1 运动控制系统及其组成

《运动控制系统》教案一、教学目标1. 理解运动控制系统的概念和组成2. 掌握运动控制系统的分类和原理3. 了解运动控制系统在实际应用中的重要性二、教学内容1. 运动控制系统的概念和组成1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的组成要素2. 运动控制系统的分类和原理2.1 模拟运动控制系统2.2 数字运动控制系统2.3 位置控制、速度控制和加速度控制3. 运动控制系统在实际应用中的重要性3.1 运动控制系统在工业生产中的应用3.2 运动控制系统在技术中的应用3.3 运动控制系统在自动驾驶技术中的应用三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。

2. 案例分析法：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。

3. 讨论法：组织学生探讨运动控制系统的发展趋势和挑战，培养学生的创新思维和问题解决能力。

四、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 多媒体课件：PPT、动画、视频等3. 网络资源：相关论文、案例、新闻报道等五、教学评价1. 课堂参与度：评估学生在课堂讨论、提问等方面的积极性。

2. 课后作业：布置相关练习题，评估学生对运动控制系统知识的理解和掌握程度。

3. 小组项目：组织学生团队合作完成一个运动控制系统的应用案例，评估学生的实践能力和问题解决能力。

六、教学安排1. 课时：共计32课时，每课时45分钟2. 教学计划：第1-4课时：运动控制系统的概念和组成第5-8课时：运动控制系统的分类和原理第9-12课时：运动控制系统在实际应用中的重要性第13-16课时：运动控制系统的的发展趋势和挑战七、教学步骤1. 引入：通过一个实际应用案例，引出运动控制系统的重要性，激发学生的学习兴趣。

2. 讲解：讲解运动控制系统的概念、分类和原理，引导学生理解并掌握相关知识。

3. 案例分析：分析运动控制系统在实际应用中的重要性，帮助学生了解运动控制系统的应用价值。

运动控制系统的组成运动控制系统是指通过控制电机、伺服电机、步进电机等执行器，实现机械运动的系统。

它由多个组成部分构成，下面将逐一介绍。

1. 控制器控制器是运动控制系统的核心部分，它负责接收来自传感器的反馈信号，计算出控制信号，再将信号发送给执行器。

控制器的种类有很多，常见的有PLC、单片机、DSP等。

2. 传感器传感器是用来感知机械运动状态的装置，它可以将机械运动转化为电信号，再通过控制器进行处理。

常见的传感器有编码器、光电开关、压力传感器等。

3. 电机电机是运动控制系统中最常用的执行器，它可以将电能转化为机械能，实现机械运动。

常见的电机有直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。

4. 驱动器驱动器是用来控制电机运动的装置，它可以将控制信号转化为电能，再通过电机实现机械运动。

常见的驱动器有直流电机驱动器、交流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等。

5. 机械结构机械结构是运动控制系统中最基础的部分，它由各种机械零件组成，用来实现机械运动。

常见的机械结构有滑动轨道、旋转轴、传动装置等。

6. 人机界面人机界面是用来与运动控制系统进行交互的装置，它可以显示机械运动状态、控制参数等信息，同时也可以接收操作者的指令。

常见的人机界面有触摸屏、键盘、鼠标等。

7. 通信接口通信接口是用来与其他设备进行数据交换的装置，它可以将控制信号、反馈信号等信息传输给其他设备，同时也可以接收其他设备的指令。

常见的通信接口有串口、以太网口、CAN总线等。

运动控制系统由控制器、传感器、电机、驱动器、机械结构、人机界面和通信接口等多个组成部分构成。

每个部分都有其独特的功能和作用，只有将它们合理地组合起来，才能实现高效、稳定的机械运动。

电⼒拖动运动控制系统平时作业答案第⼀章1、请画出运动控制系统及其组成的框图。

答：运动控制系统由电动机、功率放⼤与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下：2、如果请你设计⼀辆电动滑板车，请问这个电动滑板车的构成？答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速⼿柄等===================================================================== 第⼆章1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。

答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ，I是电枢电流，R是电枢回路的电阻φ是励磁磁通，k是感应电动势常数所以从公式可以看出，要想对直流电机进⾏调速，⼀般的⽅法有两种：⼀种是对励磁磁通φ进⾏控制的励磁控制法，⼀种是对电枢电压U进⾏控制的电枢电压控制法。

2、什么是调速范围和静差率？调速范围、静态速降和最⼩静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满⾜给定的静差率也就容易多了”？3、某⼀直流调速系统，测得的最⾼转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性为=150 r/min。

电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 =15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D是多少？系统允许的静差率s是多少？解：4、转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压⽐是否能够改变转速，为什么？如果测速发电机的励磁发⽣了变化，系统还有克服什么⼲扰的能⼒？答：1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只⽤⽐例放⼤器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作⽤是：抵抗扰动，服从给定。

扰动性能是反馈控制系统最突出的特征之⼀。

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作⽤。

《运动控制系统》课程教学大纲一、教学内容本节课的教学内容来自于《运动控制系统》课程的第五章，主要讲述运动控制系统的组成、原理及其应用。

具体内容包括：1. 运动控制系统的组成：包括控制器、执行器和传感器等基本组成部分，以及它们之间的相互作用。

2. 运动控制系统的原理：包括控制算法、反馈控制和开环控制等基本原理。

3. 运动控制系统的应用：包括在工业、数控机床和电动汽车等领域的应用实例。

二、教学目标1. 使学生了解运动控制系统的组成、原理及其应用，掌握基本概念和知识点。

2. 培养学生运用运动控制系统的基本原理解决实际问题的能力。

3. 提高学生对运动控制技术在现代工业和科技领域的重要性的认识。

三、教学难点与重点1. 教学难点：运动控制系统的原理和应用。

2. 教学重点：运动控制系统的组成及其在工作中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、投影仪、白板等。

2. 学具：教材、笔记本、彩色笔等。

五、教学过程1. 实践情景引入：以工业为例，介绍运动控制系统在实际工作中的应用。

2. 知识点讲解：讲解运动控制系统的组成、原理及其应用。

3. 例题讲解：分析运动控制系统在实际工作中的应用案例，引导学生理解并掌握运动控制系统的原理。

4. 随堂练习：让学生结合所学内容，分析并解决实际问题。

5. 课堂讨论：引导学生探讨运动控制系统在现代工业和科技领域的重要性。

6. 板书设计：对本节课的主要知识点进行板书，方便学生复习和巩固。

7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。

六、作业设计1. 题目：分析下列运动控制系统的应用案例，并说明其工作原理。

（1）数控机床；（2）电动汽车；（3）工业。

2. 答案：（1）数控机床：数控机床是一种采用数字控制技术进行运动的机床。

通过控制器预设机床的运动轨迹，执行器按照控制器的指令进行运动，实现对工件的加工。

（2）电动汽车：电动汽车采用电动机作为动力来源，通过控制器调节电动机的转速和扭矩，实现车辆的运动控制。

1.运动控制系统是以电动机及其拖动的机械设备为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。

2.运动控制不同的分类方法：（1）被控物理量：转速被控的系统叫调速系统，以角位移或直线位移叫伺服系统（位置随动系统）；（2）驱动电机类型：直流电动机叫直流传动系统，交流电机叫交流传动系统；（3）控制器：模拟电路叫模拟控制系统，数字电路叫数字控制系统。

3.运动控制三要素：控制器、功率驱动装置、电动机。

4.运动控制发展趋势：（1）运动控制的交流化（2）功率变换装置高频化（3）功率系统的高速、超小和超大化（4）系统实现的集成化（5）控制的数字化、智能化和网络化5.直流电机的种类：他励，幷励，串励，复励，永磁。

6.直流电机启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动7.他励直流电机的调速方法：（1）改变电枢电阻，即串电阻调速（2）改变电枢电压U （3）减弱电机励磁磁通φ8.调速系统的静态及动态指标：（1）静态指标:1.调速范围D（可调速度的范围，即D=；2.静差率S指负载变化时转速的稳定程度，即s==X100%。

（2）动态指标：1.跟随性指标。

1）上升时间2）超调量3）调节时间；2.抗扰性指标。

9.直流电机调压调速：旋转变流机组；晶闸管相控静止整流；直流脉宽调制。

10.晶闸管相控静止整流的缺点：功率因数低，谐波大，是造成电力公害的主要原因之一11.（1）在相同负载下，闭环系统的转降速只是开环系统的1/（1+K）；（2）在相同负载下，闭环系统的静差率只是开环系统的1/（1+K）；（3）静差率相同时，闭环系统的调速范围是开环系统的（1+K）倍。

(4) 当给定电压相同时，闭环系统的空载转速是开环系统的1/(1+K),也就是说闭环系统的理想空载转速大大降低，如果希望闭环系统和开环系统的理想空载转速相同，则闭环系统的给定电压必须是开环系统的(1+K)倍，如果希望两者给定电压相同、理想空载转的理想空载转速相同，则闭环系统必须设置放大器。

运动控制技术课程一、课程简介运动控制技术课程是一门涉及机械、电气、电子等多个领域的综合性学科，主要研究如何利用各种控制技术实现机械设备的精确运动控制。

本课程旨在培养学生对运动控制系统的设计、调试和维护能力，使其具备在工业自动化领域从事运动控制相关工作所必需的基础知识和技能。

二、课程内容1. 运动控制系统概述2. 传感器与执行器3. 机械传动系统4. 运动控制算法5. 运动控制器硬件设计与实现6. 运动控制器软件设计与实现7. 运动控制系统调试及故障排除三、课程详解1. 运动控制系统概述：本章主要介绍运动控制系统的基本组成部分和功能模块，包括传感器、执行器以及运动控制器等。

同时还会讲解不同类型的运动控制系统以及其应用领域。

2. 传感器与执行器：本章主要介绍各种类型的传感器和执行器，包括光电传感器、压力传感器、温度传感器、电机、气缸等。

同时还会讲解其原理和应用场景。

3. 机械传动系统：本章主要介绍机械传动系统的基本原理和构成部分，包括齿轮传动、皮带传动、链条传动等。

同时还会讲解不同类型的机械传动系统的优缺点以及其应用场景。

4. 运动控制算法：本章主要介绍运动控制算法的基础知识，包括PID控制算法、模糊控制算法以及神经网络控制算法等。

同时还会讲解不同类型的运动控制算法的优缺点以及其应用场景。

5. 运动控制器硬件设计与实现：本章主要介绍运动控制器的硬件设计和实现过程，包括电路设计、PCB设计以及样机制作等。

同时还会讲解不同类型的运动控制器的优缺点以及其应用场景。

6. 运动控制器软件设计与实现：本章主要介绍运动控制器的软件设计和实现过程，包括编程语言选择、程序架构设计以及编码实现等。

同时还会讲解不同类型的运动控制器的优缺点以及其应用场景。

7. 运动控制系统调试及故障排除：本章主要介绍运动控制系统的调试和故障排除方法，包括硬件调试、软件调试以及故障诊断等。

同时还会讲解不同类型的运动控制系统的常见故障及其解决方法。