机电机电制约系统技术

摘要：控制系统目前，控制理论发展大致可以分为古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。机电一体化系统控制技术主要包括伺服驱动控制技术和计算机控制接口技术。不同产品所需要的控制功能、控制形式和动作控制方式不尽相同。因此，本章主要讲述控制系统中的基本概念、伺服驱动控制技术和计算机控制技术
关键词：机电；控制系统；技术
Abstract: the control system at present, control theory development can be roughly divided into classical control theory, the modern control theory and the theory of intelligent control three stages. Mechanical and electrical integration system control technology mainly includes servo drive control technology and computer control interface technology. Different products needed to control function, control form and action control different ways. Therefore, this chapter tells control system of basic concepts, servo drive control technology and computer control technology
Keywords: mechanical and electrical; Control system; technology

一、控制系统中的基

源于：高中英语论文www.udooo.com

本概念

“量”控制与“逻辑”控制一般来说，“控制”的内容可分为两类，即以速度、位移、温度、压力等数量大小为控制对象和以物体的“有”、“无”、“动”、“停”等逻辑状态为控制对象。以数量大小为对象的控制可根据表示数量大小的信号种类分为模拟控制和数字控制。

1.模拟控制

是指将速度、位移、温度或压力等变换成大小与其对应的电压或电流等模拟量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为模拟信号处理，采用模拟信号处理的控制称为模拟控制。

2.数字控制

是指把要处理的“量”变成数字量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为数字信号处理，采用数字信号处理的控制，称为数字控制。模拟控制精度不高，不适合于复杂的信号处理。数字控制可用于要求高精度和信号运算比较复杂的场合。用计算机作主控制器的系统中，虽然在最后控制位置、力、速度等部分中模拟控制仍然是主流，但在这之前的各种信号处理中，多数用数字控制。以上信号均是连续变化量。
以“逻辑状态”为对象的控制称为逻辑控制，通常处理开关的“通”、“断”，灯的“亮”、“灭”，电动机的“运转”、“停止”之类的“1”与“0”二值逻辑信号。逻辑控制又称顺序控制。称为逻辑控制是强调信号处理的方式；称为顺序控制是强调对被控对象的作用。

二、开环控制与闲环控制

在以数量大小、精度高低为控制对象的控制系统中，将输出的结果与目标值比较的差值作为偏差信号，控制输出结果，这种控制系统就是闭环控制系统。以目标值为系统输入，对输出结果不予检测的控制系统是开环控制系统。在闭环控制系统中，由于将检测的输出结果返回到输入端与目标值进行比较，所以又称为反馈控制。

三、连续控制与非连续控制

在机电一体化产品中，广泛使用了数字控制，控制中采用微处理机作为数字运算装置。在数字运算装置中，从给出输入数值到得出运算结果的输出数值存在时间差(滞后时问)，在时间上有不连续的关系，则称为非连续控制。在模拟控制中，输入与输出的对应关系一般是以无时间差的情况下用微分方程的形式表示。那样，输人与输出在时问上保持连续的关系，称为连续控制。在非连续控制中，每隔一定周期进行一次运算(采样)，并把运算结果保持到下一运算周期的控制方式，称为采样控制。如果使不连续控制的滞后时间足够小，动作当然就接近连续控制了，但连续控制与非连续控制用于反馈控制时，往往表现出完全不同的情况，因此必须注意。

四、线性控制与非线性控制

由线性元件构成的控制系统称为线性控制系统。对机械系统来讲，凡是具有固定传动比的机械系统(齿轮、齿条、带轮等)都是线性系统，控制方程一般采用线性方程表示。对含有非线性元件构成的控制系统称为非线性控制系统，对机械系统来讲，只要含有非线性元件(凸轮、拨叉、连杆机构等)都是非线性系统，控制方程一般用微分方程表示。
严格来说，理想的线性元件是不存在的，一般元件的参数多少都会随着信号的大小而有所变化，如电阻的阻值随温度高低、电流大小而变化；电感铁心的导磁率也随电流而变化等。即使元件都是线性的，但在系统工作中也不可避免地存在一些非线性因素，如在机电一体化系统中，传动系统中的齿隙、游隙和摩擦等。

五、点位控制和轨迹控制

点位控制是在允许加速度条件下，尽可能以最大速度从坐标原点运动到目的坐标位置，对两点之间的轨迹没有精度要求。轨迹控制又称为连续路径控制，包括直线运动控制和曲线运动控制。这类控制对于运动轨迹上的每一点坐标都具有一定的精度要求，需要采用插补技术生成控制指令。

六、动作控制方式及特点

机电一体化产品的动作控制方式是指其执行机构从一点移动到另一点的过程中，对位置、速度或加速度等的控制方式。
位置控制方式按其控制指令来分，有绝对值控制方式和增量值控制方式。绝对值控制方式是先确定基准坐标系，以此坐标系的坐标值为位置控制指令。而增量值控制方式则以从当前位置向下一个位置移动所需的移动量为控制指令。

1.步进电动机定位

这种定位方式的结构最简单。它是以步进电动机为执行单元，用对应予所需移动量的脉冲数驱动步进电动机进行定位的，常用于定位精度要求不太高的地方。由于步进电动机的启动脉冲频率有上限，超过此频率就会出现丢步现象、破坏脉冲与转角的比例关系，因此，在使用一定频率脉冲的情况下，难于提高动作速度。在采用计算机控制的机电一体化产品中，使用计算机程序进行运算，可在不丢步的范围内缓慢加速，接近目标位置时缓慢减速，达到目标位置时停止，提高了使用步进电动机时的运动速度。

2.直流(或交流)伺服电动机定位(绝对值方式)

对于高速度和高精度的定位，需采用反馈控制。检测位置反馈信号的位置检测传感器，也有绝对值和增量值两种控制方式。绝对值方式位置检测器多使用感应同步器、旋转变压器等，将检测的信号反馈给指令输入端并与绝对位置指令信号进行比较，通过控制使两者一致。

3.直流(或交流)伺服电动机定位(增量值方式)

这是利用计算机的一种增量式脉冲控制直流(或交流)伺服电动机的方式。在直流伺服电动机上装有脉冲发生器，由于电动机只能转动相应于脉冲数的转角，因此，用直流伺服电动机的高速响应性实现了类似于步进电动机的功能。这种方法是在要求高性能定位的机电一体化产品中常用的方法。

七、速度控制方式

1.速度的模拟反馈控制

电动机为直流(或交流)伺服电动机，采用测速发电机产生的与电动机转速成比例的电压，作为速度反馈信号。其工作原理是利用电压比较电路，以设定电压与测速发电机的输出电压之差的形式求出设定转速与实际转速之差。如果实际转速比设定转速低，电压差就大，从而电枢电压增大，电动机转速也升高，于是电动机就以规定电压与测速发电机输出电压大致相同时的转速连续旋转。

2.速度的数字反馈控制

这种控制方式为锁相闭环控制，可以实现高精度的速度控制，适合于音频设备的速度控制。控制伺服放大器的输出与输入脉冲和速度反馈脉冲的相位差成正比。用相位比较器比较两个脉冲信号的相位差，通过控制使其相位达到一致，从而达到控制速度之目的。
八、伺服控制

1.模拟伺服控制

偏差的运算及电动机的位置、速度信号等全部使用模拟信号控制就是模拟伺服控制。用模拟运算回路进行偏差的运算，用电位器进行位置检测，用测速发电机进行速度检测。这种伺候方式是最早被采用的，也是最基本的伺候方式。

2.数字伺服控制

伺服电动机的转角与速度全部用脉冲编码器检测，目标值与位置信号的偏差用计数器进行运算。这种使用数字控制回路进行偏差运算及位置与速度检测运算的方式就是数字伺服控制。
参考文献：
王清平.机电控制系统的设计[J]. 煤炭技术. 2008(07).
刘丹.自动控制系统在市政排水系统中的应用[J]. 科技资讯. 2011(12).
[3] 刘明建,吴捷,薛峰.控制理论在电力电子学中的应用(下)——非线性与智能化方法[J]. 控制理论与应用. 2005(05).
作者简介：
衡刚（1978.01----）男 ，汉，毕业于河南教育学院，研究方向：机电工程.