下载文档原格式
运动控制系统简介运动控制系统是指用于控制运动装置的设备和软件系统。
它的主要功能是监测和控制物理运动过程，以实现精准的位置控制、速度控制和加速度控制。
运动控制系统广泛应用于机械工业、交通运输、航空航天等领域。
组成部分运动控制系统通常由以下几个主要组成部分组成：1.运动控制器：负责接收外部输入信号并生成相应的控制指令，控制运动装置的运动。
2.传感器：用于检测运动装置当前的位置、速度等参数，并将其转换为电信号输入给运动控制器。
3.驱动器：将运动控制器生成的控制指令转换为电流或电压信号，驱动马达或液压系统实现运动。
4.运动装置：通过驱动器进行控制的装置，如马达、液压系统等。
5.人机界面：为用户提供与运动控制系统进行交互的方式，包括显示器、键盘、触摸屏等。
工作原理运动控制系统的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.传感器感知：传感器感知运动装置的当前状态，如位置、速度等参数，并将其转换为电信号。
2.控制指令生成：运动控制器接收传感器的电信号，根据预设的控制算法生成相应的控制指令。
3.控制指令传递：运动控制器将控制指令传递给驱动器，驱动器根据指令转换为适当的信号来驱动运动装置。
4.运动实现：驱动器通过输出的信号驱动运动装置实现预设的运动控制，如位置控制、速度控制等。
5.反馈控制：传感器继续感知运动装置的状态，并将其反馈给运动控制器，实现闭环控制。
应用领域运动控制系统广泛应用于各个领域，下面介绍其中几个典型的应用领域。
1.工业自动化：运动控制系统在机械工业中广泛应用，如印刷、包装、机械加工等领域。
它可以实现自动化生产线的高精度运动控制，提高生产效率和产品质量。
2.交通运输：运动控制系统在交通运输领域的应用包括船舶、飞机和汽车等。
它可以实现对交通工具的准确操控，提高运输安全性和效率。
3.医疗器械：运动控制系统在医疗器械领域的应用包括手术机器人、医疗影像设备等。
它可以实现高精度的运动控制，帮助医生进行精确的手术操作和诊断。
开环控制的工作原理
开环控制是一种基本的控制系统方法，其工作原理是通过设定一个固定的控制输入，使系统按照预定的路径和速度运行，而不考虑系统的实际输出情况。
具体来说，开环控制由以下几个步骤组成：
1. 设定目标：首先确定所需的目标值，即系统需要达到的状态或输出。
2. 设定控制输入：根据系统的特性和目标值确定适当的控制输入。
控制输入可以是电压、电流、力矩等，具体取决于被控制的系统类型。
3. 运行系统：将设定的控制输入应用到系统中，使系统开始运行。
4. 无反馈监测：在开环控制中，没有反馈机制用于监测和调整系统的实际输出，而仅仅依靠预设的控制输入。
尽管开环控制方法简单直接，但由于缺乏反馈，系统不能对外部干扰或内部变化做出实时调整，容易引起系统误差和不稳定。
因此，开环控制常常被用于简单的系统或者作为其他更高级控制方法的预处理。
总之，开环控制是基于预设输入和目标值的一种控制方法，通过固定的控制输入来驱动系统运行，但缺乏对系统实际输出的监测和调整。
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
（运动控制系统框图）2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。
因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1相控整流器-电动机调速系统原理2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。
（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。
晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。
在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。
需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。
3.V-M系统机械特4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题”。
（7）直流PWM调速系统的机械特性6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）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电动机转速的变化率，称为静差率s。
第一章1.简述运动技能的四个特征（1）指向目标，即动作技能都有操作目标；（2）动作技能的操作具有随意性；（3）动作技能需要身体、头、和/或肢体的运动来实现任务目标；（4）为了实现技能的操作目标，需要对动作技能进行学习或再学习；2.在金泰尔的分类法中，动作技能分类的两个纬度分别是什么？（1）操作的环境背景特征：①调节条件②尝试间变化（2）表征技能的动作功能：①身体定向②操纵3.在金泰尔的分类系统中调节条件是指什么？调节条件是指技能操作中必然存在并影响操作者运动特征的环境背景。
第二章1.什么是操作结果测量、操作过程测量？两者的差异？根据两者测量的方法举出三至四个运动教学中运动技能测量的例子。
（1）操作结果测量：指为了说明动作技能操作结果而进行测量。
（2）操作过程测量：为了说明在动作操作过程中运动控制系统某些方面的操作状态而进行的一种动作技能操作测量。
差异：①操作结果测量没有提供产生操作结果前肢体或身体行为的任何信息；②没有关于运动过程中参与工作的肌肉系统的活动信息；举例：操作结果测量：①一英里跑或打一个字所用的时间；②从发令枪响到起跑动作开始的时间；③垂直纵跳的高度；操作过程测量：①动作过程中肢体经过的高度；②动作过程中肢体运动速度；③运动中加速或减速的模式；2.简述简单反应时、选择反应时和辨别反应时及区别。
（1）简单反应时：指测试情景中只包含单一刺激并要求被试者做出单一反应动作，这时所测的反应时称为简单反应时。
（2）选择反应时：指测试情景中包含两个或两个以上的信号，每个信号需要特定的反应形式，这时测得的反应时为选择反应时。
（3）辨别反应时：指测试情景中包含两个或两个以上的信号，但被试者只需对其中的一个做出反应，对其他信号不做反应，这时测得的反应时为辨别反应时。
区别：①从刺激信号的数量来判断是不是简单反应时；②从做出的反应的信号数量来判断是不是辨别反应时。
3.将反应时分段的含义是什么？（1）在刺激信号发出和肌肉活动开始之间存在一个时间间隔，这个间隔便是反应时的第一部分，称为前动作时（pre-motor time）；（2）第二部分是从肌肉活动增加到外显肢体动作真正开始之间的时距，称为动作时（motor time）。
第二章作业思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？直流电压2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性能？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
《运动控制系统》习题参考答案1-1 简述运动控制系统的类型及其优缺点。
答：运动控制系统主要有三种类型：液压传动系统、气压传动系统和电气传动系统，它们各自优缺点如下：液压传动具有如下优点：1）能方便地实现无级调速，调速范围大。
2）运动传递平稳、均匀。
3）易于获得很大的力和力矩。
4）单位功率的体积小，重量轻，结构紧凑，反映灵敏。
5）易于实现自动化。
6）易于实现过载保护，工作可靠。
7）自动润滑，元件寿命长。
8）液压元件易于实现通用化、标准化、系列化、便于设计制造和推广使用。
但也有一系列缺点：1）由于液压传动的工作介质是液压油，所以无法避免会有泄漏，效率降低，污染环境。
2）温度对液压系统的工作性能影响较大。
3）传动效率低。
4）空气的混入会引起工作不良。
5）为了防止泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件的制造精度要求高，使成本增加。
6）液压设备故障原因不易查找。
气压传动的优点是：1）气动装置结构简单、轻便，安装维护简单；压力等级低，故使用安全。
2）工作介质是空气，取之不尽、用之不竭，又不花钱。
排气处理简单，不污染环境，成本低。
3）输出力及工作速度的调节非常容易，气缸工作速度快。
4）可靠性高，使用寿命长。
5）利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气；可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力。
在一定条件下，可使气动装置有自保护能力。
6）全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。
与液压方式比较，气动方式可在高温场合使用。
7）由于空气流动压力损失小，压缩空气可集中供气，较远距离输送。
气压传动的缺点是：1）由于空气具有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化影响。
2）气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例比较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。
3）虽然在许多应用场合气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。
电气传动系统具有控制方便、体积紧凑、噪声小、节能、容易实现自动化、智能化、网络化等优点，不过其控制线路复杂，对软硬件要求较高，维修较困难。
在运动技能和控制领域，开环和闭环是两种常用的控制系统模型，用于描述人类在执行运动任务时的动作控制过程。
开环控制系统：
开环控制是一种预先设定的控制系统，动作的执行不受外部反馈的影响。
在开环控制中，执行者根据任务的要求和先前的经验，通过预定的运动模式和指令来完成动作。
开环控制的特点：
执行者在动作进行过程中没有实时的反馈信息。
控制过程主要基于内部模型和预设的指令。
对环境变化和误差没有实时的修正机制。
例子：高尔夫球挥杆是一个典型的开环控制过程。
高尔夫球手在进行挥杆动作时，根据目标、距离和风向等因素，预先设定挥杆的力度和方向，而在挥杆过程中没有实时的视觉或感觉反馈来修正动作。
闭环控制系统：
闭环控制是一种通过实时的感觉反馈来修正和调整运动执行的控制系统。
执行者接收来自感觉器官的反馈信息，根据这些信息来调整动作以达到预期的目标。
闭环控制的特点：
执行者通过感觉反馈来实时监控和调整动作。
控制过程可以根据反馈信息对误差进行修正。
环境变化和任务需求的变化可以通过反馈信息进行适应性调整。
例子：乒乓球发球是一个典型的闭环控制过程。
发球者在发球过程中会通过观察乒乓球的轨迹、听觉反馈和触觉反馈等来调整发球的速度、角度和旋转，以确保球的落点和球的轨迹符合预期。
综上所述，开环控制和闭环控制是描述人类运动技能和控制过程的两种模型。
在实际运动中，开环和闭环控制往往同时存在，根据任务的不同和执行者的经验水平，可以灵活地选择合适的控制策略。
《运动控制系统》教案一、教学目标1. 了解运动控制系统的概念、组成和作用。
2. 掌握运动控制系统的分类及其原理。
3. 熟悉运动控制系统的应用领域和发展趋势。
4. 培养学生对运动控制系统的兴趣和创新能力。
二、教学内容1. 运动控制系统概述运动控制系统的定义运动控制系统的组成运动控制系统的功能2. 运动控制系统的分类开环运动控制系统闭环运动控制系统混合运动控制系统3. 运动控制系统的原理位置控制原理速度控制原理力控制原理4. 运动控制系统的应用领域工业数控机床电动汽车航空航天5. 运动控制系统的发展趋势智能化网络化绿色化三、教学方法1. 讲授法：讲解运动控制系统的基本概念、原理和应用。
2. 案例分析法：分析具体运动控制系统的实例，加深学生对运动控制系统的理解。
3. 讨论法：引导学生探讨运动控制系统的发展趋势及其在我国的应用前景。
4. 实践操作法：安排实验室参观或动手实践，让学生亲身体验运动控制系统的工作原理。
四、教学安排1. 第1-2课时：运动控制系统概述2. 第3-4课时：运动控制系统的分类和原理3. 第5-6课时：运动控制系统的应用领域4. 第7-8课时：运动控制系统的发展趋势5. 第9-10课时：实验室参观或实践操作五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对运动控制系统基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对运动控制系统知识的掌握。
3. 小组讨论：评估学生在探讨运动控制系统发展过程中的创新能力。
4. 实践报告：评价学生在实验室参观或实践操作中的表现。
六、教学资源1. 教材：《运动控制系统》2. 课件：运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势3. 视频资料：运动控制系统的实际应用案例4. 实验室设备：的运动控制系统实验装置5. 网络资源：关于运动控制系统的相关论文和新闻七、教学过程1. 导入：通过一个运动控制系统的实际应用案例，引发学生对运动控制系统的兴趣。
2. 讲解：结合教材和课件，详细讲解运动控制系统的基本概念、原理、应用和趋势。
