手实践，让学生亲身体验运动控制系统的工作原理。
四、教学安排1. 第1-2课时：运动控制系统概述2. 第3-4课时：运动控制系统的分类和原理3. 第5-6课时：运动控制系统的应用领域4. 第7-8课时：运动控制系统的发展趋势5. 第9-10课时：实验室参观或实践操作五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对运动控制系统基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对运动控制系统知识的掌握。
3. 小组讨论：评估学生在探讨运动控制系统发展过程中的创新能力。
4. 实践报告：评价学生在实验室参观或实践操作中的表现。
六、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 课件：运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势3. 视频资料：运动控制系统的实际应用案例4. 实验室设备：的运动控制系统实验装置5. 网络资源：关于运动控制系统的相关论文和新闻七、教学过程1. 导入：通过一个运动控制系统的实际应用案例，引发学生对运动控制系统的兴趣。
2. 讲解：结合教材和课件，详细讲解运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势。
运动控制系统的发展历程
运动控制系统的发展历程1. 概述运动控制系统是一个广泛应用于机械设备中的系统，用于控制和监测物体的运动。
随着科技的发展和工业自动化的推动，运动控制系统也得到了长足的发展。
本文将详细探讨运动控制系统从诞生到现在的发展历程。
2. 早期运动控制系统2.1 机械式运动控制系统最早的运动控制系统可以追溯到19世纪，在当时主要是以机械式的方式实现。
机械式运动控制系统通过连杆、凸轮和曲柄等机械元件的配合来实现对物体的运动控制。
这种系统结构简单，但受限于机械元件的耐久性和精度，应用范围有限。
2.2 电气式运动控制系统随着电气技术的发展，人们开始探索使用电气元件来实现运动控制系统。
1920年代，电机和电子管的应用为电气式运动控制系统的发展奠定了基础。
在这个阶段，人们主要使用继电器和电磁接触器来控制电机的运动，实现简单的运动控制功能。
2.3 数字式运动控制系统20世纪60年代，随着计算机技术的迅速发展，数字式运动控制系统开始兴起。
这种系统使用数字信号处理器（DSP）和微处理器来实现对运动的精确控制。
数字式运动控制系统具有更高的精度和灵活性，广泛应用于机械加工、自动化生产线等领域。
3. 现代运动控制系统3.1 高级运动控制算法现代运动控制系统注重增强系统性能和精确度。
高级运动控制算法的应用使得系统能够更加灵活地控制物体的运动。
例如，PID控制算法能够实现对物体位置、速度和加速度的精确控制。
同时，模糊控制、遗传算法等也逐渐应用于运动控制系统中，提高了系统的稳定性和响应速度。
3.2 传感技术的发展运动控制系统的发展不仅依赖于控制算法的改进，还离不开传感技术的发展。
随着传感器技术的进步，运动控制系统能够更准确地感知物体的位置和状态。
光电编码器、加速度传感器、激光测距仪等传感器的应用，为运动控制系统提供了更大的灵活性和精确度。
3.3 网络化和智能化随着信息技术的快速发展，运动控制系统向网络化和智能化方向发展。
通过将运动控制系统与网络相连接，可以实现远程监控和远程控制。
运动控制的发展趋势
运动控制的发展趋势
运动控制的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 精确度提高：随着技术的进步，运动控制系统的精确度不断提高。
传感器和执行器的性能不断提升，可以实现更精确的位置和力控制，满足各种精密应用的需求。
2. 高效性与可靠性提升：运动控制系统在性能提高的同时，也在追求更高的效率和可靠性。
通过优化算法、降低功耗、提高控制器的响应速度等手段，使系统更加高效稳定。
3. 网络化与智能化：随着物联网技术的发展，运动控制系统也趋向于网络化和智能化。
通过连接互联网，实现设备之间的远程监控、管理和控制，提高系统的灵活性和可操作性。
4. 集成化：运动控制系统逐渐向集成化方向发展，不再是单一组成部分的简单堆叠，而是将传感器、执行器、控制器等功能集成在一起，实现更紧凑、简化的系统结构。
5. 可编程性与自适应性增强：运动控制系统的可编程性和自适应性也在不断提高。
通过增加软件算法的灵活性和自学习能力，使系统能够根据环境变化和任务需求进行自适应调整，提高系统的适应性和灵活性。
总之，运动控制的发展趋势是朝着更高精确度、高效性、可靠性、网络化、智能化、集成化、可编程性和自适应性的方向发展。
运动控制系统PPT参考课件
第1篇 直流拖动பைடு நூலகம்制系统
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 ❖ 直流调速方法 ❖ 直流调速电源 ❖ 直流调速控制
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1.1.1 直流调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
（1-1）
n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）；
I — 电枢电流（A）；
R — 电枢回路总电阻（ ）；
晶闸管-电动机调速系统（简称VM系统，又称静止的Ward-Leonard系 统），图中VT是晶闸管可控整流器，通 过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移 动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud ，从而实现平滑调速。
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• V-M系统的特点
与G-M系统相比较： 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提
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1). 直流斩波器的基本结构
控制电路
+
VT
Us
VD
_
a）原理图
u
+ Us ton
M _O
T
b）电压波形图
图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形
Ud t
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2). 斩波器的基本控制原理
在原理图中，VT 表示电力电子开关器件， VD 表示续流二极管。当VT 导通时，直流电源 电压 Us 加到电动机上；当VT 关断时，直流电 源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续流，两端 电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如 图1-5b ，好像是电源电压Us在ton 时间内被接上， 又在 T – ton 时间内被斩断，故称“斩波”。
改变电压 UN U
U n ， n0
❖ 调速特性：
O
转速下降，机械特性