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机电系统计算机控制哈工大课件

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哈工大PLC精品课件2

哈工大PLC精品课件2

第 2章 PLC的基本原理 输入方式有两种，一种是数字量输入(也称为开关量或接点 输入)，另一种是模拟量输入(也称为电平输入)。后者要经过模拟 /数字变换部件才能进入PLC。 输入部件均带有光电耦合电路，其目的是把PLC与外部电路 隔离开来，以提高PLC的抗干扰能力。为了与现场信号连接，输 入部件上设有输入接线端子排。为了滤除信号的噪声和便于PLC 内部对信号的处理，输入部件内部还有滤波、电平转换、信号锁 存电路。 各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块，供用 户选用。
第 2章 PLC的基本原理 4. 网络进行通信的扫描阶段 在配有网络的PLC系统中，才有通信扫描阶段。在这一阶 段，PLC与PLC之间，PLC与磁带机或与上位计算机之间进行信 息交换。 5. 用户程序扫描阶段 PLC处于运行状态时，一个扫描周期中包含了用户程序扫 描阶段。 在用户程序扫描阶段，对应于用户程序存储器所存的指令， PLC从输入状态暂存区和其他软元件的状态暂存区中将有关元 件的通/断状态读出，从第一条指令开始顺序执行，每一步的执 行结果均存入输出状态暂存区。
第 2章 PLC的基本原理 (2) 单片微处理器(即单片机)。它具有集成度高、体积小、价格 低及可扩展性好等优点。如INTEL公司的8位MCS-51系列运行速度 快，可靠性高，体积小，很适合于小型PLC；16位96系列速度更快， 功能更强，适合于大中型PLC使用。 (3) 位片式微处理器。它是独立于微型机的一个分支，多为双 极型电路，4位为一片，几个位片级联可组成任意字长的微处理器， 代表产品有AMD2900系列。PLC中位片式微处理器的主要作用有 两个，一是直接处理一些位指令，从而提高了位指令的处理速度， 减少了位指令对字处理器的压力；二是将PLC的面向工程技术人员 的语言(梯形图、控制系统流程图等)转换成机器语言。 模块式PLC把CPU作为一种模块，备有不同型号供用户选择。

哈工大自动控制原理课件-第一章

哈工大自动控制原理课件-第一章

1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。

哈工大PLC精品课件1

哈工大PLC精品课件1

1.2 认知PLC的硬件组成
PLC的基本分类 的基本分类
整体式 组合式
小型机常采用整体式 中、大型机常采用组合式
PLC应用技术 应用技术
整体式 PLC的基本组成框图 的基本组成框图
主机
输 入 设 备 输 入 电 源 输 出 输 出 设 备
CPU
编程器 盒式磁带机 打印机 EPROM写入器 EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT 可编程终端PT …
设
存 储 器
系统程序 用户程序 存储器 存储器
I/O /O 扩 展 口
I/O扩展 I/O扩展 单元 特殊功 能单元
ห้องสมุดไป่ตู้
PLC应用技术 应用技术
组合式 PLC的基本组成框图 的基本组成框图
系统总线
通信单元
智能I/O单元 智能 单元
输出单元 …
输入单元 …
CPU 单元
编程器
PLC或 或 上位计算机
控制系统现场过程
内 部 电 路
输入
电
PLC应用技术 应用技术 交流输入电路
输入
LED S ～ C M R1 → → +5V
内 部
A R3
R2
电 路
输入
电
PLC应用技术 应用技术
（2）输出接口电路： ）输出接口电路： 以继电器形式为例 ： 内 部 电 路
继电器输出
Q 内 部 电 路 K
L+ + 交流电源或 直流电源 -
PLC应用技术 应用技术 2. 存储器
系统程序存储器—— 存储系统系统程序 系统程序存储器 用户程序存储器—— 存储系统用户程序 用户程序存储器 工作数据存储器—— 存储工作数据 工作数据存储器

哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)

哈工大 机电控制系统分析与设计(讲义)
2.1 引言.......................................................................................................................10 2.1.1 数学模型的简化性和精确性.......................................................................10 2.1.2 线性系统.......................................................................................................10 2.1.3 线性定常系统和线性时变系统...................................................................10 2.1.4 自动控制知识回顾.......................................................................................10 2.1.4.1 拉氏变换 ................................................................................................... 11 2.1.4.2 传递函数 ...................................................................................................13 2.1.4.3 框图 ...........................................................................................................14 2.1.4.4 阻抗分析法 ...............................................................................................14

哈工大机电系统智能控制 第一章 概述

哈工大机电系统智能控制 第一章 概述

1.3 智能控制的理论结构
智能控制的理论结构明显地具有多 学科交叉的特点，许多研究人员试图建 立起智能控制这一新学科，他们提出了 一些有关智能控制系统结构的思想。按 照（傅京孙）和Saridis提出的观点，可 以把智能控制看作是人工智能、自动控 制和运筹学三个主要学科相结合的产物。 称之为三元结构。
1.2 智能控制的特点


具有以知识表示的非数学广义模型 和以数学模型表示的混合过程,也往 往是那些含有复杂性、不完全性、 模糊性或不确定性以及不存在已知 算法的非数学过程，并以知识进行 推理，以启发引导求解过程; 智能控制的核心在高层控制，即组 织级;
1.2 智能控制的特点





智能控制器具有非线性特性; 智能控制具有变结构特点; 智能控制器具有总体自寻优特性; 智能控制系统应能满足多样性目标 的高性能要求; 智能控制是一门边缘交叉学科; 智能控制是一个新兴的研究领域.
1.7 智能控制的发展概述
Saridis在学习控制系统研究的基础上，提出 了分级递阶和智能控制结构，整个结构自上而下 分为组织级、协调级和执行级三个层次，其中执 行级是面向设备参数的基础自动化级，在这一级 不存在结构性的不确定性，可以用常规控制理论 的方法设计。协调级实际上是一个离散事件动态 系统，主要运用运筹学的方法研究。组织级涉及 感知环境和追求目标的高层决策等类似于人类智 能的功能，可以借鉴人工智能的方法来研究。因 此，Saridis将傅京孙关于智能控制是人工智能与 自动控制相结合的提法发展为:智能控制是人工智 能、运筹学和控制系统理论三者的结合。
1.1 智能控制的基本概念

定义三: 智能 控制是一类无 需人的干预就 能够自主地驱 动智能机器实 现其目标的自 动控制，也是 用计算机模拟 人类智能的一 个重要领域。

哈工大大学计算机基础课件4.操作系统

哈工大大学计算机基础课件4.操作系统

操作系统的作用(3/3)
作用3 操作系统是计算机系统的资源管理者。 • 在计算机系统中，能分配给用户使用的各种硬件和软件设 施的总称称为资源。 那么，操作系统是如何进行资源管理的？
• 对资源进行抽象研究 • 有序地管理计算机中的硬件、软件资源 • 跟踪资源的使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求， • 协调各程序对资源的使用冲突 • 研究使用资源的统一方法，为用户提供简单、有效的资源使用手段， • 最大限度地实现各类资源的共享，提高资源利用率
23
分布式操作系统
输入 计算 输出
特点：在分布式 •处理器 系统中管理、控制和 •存储器 分配资源，将任务均 分给多个处理机共同 完成。 •处理器 •存储器 •处理器 •存储器 •处理器 •存储器
•处理器 •存储器
24
嵌入式操作系统
• 嵌入式系统是指操作系统和功能 软件集成于计算机硬件系统之中。 简单的说就是系统的应用软件与 系统的硬件一体化，类似与BIOS 的工作方式。 面向特定应用 具有软件代码小，高度自动化， 响应速度快等特点。特别适合于 要求实时的和多任务的体系。可 靠性、实时性 为了提高执行速度和系统可靠性， 嵌入式系统中的软件一般都固化 在存储器芯片或单片机中，而不 是存贮于磁盘等载体中。
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文件的扩展名与文件类型
文件扩展名表示文件的类型. 扩展名一般是由建立文件的程序自动加入的;
扩展名
.COM .EXE .BAT .BAS .C .OBL .MP3
类型
可执行的命令文件 可执行的程序文件 可执行的批处理文件 BASIC语言源程序 C语言源程序 源程序中间代码文件 音频文件
扩展名
操作系统在计算机系统中的地位
其它软件 操作系统

哈工程计算机控制系统PPT

哈工程计算机控制系统PPT

基本结构： 一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果 没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻 辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动 在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流 电网上。
2 PLC
应用受限制复杂算法复杂算法复杂算法复杂算法简单算法简单算法复杂算法复杂算法复杂算法复杂算法适应性适应性好好嵌入式嵌入式较快较快专用指令专用指令通用通用dspdsp中等中等嵌入式嵌入式快快硬件硬件专用指令专用指令专用专用dspdsp较好较好嵌入式嵌入式慢慢汇编语言汇编语言编程编程单片机单片机中等中等非嵌入式非嵌入式快快硬件硬件专用指令专用指令pcpc机高速处理速处理较好较好非嵌入式非嵌入式中等中等高级语言高级语言编程编程pcpc机机性价比性价比应用场合应用场合速度速度实现方法实现方法11信号处理信号处理22图像处理图像处理33仪器仪器44声音声音语言语言55控制控制66军事应用军事应用77电信电信88无线电无线电片内具有快速ram通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问支持流水线操作使取指译码和执行操作可以重叠执行dspdsp优点
2 PLC
功能特点： 1.使用方便，编程简单 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识， 因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控 制方案而不拆动硬件。 2.功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功 能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比， 具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中 管理。 3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件 装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不 同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接 线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流 接触器。

机电系统控制基础课件

机电系统控制基础课件

瞬态响应阶段 调整时间 ts=(3~4)T
稳态响应阶段
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
c(t ) 1 e
稳态项
t T
( t 0)
瞬态项
T称为时间常数，它影响到响应的快慢，因而是一阶 系统的重要参数。
t T t 2T t 4T t
c(T ) 1 e 1 1 2.7181 0.632 c(2T ) 1 e 1 2.718 0.865 c(4T ) 1 e4 1 2.7184 0.982 c ( ) 1 e
xo (t )
1 X i ( s) s
1 Ts 1
X o ( s)
考察：
xo () lim xo (t ) lim sX o (s )
t s 0
1 1 lim s 1 s 0 s Ts 1
哈尔滨工业大学 机电工程学院
3.2 一阶系统的瞬态响应
响应曲线
1
ct
t 1 T e T
t 3T 4T 2T T 图 3-7哈尔滨工业大学 一阶系统的单位脉冲响应 机电工程学院
O
3.2 一阶系统的瞬态响应
例 两个系统的传递函数分别为 10 系统１: C ( s )
R( s )

2s 1
系统２:
C ( s) 10 R( s ) 6 s 1
试比较两个系统响应的快慢。 解：系统响应的快慢主要指标是调整时间的大小，一阶系统的调 整时间是由时间常数T决定 系统1的时间常数 系统2的时间常数
-
t T
输入信号的关系为： 2 3 d d d xi 脉冲 (t ) xi 阶跃 (t ) 2 x i 斜坡 (t ) 3 xi 抛物线 (t ) dt dt dt

哈工大机电一体化课件资料

哈工大机电一体化课件资料

瞬时输出功率大；过载差； 一旦卡死，会引起烧毁事故； 受外界噪音影响大。
气体压力源压力5~7×MPa； 气源方便、成本低；无泄露而 功率小、体积大、难于小型
气 要求操作人员技术熟练。 压
污染环境；速度快、操作简便。 化；动作不平稳、远距离传 输困难；噪音大；难于伺服。
式
液体压力源压力
输出功率大，速度快、动作平 设备难于小型化；液压源和
形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
33
3. 形状记忆合金特性 集传感、驱动、控制、换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10％以上，而一般金属材料只有0.1％以下 有确定的转变温度 镍~钛 50℃ 在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳 回忆变形500万次不疲劳变形
1932年瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时首次发现形状记忆效应。 1962年美国海军实验室在开发新型舰船材料时，在Ti-Ni合金中发现把直条形的材料加工成弯曲形 状，经加热后它的形状又恢复到原来的直条形。从 此形状记忆合金引起了极大的关注。
32
2.形状记忆合金记忆原理 人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”， 就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条 件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随 之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
34
3. 形状记忆合金的应用 （1）形状记忆合金在航空航天中的应用
35
2. 智能机械手 ➢形状记忆元件具有感温和驱动双重功能，因此可用于制作智能机械手。手指和手腕靠Ti-Ni合金螺旋弹簧的 伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金丝的伸缩实现弯曲动作。各个形状记忆合金元件都由 直接通上的脉宽可调电流加以控制。 ➢这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接 近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。

哈工大威海计算机学院 计算机组成原理课件第4章 总线

哈工大威海计算机学院 计算机组成原理课件第4章 总线

特点：按位串行传送； 按应答方式进行联系。 这种方式要求数据格式中设置同步信息。 异步串行数据格式如下：
0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 起始位 （低） 数据位
奇偶 停止位 校验位 （高）
异步串行通信的数据传输率可以用波特率和比特率来衡量 波特率—单位时间内传送二进制数据的位数，单位：bps 比特率—单位时间内传送二进制有效数据的位数，单位：bps 例：在异步串行传输系统中，若字符格式为：1个起始位、7个 数据位、1个奇校验位、1个终止位。假设每秒传输120个数据 帧，试计算波特率及比特率。 解：由题意知，一帧包括 1+7+1+1＝10位 所以波特率为（1+7+1+1）×120＝1200bps
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
二.总线及其技术特点
1、总线：是计算机系统中各部件之间的公共的 信息传递通道。
2、技术特点
1）使系统中的连线大大减少，可靠性高 2）便于硬件和软件的标准化，便于接口设计 3）易于系统模块化，可替换性好 4）便于维修，即可维护性好 5）任意时刻只有一个源发送（主设备），可由多 个部件接收（从设备） 6）有仲裁机制 7）缺点：传输率受带宽限制，且总线一旦故障， 整个系统将瘫痪
离来安排公共时钟周期时间）。 特点： 控制简单； 灵活性差；
当系统中各部件速度差异较大时，严重影响总线
工作效率；
适合于短距离、各部件速度较接近的场合。
2)异步通信：
异步通信是和同步通信完全对立的通信方式，通信双 方无统一的时钟标准来控制数据的传送过程，各部件可按 各自所需的实际时间使用总线。 时间配合：主/从部件间采用应答（握手）方式建立

机电工程控制基础绪论演示课件(ppt41张)

机电工程控制基础绪论演示课件(ppt41张)
在机电工程问题上，机械、电气、液压和计算机被广 泛采用，而且常常互相渗透、相互配合，这就需要结 合机电液系统阐述工程上共同遵循的基本控制规律， 即“机电工程控制基础”。
机电工程控制基础
河北工程大学
9
Hebei University
of Engineering
控制论概述 控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究 事物变化和发展的一般规律。 “控制论”的两个核心是信息论和反馈控制。 首先创立控制论学科的是美国的数学家、信息理论 家(Norbert Wiener)诺伯特·维纳，他于1948年发表了 “控制论”。 1954年我国科学家钱学森出版专著《工程控制论》 (英文版)，首先把控制论推广到工程技术领域。
3
该课程与其它课程的关系，如下图所示：
河北工程大学
Hebei University of Engineering
信号与系统
复变函数、 拉普拉斯变换
大学物理
理论力学
机电工程控制理论
高等数学 线性代数
电路理论
模拟电子技术 机械原理 电机与拖动
机电工程控制基础
4
基本概念
机
基础知识
控制系统结构体系
电
工
控制系统数学模型
金融：货币控制 家庭：电饭煲，洗衣机，空调，冰箱
例.[钢铁轧制]:轧出厚度一致的高精度铁板存在温度控制,生铁 成分控制,厚度控制,张力控制,等等。
机电工程控制基础
举例：智能楼宇的控制
12
河北工程大学
Hebei University of Engineering
可视对讲、室内报警、远程家电控制…….
学科，侧重介绍机械工程的控制原理，同时密切结合工程实际，

哈工大自动控制原理课件-第二章

哈工大自动控制原理课件-第二章

2.1.2 非线性运动方程的线性化
例如，将具有两个自变量x、y的非线性函数在预定工作点(x0， y0)的邻域展开成泰勒级数：
z F（x, y） F（x 0 , y 0）（ F F ） x0 x （ ） x0 y x x x y y0 y y y0
1 2F 2F 2 （ 2 ） x0 (x) （ [ 2 ） x0 xy （ 2 ） x0 (y)2 ] x x x 2 x y y0 ！ xy y y0 y y y0
当系统中的变量对时间的导数不可忽略时，称系统处于动态，相 应的系统称为动态系统或动力学系统，对于动态系统，为了确定 输出量和其他变量，仅仅知道输入量是不够的，还必须知道一组 变量的初始值。 控制理论研究的是动态系统，动态系统数学模型的基础是微分方 程，又称为动态力程或运动方程。
第2章 控制系统的数学模型
数学模型有很多种形式，它们各有特点和最适用的 场所，本章介绍微分方程、传送函数和动态框图。
建立系统数学模型的方法有分析法(又称理论建模)和 实验法(系统辨识)。 分析法是根据系统中各元件所遵循的客观(物理、化 学、生物等)规律和运行机理，列出微分方程式。实 验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录其输 出响应，并用适当的数学模型去逼近。
增量，方程为一个线性增量方程。它是将非线性函数在预定工作 点邻域进行线性化所使用的基本关系式。分析控制系统中的非线 性特性时大都是根据小偏差线性化的概念进行的。
2.1.2 非线性运动方程的线性化
几何意义：以过平衡点（工作点）的切线代替工作点附近 的曲线 y
y0＋y y0 A x y＝f (x) y
0 1(t ) 1
t 0 t 0
由拉氏变换的定义得1(t)的象函数为：

哈工大自控课件第一章

哈工大自控课件第一章

• 1945年伯德(H.W.Bode)提出了分析控制系统的另一种图解 方法即频率法。
偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。
误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希 望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部， 又可来自系统外部，前者称内部扰动，后者称外部扰动。
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• 《自动控制原理》是自动控制技术的基础理论，是 一门理论性较强的工程科学。
现代的工程技术人员和科学工作者，必须具备 一定的自动控制理论基础知识！
自动控制原理
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第一章 自动控制理论概述
§1-2 自动控制理论和自动控制系统的基本概念
举例：
杠杆
第一章 自动控制理论概述
§1-4 自动控制理论概要
一、自动控制理论主要研究的问题
•
系统分析
在已知系统的结构参数的条件下，研究系统在某种典型 输入信号下输出信号变化的全过程，并从这个变化过程中 得到评价系统性能的指标；以及讨论系统的性能和系统结 构、参数的关系。
•
系统设计
在给定被控对象及所要求的性能指标的情况下，设计一
第一章
四、自动控制系统的概念和特征
自动控制理论概述
自动控制：
在没有人直接参与的情况下，通过控制器（控制装置） 使被控制对象或过程自动地在一定的精度范围内按照预定的
规律运行。
系统： 由相互制约的各个部分按一定的规律组成的、为达
到一定目的的、具有一定功能的整体。
反馈：
将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输 入信号比较的过程。反馈分为负反馈（反馈信号与输入 信号相减）和正反馈（反馈信号与输入信号相加）。

哈工大电器课件第7讲-低压电器及其控制系统课件

哈工大电器课件第7讲-低压电器及其控制系统课件

Rockwell Automation
28
7.10 永磁返回式继电器
永磁返回式继电器是一种依靠永久磁铁磁通产生的吸力 使衔铁返回到打开位置的电磁继电器。
工作原理：
在磁极A和B之间放一块永久磁铁，当线圈断电、衔铁打 开接近磁极A时，由永久磁铁产生的磁通使衔铁吸合于磁极 A。当线圈通电时，铁心中由线圈激磁磁势所产生的磁通的 方向与永磁产生的磁通的方向相反。激磁磁势所产生的磁 通绝大部分通过衔铁与磁极B之间的空气隙，使衔铁受到一 个很大的吸向磁极B的电磁吸力的作用，它克服动合触点的 压力，而使衔铁迅速达到闭合位置（与磁极B紧密接触）。
原理图
等效磁路
2019/11/13
Rockwell Automation
14
2.分类与结构 桥式磁路磁系统是极化继电器更进一步的发展形式，也是较完善
的一种。
(a)原理图
(b)等效磁路
2019/11/13
Rockwell Automation
15
2.分类与结构
另一种桥式磁路如下图。
(a)原理图
Rockwell Automation
1
问题
2、铁氧体剩磁舌簧继电器的工作原理？
当两个励磁线圈同时通以相同极性和幅值的脉冲（微 秒级）时，两个铁氧体将并联磁化至饱和，大部分磁通通 过两舌簧片及其间的气隙，气隙中的磁通产生的电磁吸力 使两舌簧片吸合。
当两个线圈中的任意一个通以电流脉冲时，两个铁氧 体将串联磁化，此时通过两舌簧片及其间气隙的磁通几乎 减小至零，电磁吸力亦几乎减小至零，两舌簧片在自身弹 力作用下分开，使继电器释放。
极化继电器的主要缺点是触点的切换容量小，一般体 积较大，通常只有一组转换触点。
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1.4 计算机控制系统的一般要求 稳定性 精确性 快速性
1.4 计算机控制系统的一般要求
性能指标（performance specification）
（1）被控对象的最高运行加速度 （2）被控对象的最高运行速度 （3）最低平滑速度
T N .m Pw nrad / s
9.55
Pw nrpm
稳定判据之三： 双线性变换 bode图
稳定裕度（幅值裕度，相位裕度）
0
w0
w
-180°
w
在相角 1800时，如果20 lg G ( s) 0，即G ( jw) 1, 这时开环传递函数G ( s)
U 0 (s) 1, 系统的输出为收敛的。 U i ( s)
1.4 计算机控制系统的一般要求
2 信号采样与Z变换
•计算机控制系统的信号形式 •信号采样与保持 采样信号、采样定理、量化与量化误差、孔径时间、零阶采样保持器 • Z变换 Z变换与差分方程、Z变换定义、性质、常用定理、 方法、 Z反变换的方法、求 解差分方程
课程内容
3 计算机控制系统分析
•脉冲传递函数 开环系统脉冲传递函数、闭环系统脉冲传递函数 • 计算机控制系统性能分析 稳定性分析 、稳态误差分析、动态响应分析
机电系统的计算机控制
（28学时 学位课）
主讲：陈维山，董惠娟
教材：机电系统计算机控制 陈维山 赵杰 编著 哈尔滨工业大学出版社
课程基础
1.机电系统参数及动力学基础
performance-dependent mechanical factors: 驱动力、驱动力矩、负载、摩擦力、 摩擦力矩、间隙、刚性、惯性、共振频率、传动比对控制系统的影响，如摩擦对 系统的稳态误差的影响、对系统的稳定性、快速性等动态性能的影响。
0
w0
w
-180°
w
在相角 1800时，如果20 lg G ( s) 0， 即G ( jw) 1, 这时开环传递函数G ( s) U 0 ( s) 1, 系统的输出为等幅振荡。 U i ( s)
在相角 1800时，如果20 lg G( s) 0， 即G( jw) 1, 这时闭环传递函数的分母1 G( s) 0, 系统的最后输出为无穷。
1.4 计算机控制系统的一般要求
稳定性、稳态误差、动态响应，与连续系统的区别是受采样周期的影响。 1.稳定性 对于稳定系统，当输出量偏离平衡状态，应能随着时间收敛，并 且最后回到初始的平衡状态。稳定性是保证控制系统正常工作的先 决条件，与系统输入无关。
稳定判据之一： （s平面和z平面的相互关系） (定义)闭环传递函数的极点在左半平面闭环脉冲传递函数的极点的模小于1
系统的稳定性由中频段描述。
对于一个不稳定的系统，常采用滞后校正（中频率段），
G( s)
TS 1
Ts 1
(0 1)
L（ w ） 1/T 1/aT w
y 20 lg w 20 lg
1 T
•中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一频段具有足够的宽度， 则系统的稳定性好。 •截止频率（或称剪切频率）越高，增系统的快速性越好。
线形离散系统：特征根（极点）的模越大（小于1）。。。。。。
1.4 计算机控制系统的一般要求
线形离散系统： 向后差分 a0 y (kT ) a1 y (kT T ) .... an y (kT nT ) b0 r (kT ) b1r (kT T ) .... bm r (kT mT ) D( s )稳定，D ( z )一定稳定 向前差分 a0 y (kT nT ) a1 y (kT nT T ) .... an y (kT ) b0 r (kT mT ) b1r (kT mT T ) .... bm r (kT ) 其中， n m D( s )稳定，D ( z )不一定稳定
M ( s) ( s p1 )( s p2 ) ( s pn ) A1 A2 An ... s p1 s p2 s pn
n
y (t ) Ai e pit
i 1
1.4 计算机控制系统的一般要求
y (t )

i 1
n
Ai e pi t
4 数字控制器的模拟设计方法 • PID控制规律的离散化方法
模拟PID控制规律的离散化 PID控制规律的脉冲传递函数、 PID控制规律的其他离散化方法
PID控制规律的工程实现
课程内容
PID控制器的设计举例 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 控制器的前向差分、后向差分、图斯汀变换的比较 •PID控制算法的改进
(S )
M (S ) M 0 / S

1 JS 2 BS K
其中，M 0为工作力矩，
角位置伺服系统
K 为系统的刚度变形 K m为电机的转矩系数 K a为放大器的放大倍数
1.2 机电一体化系统分类 2）离散控制系统：所有信号均为离散信号。
3）采样控制系统：既有连续信号，又有离散信号。
4）数字控制系统：含有数字信号——计算机控制系统
采样保持
传感器 信号形式 时间 幅值 图形表示
采样开关可以在不同位置
图中各点信号
连续
模拟量
T 2T 3T
A，I
离散
连续
T 2T 3T
B
q
2q 3q
离散
离散
T 2T 3T
C，G
001 010 011
离散
数字量
T 2T 3T
D，F
连续
阶梯形模拟量
T 2T 3T
1.4 计算机控制系统的一般要求
2.精确性 (steady state error) 即控制精度，以稳态误差来衡量。指以一定变化规律的输入信号作 用于系统。当调整过程结束，趋于稳定时，输出量的实际值与希望 值之间的差值。它反映了动态过程的后期性能。
Y ( s)
G(s) k k 1 U (s) U (s) U (s) 1 G ( s) 1 Ts k 1 k 1 Ts /(1 k ) 1 Ts 1 Ts 1 E (s) U (s) Y (s) U (s) 1 Ts k 1 Ts k s 1 e() lim s E ( s ) s 0 1 k k 如果开环增益K值为无穷大，则稳态误差就会变成0。 y () lim s Y ( s) s 0 1 k
（4）静差率s或转速降落：最低速度仍具有负载能力 （5）对阶跃信号输入下系统的响应特性：在阶跃信号作用下，系统的 最大超调量和响应时间(wc)。 （6）通频带宽要求：国内一般用双十指标。
（7）对系统可靠性以及使用寿命等的要求。
（8）对环境、成本、通用性、标准化程度、效率、维护维修、结构尺 寸以及安装条件等的要求。
z e sT
1.4 计算机控制系统的一般要求
线形连续系统和线形离散系统可以分别用高阶微分方程和差分 方程来描述。例如，力矩平衡方程：
J B k M F M e an y ( n ) an1 y ( n1) ....... a1 y a0 bm r ( m ) bm1r ( m1) ...... b1r b0
(an s n an 1s n 1 ... a1s a0 )Y ( s ) (bm s m bm1s m1 ... b1s b0 ) R( s ) M ( s )
令输入为0
Y ( s)
M ( s) an s n an 1s n 1 ... a1s a0
1.2 机电一体化系统分类
1.2 机电一体化系统分类 控制系统按信号形式分类：
1）连续控制系统：所有信号均为连续信号。
G(s)：负载、负载台体、执行电机、驱动电路等
M J B K M 0 M ( S ) JS 2 ( S ) BS ( S ) K ( S ) M 0 / S
2. 机电系统的模拟控制技术
直流电机驱动 直流电机的静态方程以及动态方程 转速闭环直流调速系统稳态设计 转速闭环直流调速系统动态分析与校正 电压反馈直流调速系统的分析 双闭环直流调速系统
3. 步进电机
步进电机性能指标 步进电机性能分析 步进电机驱动 步进电机环形分配器设计
课程内容
1.绪论
• • • • 机电一体化技术的概念、特点、发展 机电一体化产品及特点 机电控制系统的分类 计算机控制系统一般要求
1.3.1 计算机控制系统组成：
硬件组成：控制对象、检测环节、计算机、输入输出通道、外设 等 软件组成：系统软件、应用软件
1.3.2 计算机控制系统分类 1.3.2 计算机控制系统分类： 1. 按功能分类
1) 数据采集和数据处理系统(操作指导系统)
注意：可以用于辅助建模。也就是所有计算机控制系 统均有数据采集和数据处理的功能。
3) 最少拍控制：调节时间最短为技术指标。
4) 复杂规律的控制：充分利用计算机的强大计算、逻辑判断、中断以 及学习功能。如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、多变量解耦控 制以及最优、自适应、自学习控制等。 5) 智能控制。 6) 模糊控制。
1.3.2 计算机控制系统分类
4） 分级计算机控制系统
1.4 计算机控制系统的一般要求
1.4 计算机控制系统的一般要求
稳定判据之二：劳斯判据routh 稳定判据之三：bode图
a sin wt
G ( s)
b sin( wt )
(db)
振幅比： g 20lg(b/a)

响应滞后时间 相位差： 360 输入周期
1.4 计算机控制系统的一般要求
1.4 计算机控制系统的一般要求
1.4 计算机控制系统的一般要求