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第六章. 运动控制6.1 运动控制的定义6.2 运动控制的组成6.2.1 同步伺服电机6.2.2 步进电机6.2.3 驱动器6.2.4 控制器6.3 运动控制系统的结构6.4 运动控制要解决的问题6.5 伺服电机的选型计算6.6 典型应用6.1 运动控制的定义运动控制是指动作的单元以非常精确的设定速度在规定时间到达准确位置的可控运动. 运动单元的运动有如下特点:路径: 有一个初始位置有一个终点位置稳定的速度和上升,下降斜率动作: 静态和动态响应非常精确运动响应很快运动很稳定位置: 有绝对位置有相对位置根据不同的应用工艺, 我们把运动分为有限轴运动和无限轴运动.有限轴运动是指运动体的运动在一定范围内, 如机械手的运动在设计范围内抓取工件. 无限轴运动是指运动体连续不断的向一个方向运动,没有边界. 如传送带的运动.6.2 运动控制的组成运动控制的组成离不开以下4个单元,如图:运动控制器: 控制运动按照设定的轨迹动作,不断计算位置和速度的匹配驱动器: 把普通电能转化为向电机提供运动的动力电机: 产生对负载推动的扭矩位置传感器: 提供电机轴实时的位置和速度所以, 运动控制要完成可控的动作, 主要对3个变量进行控制.即: 电机的力矩, 速度, 位置如图所示6.2.1 同步伺服电机首先让我们看一下运动控制中的执行器: 伺服电机电机是把电枢电流转化为电机轴输出力矩的一种装置.从技术角度, 我们通常把电机分为异步电机, 同步电机和步进电机. 从运动形式来分,可分为旋转电机和直线电机。
如图所示：在运动控制系统中，用到的电机通常为同步无刷电机。
6.2.1.2 无刷伺服电机的工作原理：集成有位置编码器的电机（位置测量）,其转子是永久磁铁, 定子是与异步电机一样的线圈绕组.当定子线圈通上交变电流, 就会在转子周围产生旋转磁场,而转子的磁场就会与定子产生的磁场相互作用, 驱动器根据位置反馈情况, 来调整定子磁场,使转子磁场与定子磁场成90度角,使力矩最大.同时,位置传感器测量出电机轴的旋转角度. 这里,转子的磁场是恒定的(由永久磁铁产生). 而定子的磁场是变化的, 它取决于通到线圈绕组电流的变化频率. 这样转子的转动就跟随着定子的旋转磁场一起运动. 即转子与旋转磁场同步.集成的位置传感器一般为电压分解器形式, 耐用且够一定精度.6.2.1.3 同步伺服电机的特性电机的输出力矩与定子电流( Is )成正比T=C1x Is C1: 为常数电机的转速与定子电流的频率(Freq.Is)成正比S=C2 x Freq.Is C2: 为常数电机在一定重量下,力矩的大小取决于转子的磁性材料的特性,如磁性材料为钕铁硼,或钐钴等.从上式可以看出, 磁通量越大, 轴输出力矩也越大.力矩/速度曲线,电机与驱动器组合通过力矩/速度曲线, 我们可以看出无刷伺服电机,有着低速高转矩,高过载力矩的特性.因此,这种电机能够胜任高精度,高动态响应的运动任务.6.2.2 步进电机.步进电机原理: 步进电机的定子是带有若干对磁极的永久磁铁. 定子是至少有两相绕组的线圈. 当一个绕组线圈通电时,产生磁场,转子被吸到一个磁极, 当另一个绕组通电时,产生另一个磁场,把转子吸到另一个磁极, 就这样定子线圈分步通电, 转子就被吸着一步一步转动了. (如图所示)所以,步进电机不需要位置反馈. 运动方式是开环的.6.2.3 位置传感器位置传感器集成在电机轴上,用来反馈电机旋转的位置和速度.通常有3种位置传感器1.电压分解器型2.增量编码器型3.绝对编码器型位置传感器的特性由3个参数来定义, 这3个参数是:分辨率, 精度和一致性分辨率是指测量一个位置的最小单元. 通常是一转多少脉冲。
运动控制技术在机器人领域中的应用第一章：引言随着科技的快速发展，机器人已经在我们的生活中扮演越来越重要的角色。
从简单的工业机器人到复杂的人工智能机器人，它们都离不开一个核心技术，即运动控制技术。
运动控制技术是机器人能够实现精准的运动和操作的关键，本文将探讨运动控制技术在机器人领域中的应用。
第二章：机器人的运动控制技术分类机器人的运动控制技术可以分为两类：开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过预先设定的命令来控制机器人的运动，而不考虑实际的反馈信息。
闭环控制则是基于实时的反馈信息来调整机器人的运动。
两种控制方式各有优劣，根据机器人的不同应用场景，选择合适的控制方式是至关重要的。
第三章：运动控制技术在工业机器人中的应用工业机器人是最早应用运动控制技术的机器人之一。
通过精确的运动控制，工业机器人可以完成各种重复性的任务，如焊接、装配、搬运等。
运动控制技术可以实现机器人的高速度、高精度和高稳定性，提高生产效率和产品质量。
第四章：运动控制技术在服务机器人中的应用随着人工智能技术的发展，服务机器人逐渐进入人们的日常生活。
运动控制技术在服务机器人中起到了至关重要的作用。
例如，在餐厅中，服务机器人需要准确地、平稳地搬运食物；在医院中，服务机器人需要精细地控制自己的手臂来给病人提供照顾；在家庭中，服务机器人需要能够准确地感知环境，避免与人或物发生碰撞。
运动控制技术的应用使得服务机器人能够更好地适应不同的使用场景并且提供更好的服务。
第五章：运动控制技术在智能制造中的应用智能制造是未来工业的发展方向，而运动控制技术是实现智能制造的关键。
智能制造需要机器人能够根据实时的工况信息来调整自己的运动以及与其他机器人协同工作。
运动控制技术可以实现机器人的自主导航、路径规划和动作协调，提高生产线的柔性化和自适应性。
第六章：运动控制技术在医疗机器人中的应用医疗机器人是一种融合了机器人技术和医疗技术的新型设备。
运动控制技术在医疗机器人中的应用使得手术更加精准和安全。
电机与运动控制系统第二版教学设计研究背景随着现代工业的不断发展，机电一体化技术的应用越来越广泛，其中电机和运动控制系统更是核心技术。
为了适应市场需求，电机与运动控制系统的知识也不断发展和更新。
目前，电机与运动控制是机电一体化领域的重要组成部分，而教育界也在逐步更新电机与运动控制系统的教学内容，以满足社会需求。
在此背景下，本文旨在针对电机与运动控制系统的第二版教学设计进行研究。
教学目标本教学设计的目标是培养学生的技能，能够熟练掌握电机及运动控制原理、控制技术及其应用，并在实际项目中应用所学知识，为社会和企业服务。
课程内容本课程包括以下内容：第一章：电机控制概述1.1 电机控制的定义1.2 电机控制的作用1.3 常见的电机驱动控制技术第二章：电机基础知识2.1 电机结构简介2.2 电机参数2.3 电机转换基本方程式第三章：电机控制器3.1 电机控制器的功能3.2 基于控制器的电机控制3.3 常见的电机控制器第四章：运动控制概述4.1 运动控制的定义4.2 运动控制的作用4.3 运动控制的基础知识第五章：运动控制技术5.1 速度控制技术5.2 位置控制技术5.3 运动控制器的种类和应用第六章：电机和运动控制系统的应用6.1 电机和运动控制系统在工业领域的应用6.2 电机和运动控制系统在智能化生产中的应用6.3 电机和运动控制系统在新能源行业的应用教学方法本课程将采用以下教学方法：1. 讲授通过讲授，将基础理论和实际应用紧密结合，深入浅出地讲解电机和运动控制相关知识和技术，使学生能够理解和掌握相关理论和技术。
2. 实践通过实践，学生将能够实际操作和应用电机和运动控制，不仅能够掌握理论知识，而且更能够熟练掌握实际应用技巧，培养学生的实际操作能力。
3. 课程设计通过课程设计，将深入贯彻理论和实际操作，使学生能够将所学知识应用于实际项目中，培养学生协同工作的能力和团队合作精神。
教学评价本课程的评价将以以下几个方面进行：1. 学生自我评价帮助学生了解自己的成长，提高自我认知并对自己的表现进行评价和总结。
运动控制系统的建模与控制设计第一章引言运动控制系统是现代工业中不可或缺的关键技术之一。
它广泛应用于机械加工、自动化生产、机器人技术等领域，对提高生产效率、降低成本、提高产品质量起着重要作用。
本文将讨论运动控制系统的建模与控制设计，以提供一个全面了解该主题的视角。
第二章运动控制系统的建模运动控制系统的建模是研究其控制性能的基础。
首先，我们需要确定系统中的各个元件，如传感器、执行器、控制器等。
然后，利用物理方程和数学模型描述它们之间的相互关系。
例如，对于一个简单的伺服电机系统，我们可以考虑电机的动力学方程、传动装置的特性以及负载的影响等。
第三章运动控制系统的控制设计运动控制系统的控制设计主要是为了实现系统的期望性能。
常见的设计方法包括经典控制方法（如PID控制器）、现代控制方法（如模糊控制、自适应控制）以及优化控制方法（如最优控制、鲁棒控制）等。
选择合适的方法要考虑系统的特点、控制要求以及设计成本等因素。
第四章运动控制系统的性能评价在控制系统设计完成后，我们需要对其性能进行评价。
常见的性能指标包括稳定性、跟踪性能、鲁棒性等。
稳定性是控制系统最基本的要求，它可以通过系统传递函数的极点位置来评估。
跟踪性能能够反映系统对于不同输入信号的响应能力。
鲁棒性则考虑了系统参数的变化对控制性能的影响。
第五章运动控制系统的应用案例运动控制系统广泛应用于各个领域。
以机械加工为例，我们可以通过控制系统来实现加工过程的精确控制和自动化操作。
在自动化生产中，运动控制系统可以帮助实现生产线的高效率运行和产品的质量保证。
此外，运动控制系统在机器人技术中也扮演着重要角色，通过对机器人的运动进行精确控制，可以实现各种复杂任务的自动化完成。
第六章运动控制系统的发展趋势随着科技的不断进步，运动控制系统也在不断发展和创新。
未来的运动控制系统将更加智能化和高效化。
例如，通过人工智能技术和大数据分析，可以实现对运动控制系统的自适应控制和优化控制。
《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。
第一章1 直流调速方法（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通（3）改变电枢回路电阻R2 常用的可控直流电源有以下三种（1）旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
（2）静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
3 由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流if即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n 。
这样的调速系统简称G-M系统。
4 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M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。
5 抑制电流脉动的措施(1)设置平波电抗器；(2)增加整流电路相数；采用多重化技术6 P WM系统的优点（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
7 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。
89 对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：（1）调速（2）稳速（3）加、减速。
10 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和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即 (2)静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落n N，与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即式中n N = n0 -n N对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。
