机电系统计算机设计

四、机电控制系统基本控制方式
按照系统的反馈类型可分为三种：
1.开环控制方式 2.闭环控制方式 3.复合控制方式（半闭环）
A
B
四、机电控制系统基本控制方式
1.开环控制方式
工作台
进给脉冲
步进电机 驱动装置
步进电机
按扰动补偿
四、机电控制系统基本控制方式
2.闭环控制方式
位置 指令 工来自百度文库台
位置控 制装置
机电系统计算机控制
哈工大（威海）船舶学院
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
二、机械领域常用的微机控制单元
3.可编程控制器（PLC）
PLC控制系统的特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强 2.控制系统结构简单，通用性强 3.编程容易，易于使用 4.功能完善，维护方便 5.设计、施工、调试周期短 6.与单片机相比较，成本高
二、机械领域常用的微机控制单元
4.总线式工业控制机
二、机械领域常用的微机控制单元
5.正在兴起的可编程自动化控制器（PAC）
Programmable Automation Controller PLC功能的扩充：
1.运算能力的提升 2.工业网络的提升 3.功能更多样化 成本高、是否能完全取代PLC值得商榷
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
3.可编程控制器（PLC）
Programmable Logic Controller
二、机械领域常用的微机控制单元
3.可编程控制器（PLC）
24L+ SB1 24L+ 24M SB1 SB2
SB2
KM
KM
KM 24M
线圈
二、机械领域常用的微机控制单元
3.可编程控制器（PLC）
24M 24L+ SB1 COM X0 SB2 X1 Y0 COM Y0 Y1 24L+ 24M 梯形图程序 X1 X0 Y0
一、课程综述
5.课程考核
考试：70%（闭卷）； 作业：30%（课程总结+作业）；
一、课程综述
6.学习方法
独立之精神
边做边学，边学边做
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
本讲结束，下讲再见！
第一讲 绪论
本讲参考文献：
1. 陈维山, 赵杰. 机电系统计算机控制. 哈尔滨：哈尔滨工 业大学出版社, 2001. 2. 李正军. 计算机控制系统. 北京: 机械工业出版社, 2008. 3. 何克忠, 李伟. 计算机控制系统. 北京: 清华大学出版社, 1998. 4. 董景新, 赵长德. 控制工程基础. 北京: 清华大学出版社, 1992.
i 1
机械
控制
(z p ) K (z z )
i j i 1 j 1
n
电子
计算机
不同的机电一体化系统，所涵盖的学科也不尽相同。
一、课程综述
1.课程的学科位置
机械： 机械与控制： 机械、控制与电子： 机械、控制、电子与计算机： 水转翻车 飞球调节器 第一台数控 工业机器人
一、课程综述
机械： 机械与控制： 机械、控制与电子： 机械、控制、电子与计算机： 水转翻车 飞球调节器 第一台数控 工业机器人
一、课程综述
1.课程的学科位置
通讯扩展 示教盒 小臂摆动 伺服控制 手腕摆动 伺服控制 末端夹持 伺服控制
控 制 计
操作盒 大臂摆动 伺服控制 反馈 腰部回转 伺服控制 手腕回转 伺服控制 视觉 触觉 系统 通用外设
外设
控制器
接口
外部通道
驱动与反馈
对象
三、微机控制系统的组成与分类
2.微机控制系统的分类
按照系统的组织结构分类：
直接数字控制系统（DDC） 分布式计算机控制系统（DCS） 现场总线控制系统（FCS） 工业以太网（EtherNet） 数据采集与监控系统（ SCADA）
三、微机控制系统的组成与分类
2.微机控制系统的分类
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
五、对机电控制系统基本要求
控制系统性能的优劣指标：
1.稳定性—稳定裕度 2.精确性—稳态误差 3.快速性—调整时间
A
B
*
4 *
2
18
MCS-51
PLC
PLC
12
IPC IPC IPC
IPC
6
4
HMI
MCS-51
PLC PLC PLC
2 2
一、课程综述
3.关于讲义的结构
第一讲：绪论 一、课程综述
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
STD、PC104、IPC（PCI/ISA）、cPCI、PXI…
CPU卡
高速AD卡
数字IO卡
运动控制卡
… …
二、机械领域常用的微机控制单元
4.总线式工业控制机
数控系统-专用的总线式工业控制机
开放式数控
二、机械领域常用的微机控制单元
4.总线式工业控制机
总线式工业控制机的特点：
1.系统集成简单，开发周期短 2.具有丰富的编程环境资源 3.能组建复杂的控制系统 4.模块成熟，功能完善 5.成本较高，对工程应用者来说，不易形成自主 的核心技术
本节结构如下：
1.课程的学科位置 2.课程的组织结构 3.关于讲义的结构 4.主要参考书目 5.课程考核 6.学习方法
一、课程综述
一、课程综述
1.课程的学科位置
机电一体化
(s) G (s) 1 G (s) H ( s)
f h j 1 m

K G ( z zi ) ( z p j )
2.微机控制系统的分类
现场总线控制系统（FCS）
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
三、微机控制系统的组成与分类
1.一般的硬件组成
软件 接口 微 型 机 接口 接口 扩展 开关量输入 开关量输出 接口 A/D D/A 采样保持 功率放大 检测元件 执行机构 控 制 对 象
1971年，INTEL 4004 百度—“微处理器史话 ”
高速、高性能 微处理器
80X86 P3 P4 迅驰 酷睿
适于嵌入式应 用的微控制器
MCS-51、96 AVR PIC ARM DSP
5.可编程自动化控制器（PAC）
*大型、复杂的控制系统往往是各类微机控制系统的 有机结合体，各类控制系统各取所长。它们的取舍 取决于系统所要完成的功能以及实施成本。
1.课程的学科位置
机械： 机械与控制： 机械、控制与电子： 机械、控制、电子与计算机： 水转翻车 飞球调节器 第一台数控 工业机器人
一、课程综述
1.课程的学科位置
机械： 机械与控制： 机械、控制与电子： 机械、控制、电子与计算机： 水转翻车 飞球调节器 第一台数控 工业机器人
一、课程综述
1.课程的学科位置
算 机
一、课程综述
1.课程的学科位置
机电一体化系统 控制 系统 驱动 装置
传感反馈
机械 本体
一、课程综述
1.课程的学科位置
人体系统—机电系统的类比
一、课程综述
1.课程的学科位置
微机控制系统 硬件电路
电工电子技术 微机原理与接口
程序算法
控制理论 计算方法
一、课程综述
2.课程的组织结构
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第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制单元 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
二、机械领域常用的微机控制单元
常用的有以下几种：
1.单片机系统 微型计算机 2.嵌入式系统 3.可编程控制器（PLC） 4.总线式工业控制机
单片机控制系统的特点：
1.集成度高，结构小巧 2.成本低廉 3.对现场恶劣环境适应性强 4.系统裁剪灵活 5.开发周期相对PLC较长，需熟悉硬件
二、机械领域常用的微机控制单元
2.嵌入式系统
ARM、DSP
Linux、WinCE、PalmOS 、μCOS、VxWorks
二、机械领域常用的微机控制单元
直接数字控制系统（DDC）
三、微机控制系统的组成与分类
2.微机控制系统的分类
分布式计算机控制系统（DCS）
PLC
三、微机控制系统的组成与分类
2.微机控制系统的分类
分布式计算机控制系统（DCS）
三、微机控制系统的组成与分类
2.微机控制系统的分类
现场总线控制系统（FCS）
三、微机控制系统的组成与分类
1.课程的学科位置 2.课程的组织结构
二、机械领域常用的微机控制系统
一、课程综述
4.主要参考书目
1. 李广第, 朱月秀, 王秀山. 单片机基础. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001. 2.陈维山, 赵杰. 机电系统计算机控制. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 2001. 3.王锦标.计算机控制系统.北京：清华大学出版社，2004. 4.[美]Morris Driels 著.金爱娟,李少龙,李航天 译.线性控制系统工程 北京： 清华大学出版社, 2005. 5.王永华, 王东云, 宋寅卯等. 现代电气及可编程控制技术. 北京: 北京航空航 天大学出版社, 2002. 6.李正军. 计算机控制系统. 北京: 机械工业出版社, 2008.
速度控 制装置
电流控 制装置
伺服电机
电流反馈 速度反馈 位置反馈 按偏差补偿
四、机电控制系统基本控制方式
3.复合（半闭环）控制方式
位置 指令 工作台
位置控 制装置
速度控 制装置
电流控 制装置
伺服电机
电流反馈 速度反馈 位置反馈 复合补偿
第一讲 绪论
本讲讨论如下内容：
一、课程综述 二、机械领域常用的微机控制系统 三、微机控制系统的组成与分类 四、机电控制系统的基本控制方式 五、对机电控制系统的基本要求
二、机械领域常用的微机控制单元
1.单片机系统
频率基准源 振荡器及 定时电路 程序存 储器
Neumann, John Von—计算机体系结构框架
计数器
数据存 储器
定时器/事件 计数器
CPU
中断 总线扩 展控制 可编程 I/O 可编程 串行口
中断
控制
并行IO口
串行口
二、机械领域常用的微机控制单元
1.单片机系统