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1、运动控制系统,教 师：苏少钰 办公室：自动化系楼313室 联系电话：025-84315872-313,绪论,1、运动控制系统是什么？ 2、为什么要学习？ 3、本课程有什么特点 ？,What？ Why？ How?,Listen To Me!,1、什么是运动控制系统,控制系统,自动控制系统,运动控制系统,控制系统,人工控制,自动控制系统,1）液位自动控制动画,2）自动控制定义 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 例如：数控车床按照预定程序自动地切削工
2、件；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；无人飞机按照预定航迹自动升降和飞行等等.,运动控制系统,电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置作为驱动机构，在自动控制理论的指导下组成的自动控制系统。,典型运动控制系统的基本构成,运动控制系统的分类,按驱动电机分： 直流传动系统用直流电机带动生产机械； 交流传动系统用交流电机带动生产机械； 按被控物理量分： 调速系统以转速为被控量； 位置随动系统（伺服系统） 以角位移或直线位移为被控量； 按控制器的类型分：模拟控制系统以模拟电路构成控制器； 数字控制系统以数字电路构成控制器； 按闭环数分：单环，双环，多环系统 对某一实际运动控制系统可
3、能是这些分类的交叉： 如：用单片机实现的数字式双闭环直流调速系统；,直流电机系列,步进电机系列,接收数字控制信号，把电脉冲信号转换成角位移,交流电机系列,2、为什么要学习运动控制系统,运动控制系统的主要应用领域,机械加工，冶金，交通运输，石油加工，航天航空、国防工业、家电生产、轻工、农业等领域。,具体应用例子：,工业领域：数控机床； 印刷电路板生产线：表面贴焊，快速打孔， 机械手放置器件； 国防领域：雷达跟踪，自动武器，飞行器控制等； 家电领域：冰箱，空调，洗衣机，电脑光驱， 电风扇等； 机器人：机械手、足球机器人、搬运机器人等。,数控车床,数控铣床,机械手,Mars Rover,Mars R
4、over2,六自由度机械手取物,六自由度机械手运动,据统计，我国电动机装机容量约为4亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量的60% 70%。,当前，能源紧张！ 合理、经济、有效的利用电能，是运动控制系统设计者的责任。,综合性强，多个学科交叉 （自动控制、电子技术、微机技术等） 工程化理论与实践相结合。 涉及的知识：自动控制理论、模拟与数字电路、 微机原理 重视能力培养，学会如何将学到的知识具体应用 到实际的工程设计中。,3、本课程有什么特点,运动控制系统结构,主要研究内容：（1）电力传动装置与系统 （2）运动参数的测量与反馈 （3）运动系统的控制策略,（1）电力传动装置与系统 电力传动：电源、控制
5、设备、电动机和 被拖动的机械对象的组合。 电动机： 电能到机械能的变换装置。 电力传动中应用最广泛、研究最深入的电动机： 直流电动机、交流电动机 驱动器：向电动机提供功率并控制其转矩、转速 或位置的装置。,（2）运动参数的测量和反馈 测量和反馈部分的核心：传感器 运动控制系统中的传感器的作用： 运动参数的测量 力学参数的测量 电气参数的测量 控制系统对测量反馈部分的基本性能要求： 准确性（静态特性）、实时性（动态特性）,（3）运动系统的控制策略 开环控制：一种不需要测量系统输出，以及不需 要根据输出作出反应的控制技术。 闭环控制：将测量系统输出与输入给定值相比较， 并采取正确行动已获得期望的输
6、出结果 的技术。 闭环运动控制系统一般围绕某种控制目标进行。,闭环控制系统的控制目标： （1）位置控制： 将某负载从某一确定的空间位置按某种轨迹移动到另一确定的空间位置。（数控机床、机器人） （2）速度和加速度控制： 以确定的速度曲线使负载产生运动。（电梯） （3）转矩控制： 通过转矩的反馈来维持转矩的恒定。（造纸机械）,闭环控制器中的著名控制机制： 比例-积分-微分（PID）控制 对系统误差进行处理并得到控制量的三种方式 它们的本质是什么？ 它们的作用各有哪些？ 它们是如何实现的？在工程设计中如何使用？,运动控制系统的发展历史,19世纪80年代 以前仅有 直流电气传动,19世纪末，出现交流电
7、机 （鼠笼式异步交流电机） 开始逐步使用交流电 气传动,20世纪30年代起，形成直流 调速，交流不调速的格局,20世纪后期， 交流调速兴起,运动控制系统的发展趋势,高频化,交流化,网络化,以省电为目的：改原来交流不调速为交流调速； 以减少维护为目的：改直流调速为交流调速； 原直流调速达不到的领域：大功率、高压、高速 场合应用交流调速系统。,本课程时间安排： 总共32学时 讲课24学时 实验8学时,本课程内容安排：,调速系统：直流调速系统、交流调速系统； 伺服系统（位置随动系统）； 实验,1）直流调速系统 开环直流调速系统； 转速负反馈单闭环直流调速系统； 转速双闭环（速度环+电流环）直流调速系统； 直流脉宽调速系统（PWM）； 2）交流调速系统 变频调速； 3）位置随动系统（伺服系统）；,运动控制系统 张崇巍主编 武汉理工大学出版社 2002,电力拖动自动控制系统运动控制系统（第3版） 陈伯时主编 机械工业出版社 2003,运动控制系统 尔桂花主编 清华大学出版社 2002,