机电控制系统自动控制技术与一体化设计分析
摘要：随着工业制造业的迅猛发展，机电控制系统在制造业中的应用范围越来
越广，高速发展的制造业需要更先进的机电控制系统。为了满足行业需求，机电
控制系统相关专业设计人员进行了更加智能及先进的设计。因此，自动控制技术
与一体化的设计应运而生，且得到了较为快速的运用及发展。
关键词：机电控制系统；自动控制技术；一体化设计
1 机电控制系统自动控制技术
随着科学技术进步，机电控制系统中应用自动控制技术的途径越来越多，主
要集中在以下两个方面。
1.1 自动控制技术应用于机电控制装备
自动控制技术核心内容是控制装备和控制器，用一个简单的实例来说，当需
要记录机电控制装备的运转速度时，要利用控制器来测试。在目前很多机电企业
都开始引进新型自动控制技术，比如PLC，即可编程逻辑控制器。机电控制装备
中加入控制器，将生产系统联合成整体，工作人员在监控生产过程时，能及时发
现问题并解决，这样不仅避免了企业经济损失，也优化了产品质量。在这个自动
化过程中，控制器在一定程度上能代替人力作业，以精密的计算程序代替人脑，
减少人工失误。
1.2自动控制技术应用于机电微型计算机
自动化控制技术应用于机电微型计算机，其利用控制装备建立数学模型，同
时在微型计算机的辅助下，控制相关生产程序，它具有三方面的优势，第一方面，从微型计算机生产价值来说，协调了自动控制和机电规律之间的关系，促进了单
元技术的融和，自动控制技术应用于机电领域以来，产生了巨大的生产价值，提
升了产品科技含量，缩短了产品生产周期，同时延长了设备使用周期，减少了企
业投入，需要注意的是，在这个过程中，促使了工程师不断研发新型机电模型，
提高了工作能力；第二方面，从安全角度来说，微型计算机中加入自动化，能较
快感知危险，比如机电生产线中某一生产环节出现漏洞，自动控制装备能立即停
止机器运转，减少企业经济损失；第三方面，从机电一体化的角度来说，自动化
技术为机电一体化提供了技术基础，比如传感检测等。
2 机电一体化设计分析
在机电控制系统的自动控制中，要实现机电一体化设计，还需要结合产品性能，并利用机电技术，实现两者间的相互融合，相互补充。在一体化设计中，若
是机械装置、电子元件不能达到预期效果，还需要加入相关的电子元件予以控制，让软件与硬件相互融合，实现多种技术共存。同时，在这种高精准度的设计中，
还需要对产品的成本与安全可靠性、市场需求状况等进行分析。而要完成整个一
体化设计过程，还需要经历开发设计及适应性设计两个阶段。其中，开发设计主
要是为了满足产品的性能要求，而适应性的设计则是原产品设计结合实用性、市
场性等进行修改，让功能得到完善，并进行局部的改进，让产品性能得到进一步
的提升。当然，在机电一体的设计中，还需要遵循一定的规律。
2.1电子线路取代机械控制结构
在单一机械的运行过程中，控制通常为单一机械控制结构。而在机电一体化
产品的设计中，则要通过利用电子线路，来对控制结构进行改进，继而改变机械
运行过程，达到预期设计效果。同时，还用利用可编程的控制器、微型计算机，
来将机械控制结构与电子线进行整合。此外，还需要利用凸轮及变速机构，取代
------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.
收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.
控制系统设计及分析 一、SISO 控制系统的模型 1、环节串联 G(s)=G1(s)*G2(s)*…*Gn(s) sys=sys1*sys2*…*sysn 或: sys=series(sys1,sys2); sys==series(sys,sys3); …; sys=series(sys,sysn) 或： [num,den]= series(num1,den1,num2,den2); [num,den]= series(num,den,num3,den3); …; [num,den]= series(num,den,numn,denn); sys=tf(num,den) Ex311.m ：求三个控制环节串联后的传递函数： 3 25 6: 3)1(32: 2) 1(1: 12 2+++++++s s sys s s sys s s s s sys %sys1的传递函数 num1=[1,1]; den1=conv([1,0],[1,1,1]); sys1=tf(num1,den1);
%sys2的传递函数 num2=[2,3]; den2=conv([1,1],[1,1]); sys2=tf(num2,den2); %sys3的传递函数 num3=[6,5]; den3=[2,3]; sys3=tf(num3,den3); %系统串联总的传递函数 sys=sys1*sys2*sys3 2、环节并联 G(s)=G1(s)+G2(s)+…+Gn(s) sys=sys1+sys2+…+sysn 或: sys=parallel(sys1,sys2);sys=parallel (sys,sys3);…; sys= parallel (sys,sysn) 或: [num,den]= parallel (num1,den1,num2,den2); [num,den]= parallel (num,den,num2,den2); …; [num,den]= parallel (num,den,numn,denn);
WUHAN TEXTILE UNIVERSITY 《机电一体化模块化控制系统》 课程设计名：机电一体化模块化控制系统 指导老师：张智明 班级：机械11201班 姓名：程志超 学号：1202281102
供料单元的结构与控制 一、供料单元功能 供料单元可作为起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到下个工作单元。 二、供料单元的结构组成 供料单元的结构组成如上图所示。其主要结构组成为：工件推出与支撑，漏斗，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、 底板等。 2.1 工件推出与支撑及漏斗部分 该部分如图所示。用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工
件推出到物料台上。它主要由大工件装料管、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近 开关、漫射式光电传感器组成。 该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。 为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀。气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。截流阀上带有气管的快速接头，只要 将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。 A 气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别 装有一个磁感应接近开关，如下图所示。磁感应接近开关的基本工作原理是：当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作并发出电信号。在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在传感器上设置有LED显示用于显
毕业设计论文 水温自动控制系统 钟野 院系：电子信息工程学系 专业：电气自动化技术 班级： 学号： 指导教师： 职称（或学位）： 2011年5 月
目录 1 引言 (2) 2 方案设计 (2) 2.1 总体系统的设计思路 (2) 2.2 部分外围系统的设计思路 (3) 3 硬件电路设计 (3) 3.1 单片机最小系统的设计 (3) 3.2 温度检测电路的设计与论证 (4) 3.3 显示功能电路的设计与论证 (5) 3.4 温度报警提示功能电路的设计与论证 (5) 3.5 外围电路控制设计 (6) 3.6 扩展部分方案设计 (7) 4 软件设计 (7) 4.1 控制主程序设计 (7) 4.2 温度设置程序设计 (8) 4.3 上下限报警程序设计 (8) 5 结论 (9) 结束语 (9) 致谢 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。
水温自动控制系统 钟野 （XXXX电子信息工程学系指导教师：CXJ） 摘要：本文设计主要是采用A T89C51单片机为控制核心、以温度传感器（DS18B20）为温度采集元件, 外加温度设置电路、温度采集电路、显示电路、报警电路和加热电路来实现对水温的显示同时自动检测及线性化处理,其误差小于±0.5℃。本文重点介绍硬件设计方案的论证和选择，以及各部分功能控制的软件的设计。本次设计的目标在于：由单片机来实现水温的自动检测及自动控制，实现设备的智能化。 关键词：单片机;温度传感器;自动控制 Abstract: This paper is designed AT89C51 microcontroller as control core and temperature sensor DS18B20) for (temperature gathering element, plus the temperature setting circuit, temperature gathering electriccircuit, display circuit, alarm circuit and heating circuit to achieve water temperature display while automatically detecting and linearization, its error is less than 0.5 + ℃. This paper mainly introduces the hardware design argumentation and choice, and some functional control software design. This design goal is: by single-chip microcomputer to realize the automatic detection and automatic temperature control, realize the intellectualized equipment. Keywords: Microcontroller; Temperature sensors; Automatic control
机电一体化复习提纲 1. 机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品是机电一体 化产品。机电一体化系统的基本结构要素有机械本体、执行与驱动、检测传感器、信息处理、动力。机电一体化系统中的机械系统通常由由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等组成。机电一体化系统的基本组成是能量流、物料流、信息流。机电一体化系统的信息特征（微型化、嵌入式、实时性、分布化）、动力特征（结构分散化、功能智能化）、结构特征（模块化、简单化、高刚度、高精度）。机电一体化的技术基础有机械设计与制造技术、微电子技术、传感器技术、软件技术、通信技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术。 2. 机电一体化对机械系统的基本要求是（快、准、稳）：快速响应、高精度、良 好的稳定性。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求，主要从a、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；b、缩短传动链，简化主传动系统的机械结构；c、提高传动与 支撑刚度；d、选用最佳传动比，尽可能提高加速能力；e、缩小反向死 区误差；f、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声这几个方面采取措施。机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等几个部分组成。 3. 机电一体化系统中的传动系统应满足足够的刚度、惯性小、阻尼适中等性能要 求。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中需满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比，为达到这些要求，主要采取
①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件② 缩短传动链，简化传动系统的机 械结构③提高传动与支撑刚度④选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力⑤缩小反向死区误差 ⑥改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少震动、降低噪声。 4. 滚珠丝杠螺母副中滚珠循环装置有外循环，内循环。滚珠丝杠支承方式有单推- 单推式、双推-双推式、双推-简支式、双推-自由式。具有最大刚度的的支承方式是双推-双推式。 5. 滚珠丝杠螺母副中按照滚珠循环方式划分外循环，内循环。滚珠丝杠螺母副中 调整间隙和预紧的方法有垫片调整式（调整垫片来改变轴向力）、双螺母调节式（调整螺母来消除间隙或预紧）齿差调节式（左右螺母外端凸缘制成齿数差1 的直齿圆柱齿轮）,原理是什么？滚珠丝杠副的安装方式有单推-单推式（轴向刚度较高、预紧力较大、轴承寿命比双推-双推式低）、双推-双推式（刚度最高、易造成预紧力不对称）、双推-简支式（轴向刚度不太高、预紧力小、轴承寿命较长、适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统）、双推-自由式（轴向刚度和承载能力低、多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统），特点分别是什么？滚珠丝杠副的选择方法是结构的选择、结构尺寸的选择（公称直径和基本导出的选择）。 6. 直齿圆柱齿轮侧隙的调整方法有中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向 垫片调整法。要消除齿轮副间隙是因为侧隙会产生齿间冲击，影响传动平稳性、若出现在闭环系统中、则可能导致系统不稳定、使系统产生低频振荡，常用中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
实验五、基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计(2学时) （综合型实验） 一、实验目的 （1）掌握线性时不变系统的对象模型的构造及其相互转换； （2）掌握线性时不变系统浏览器——LTI Viewer使用方法； （3）掌握单变量系统设计工具——SISO Design Tool的使用方法； （4）掌握非线性系统的控制器优化设计和仿真； （5）自行设计一个PID控制系统并进行PID控制器的优化设计（选）。 二、实验设备 MATLAB6.1系统教学软件及计算机一台。 三、实验内容 1、将下述传递函数转换成tf对象。 2、将第6章的例6-16中非线性系统进行线性化处理后所得线性化状态空间模型的系数矩阵(A,B,C,D)的值转换成LTI对象，然后利用线性时不变系统浏览器—LTI Viewer对系统进行分析。 3、使用 LTI Viewer对以下滑艇系统的动力学方程进行非线性系统的线性分析 4、以下单位反馈系统。利用单变量系统设计工具SISO Design Tool。（1）对其进行分析，画出系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 （2）对以上系统进行串联校正装置，其传递函数如下。 对校正后进行分析，画出校正后系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。 5、对以下系统。 要求系统单位阶跃响应的最大上升时间为10秒、最大调节时间为30秒、最大超调量为20%。利用非线性控制器设计模块集（Nonlinear Control Design Blockset），试求PID控制器的最佳整定参数Kp、Ki和Kd。假设，三阶线性对象模型的不确定参数：40< a1<50,2.5< a2<10。
论文题目:温度自动控制系统的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
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机电一体化技术基础 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 第一章概论 1、机电一体化的定义 机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2、机电一体化系统的基本构成 一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素： 机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。 3、机电一体化的相关技术 （1）机械技术 （2）信息处理技术 （3）系统技术 （4）自动控制技术 （5）传感检测技术 （6）伺服驱动技术 4、机电一体化系统的分类 从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。 5、机电一体化系统开发的类型 机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 （1）开发性设计： 是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。 （2）适应性设计： 适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。 （3）变参数设计： 变参数设计是在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。 6、机电一体化系统设计方案的常用方法 （1）取代法： 就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。 （2）整体设计法：
北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容 最少拍有波纹控制系统
[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分） 6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分） 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G
探究智能控制在机电一体化系统中的应用 摘要：随着我国经济的快速增长，机电一体化系统也在飞速发展。机电一体化 技术越来越成熟。本文主要论述了机电一体化系统中智能控制的应用。 关键词：机电一体化系统；应用 一、机电一体化的概述 （一）机电一体化的含义 所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械 技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多只技术进行有机地结合，并综合应用到 实际生产生活中去的一项综合性的技术。 （二）机电一体化的基本内容与组成要素及原则 机电一体化的基本内容包括以下几项内容：一是计算机与信息技术；二是机械技术；三 是自动控制技术；四是系统技术；五是传感检测技术。 机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素；二是动力组成要素；三是运动组成要素；四是感知组成要素；五是职能组成要素。 机电一体化的四大原则包括：一是运动传递；二是能量转换；三是结构耦合；四是信息 控制。 二、智能控制的概述 （一）智能控制的含义 所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动 控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域。传统的控制只是智能控制中的一个组 成部分，是智能控制最底层的阶段。智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理 论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。 （二）智能控制的特征 智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制；二是智能控制器具有非线性 特性；三是智能控制具有变结构特点；四是智能控制器具有总体自寻优特性；五是智能控制 系统应能满足多样性目标的高性能要求；六是智能控制是一门边缘交叉学科；七是智能控制 是一个新兴的研究领域。 （三）智能控制的类型 智能控制的类型包括：一是分级递阶控制系统；二是专家控制系统；三是集成混合控制；四是人工神经网络控制系统；五是模糊控制系统；六是学习控制系统；七是进化计算与遗传 算法；八是组合智能控制方法等。 （四）智能控制发展的趋势 智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应性功能，其在机电一体化方面的广 泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。模糊系统、遗传算法、专家系统及神经网络是应用 在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。 三、智能控制在机电一体化系统中的应用 （一）智能控制在机械制造过程中的应用 机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能 控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用 先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技 术利用神经网络及模糊系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合 技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。在此过程中利用神经网络 技术中的并行处理与学习功能将一些残缺不全的信息进行有效处理，利用模糊系统所特有的 模糊关系与模糊集合等特征，可以将一些模糊的信息集合到闭环控制中的外环决策机构来选 取相应的控制动作。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造 系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。 （二）智能控制在数控领域中的应用
目录 摘要…………………………………………………………………第1章任务要求和方案设计…………………………………… 1.1 任务要求……………………………………………………… 2.1 总体方案确定及元件选择…………………………………….. 2.1.1 总体设计框图……………………………………………… 2.1.2 控制方案确定………………………………...…………… 2.1.3 系统组成……………………………………………… 2.1.4 单片机系统……………………………………….. 2.1.15 D/A转换........................................................................... 2.1.5 晶闸管控制………………………………………... 2.1.6 传感器……………………………………………… 2.1.7 信号放大电路………………………………………. 2.1.8 A/D转换……………………………………………. 2.1.9 设定温度及显示……………………………………. 第2章系统硬件设计……………………….…………………2.1 系统硬件框图……………………………………………2.2 系统组成部分之间接线分析…………………………… 第3章系统软件设计…………………………………………. 3.1程序流程图..…………………………………..…………… 第4章参数计算……………………………..………………... 4.1 系统各模块设计及参数计算 4.1.1、温度采集部分及转换部分
4.1.2、传感器输出信号放大电路部分:........................... 4.1.3、模数转换电路部分:............................ 4.1.4、ADC0804芯片外围电路的设计：....................... 4.1.5、数值处理部分及显示部分:............................. 4.1.6、PID算法的介绍....................................: 4.1.7、A/D转换模块.......................................... 4.1.7、A/D转换模块................................... 4.1.8 单片机基本系统调试............................... 4 .1. 9 注意事项：................................................................ 第5章测试方法和测试结果 5.1 系统测试仪器及设备 5.2 测试方法 5.3 测试结果 结束语........................................... 参考文献.…………………………………….……….……………
填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动
四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作
第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率
自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院
2013年11月
目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)
自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s
一、名词解释 1、软件维护指软件交互使用之后，为了改正软件中的错误或满足新的需求而修改软件的过程。 2、调试在成功地进行了测试之后，进一步诊断和改进程序中存在的错误过程。 3、可行性研究又叫可行性分析，它是所有工程项目在开始阶段必须进行的一项工作。可行性研究是指项目正式开发之前，先投入一定的精力，通过一套准则，从经济、技术、社会等方面对项目的必要性、可能性、合理性，以及项目所面临的重大风险进行分析和评价，得出项目是否可行的结论。 4、结构化程序设计是一种设计程序的技术，采用自顶向下、逐步细化的设计方法和单入口、单出口的控制技术，任何程序都可以通过顺序、选择和循环3种基本控制结构的复合实现。 5、信息系统在其使用过程中随着生存环境的变化，要不断维护、修改，当它不再适应需求的时候就要被淘汰，就要由新系统代替老系统，这种周期循环称为信息系统的生命周期。 6、供应链管理系统就是为了实现供应链上各企业的共同目标，对整个供应链的物流与信息流进行集成的管理和统一协调的计算机软件系统、网络与通信系统、有关数据、规章制度和人员的统一体。 7、这是在现代信息技术的基础上，交叉管理学、行为科学、运筹学，控制论等学科运用、人工智能、专家系统、知识工程等理论和方法，辅助支持企业，决策活动的信息系统。 8、信息系统是指利用计算机、网络、数据库等现代信息技术，处理组织中的数据、业务、管理和决策等问题，并为组织目标服务的综合系统。 9、数据字典为了对数据流程图中的各个元素进行详细的说明，数据字典的主要内容是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等几个方面进行具体的定义。数据字典配以数据流程图，就可以从文字和图形两个方面对系统的逻辑模型进行完整的描述。 二、填空 1、按照生命周期法建设信息系统过程中的主要文档有:系统开发立项报告,( 可行性研究报告),系统开发计划书,( 系统分析说明书),系统设计说明书,程序设计报告,系统测试计划与测试报告,系统使用与维护手册,系统评价报告,系统开发月报与系统开发总结报告. 2、描述程序处理过程的工具称为过程设计工具，可以分为图形、表格和语言3类。其中图形工具包括(程序流程图)、(N-S图)和(PAD图)；表格工具包括(判定表)和(判定树)；语言工具包括
自动控制系统课程 设计报告 课程名称：自动控制系统课程设计报告 设计题目：错位控制无环流可逆调速系统设计院系： 班级： 设计者： 学号： 同组人： 指导教师： 设计时间：
课程设计（论文）任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字：年月日
目录 一、错位控制无环流可逆调速系统的原理................................................................... - 4 - 1、可逆调速系统的原理.................................................................................... - 4 - 2、环流的介绍.................................................................................................... - 4 - 1、环流的定义............................................................................................. - 4 - 2、环流的分类........................................................................................... - 5 - 3、错位控制无环流系统 ................................................................................. - 5 - 1、静态环流的错位消除原理.................................................................. - 5 - 2、错位控制无环流系统的结构............................................................. - 5 - 3、错位控制无环流系统的优缺点 ........................................................ - 6 - 二、系统的设计 ................................................................................................................... - 6 - 1、主电路的设计及参数选择 ........................................................................ - 6 - 1、变压器的选择...................................................................................... - 6 - 2、晶闸管的选择...................................................................................... - 7 - 3、电抗的选择........................................................................................... - 7 - 2、同步变压器及触发器的设计.................................................................... - 7 - 1、触发电路的设计.................................................................................... - 7 - 2、同步变压器的设计............................................................................. - 8 - 3、保护电路的设计........................................................................................... - 9 - 1、过电流保护........................................................................................... - 9 - 2、过电压保护........................................................................................... - 9 - 3、缓冲电路............................................................................................... - 9 - 4、检测环节 ...................................................................................................... - 10 - 1、转速检测............................................................................................. - 10 - 2、电流检测 ............................................................................................... - 10 - 3、电压检测............................................................................................. - 10 - 5、控制电路的设计......................................................................................... - 11 - 1、AVR电压内环的设计 ..................................................................... - 11 - 2、ACR电流环的设计.......................................................................... - 12 - 3、ASR转速环的设计........................................................................... - 13 - 4、AVR、ACR和ASR的限幅设计 .................................................. - 14 - 5、AR反相器的设计............................................................................. - 14 - 三、设计小结...................................................................................................................... - 15 - 四、参考文献...................................................................................................................... - 15 -