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1、14270D,第6章 机电一体化系统控制,6.1 顺序控制 6.2 时间控制 6.3 速度控制 6.4 轨迹控制,14270D,6.1 顺序控制,6.1.1 实现顺序控制的程序形式和工作方式 6.1.2 顺序控制的实现,14270D,6.1.1 实现顺序控制的程序形式和工作方式,图6-1 继电器逻辑控制系统与PLC控制系统比较 a)继电器逻辑控制系统 b)PLC控制系统,14270D,6.1.1 实现顺序控制的程序形式和工作方式,图6-2 继电器逻辑控制简图,14270D,6.1.1 实现顺序控制的程序形式和工作方式,图6-3 PLC控制简图,14270D,6.1.1 实现顺序控制的程序形式和
2、工作方式,图6-4 顺序起动逆序停车的控制电路,14270D,6.1.2 顺序控制的实现,1.继电器逻辑控制实现顺序控制 2.PLC实现顺序控制,14270D,1.继电器逻辑控制实现顺序控制,图6-5 动力头控制系统时序图,14270D,2.PLC实现顺序控制,图6-7 动力头控制系统的顺序功能图和梯形图,14270D,2.PLC实现顺序控制,图6-8 具有记忆功能的电路,14270D,6.2 时间控制,6.2.1 时间继电器 6.2.2 FX2系列PLC中的定时器 6.2.3 时间继电器控制线路 6.2.4 (FX2系列)PLC定时指令及编程方法,时间控制,时间继电器也称为延时继电器，是一种
3、用来实现触点延时接通或断开的控制电器。,空气阻尼式 电动式 晶体管式 直流电磁式,按结构分,按延时方式分,通电延时型:,断电延时型:,通电延时动作，断电立即复位,通电立即动作，断电延时复位,通电延时型空气式时间继电器,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,微动开关2,微动开关1,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,时间继电器线圈通电后,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,
4、恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,微动开关2,微动开关1,断电后立刻复位,恢复弹簧,调节螺钉,1结构及工作原理,释放弹簧,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,恢复弹簧,调节螺钉,断电延时时间继电器,释放弹簧,杠杆,动铁心,静铁心,线圈,进气孔,出气孔,调节螺钉,断电延时时间继电器通电后,释放弹簧,杠杆,静铁心,进气孔,出气孔,调节螺钉,断电后
5、开始延时,线圈,微动开关,释放弹簧,杠杆,静铁心,进气孔,出气孔,调节螺钉,断电后开始延时,线圈,微动开关,释放弹簧,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,恢复弹簧,调节螺钉,断电后开始延时,2、符号,断电延时型时间继电器的符号,通电延时型时间继电器符号,时间控制线路,1、通电延时型控制线路,SB2KA+ KT+ tKM+,2、断电延时型控制线路,SB2KA+KT+ KM+,SB1KA KT t KM,14270D,6.3 速度控制,6.3.1 直流伺服系统的调速 6.3.2 交流伺服电动机的调速,14270D,6.3.1 直流伺服系统的调速,1.直流伺服电动机的类型 2.直流伺服电动机
6、的调速 3.直流速度控制单元调速控制方式,直流电机及调速系统,从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转即图中S的方向。,直流电机工作原理,随着转子的转动，线圈边位置互换，这时要使转子连续转动则应使线圈边中的电流方向也加以改变要进行换向。
7、由于换向器与静止电刷的相互配合作用，线圈不论转到何处，B刷h始终与运动到N极下的线圈边相接触，而电极A始终与运动到S极下的线圈边相接触这就保证了电流总是经电刷经N极下导体流入，再沿S极导体经电刷B流出。因而电磁力和电磁转矩的方向始终保持不变，使电机沿逆时针方向连续转动。,直流电机工作原理,电磁式直流电机的种类,电磁式直流电机的种类,永磁式直流伺服电机结构,直流伺服电机构成 直流伺服电机的电源特点 直流伺服电机的类型,直流电机的基本方程_1,静态方程,静态方程是指电机稳态下的机械平衡方程，电压平衡方程。,Ia,直流电机的基本方程_1,动态方程,过渡状态 停止/启动、加速、减速、加载、减载,I,直
8、流电机的基本方程_1,动态方程,过渡状态 停止/启动、加速、减速、加载、减载,I(t),直流电机的基本方程_2,电流,直流电机的调速原理,电压调速,直流电机的速度控制原理_1,机械特性方程的推导,Ia,直流电机的基本特性_1,理想转速,转速降,Ia,K值的大小反映了什么？ KM 也被称为转速降n，其物理意义是负栽对转速的影响,机械特性曲线,直流伺服电机的基本特性_2,启动电压,启动电压的物理意义？,启动特性曲线,电机调速基本概念,恒功率调速,n,M,n,P,电机调速基本概念,恒转矩调速,n,M,n,P,电机调速基本概念,调速范围,额定转速,在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）
9、,电机调速基本概念,调速范围,静差度,额定转速,在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）,电机调速基本概念,调速范围,静差度,由静差度许可值 求调速范围,额定转速,在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）,直流电机的基本特性_1,理想转速,转速降,Ia,Ia,普通直流电机的铭牌数据 额定工作转速 额定工作转矩 额定工作电压 额定工作电流 电机线圈直流内阻,电机调速基本概念,直流电机调速的基本概念： 什么是恒转距调速？ 什么是恒功率调速？ 什么是动态平衡方程？什么是静态平衡方程？ 这两类方程的应用场合。,理想转速,转速降,Ia,直流电机的控制方法,单片机,工业PC,可
10、编程控制器,机床在加工过程中、需要按不同的加工要求，调整主轴的转速、进给速度。为保证工件表面质量和精度求调速系统调速稳定能迅速消除扰动(主要是负载和电枢电压波动)而引起的转速波动。要求系统具有足够的动态稳定性和快速性，使起动、制动、调速过程平稳迅速。,电机调速系统的作用,直流电机调速系统 开环调速系统,电机调速系统的基本结构_1,控制,驱动,电机,机械,速度控制,直流电机调速系统 速度负反馈闭环调速系统（半闭环）,电机调速系统的基本结构_2,控制,驱动,电机,机械,测量,速度控制,直流伺服电机调速驱动单元结构实例,速度指令,测速电机,速度单元,电机,直流伺服电机调速驱动单元结构实例,速度环,速
11、度指令,测速电机,电机,直流伺服电机调速驱动单元结构实例,电流环,速度环,电压 脉冲变换,速度指令,测速电机,电机,直流伺服电机调速驱动单元结构实例,电流环,速度环,电压 脉冲变换,速度指令,测速电机,电机,14270D,6.3.2 交流伺服电动机的调速,图6-21 永磁交流伺服电动机结构 1定子 2转子 3定子三相绕组 4编码器 5出线盒,14270D,2.进给系统中交流伺服电动机的调速方法,由于新型大功率电力电子器件、新型变频技术的发展，以及现代控制理论、微机的数字控制技术等在实际应用中取得的重要进展，促进了交流伺服驱动技术的发展，使得交流伺服驱动逐渐替代直流伺服驱动。,14270D,3.
12、PWM型变频器,图6-22 单相逆变电路 a)桥式电路 b)交流波波图,14270D,3.PWM型变频器,图6-23 双极性SPWM通用型主回路(三相逆变电路),14270D,3.PWM型变频器,图6-24 调制波形式,14270D,6.4 轨迹控制,6.4.1 脉冲增量插补原理 6.4.2 数据采样插补原理,14270D,6.4.1 脉冲增量插补原理,1.逐点比较法直线插补 2.逐点比较法圆弧插补 3.象限与坐标变换 4.逐点比较法的终点判别,14270D,1.逐点比较法直线插补,图6-25 直线插补过程,14270D,表6-3 逐点比较法直线插补运算举例,表6-3 逐点比较法直线插补运算举
13、例,14270D,2.逐点比较法圆弧插补,图6-26 圆弧插补过程,14270D,表6-4 逐点比较法圆弧插补运算举例,表6-4 逐点比较法圆弧插补运算举例,14270D,3.象限与坐标变换,图6-28 直线和圆弧不同象限的走向,14270D,4.逐点比较法的终点判别,逐点比较法除能插补直线和圆弧之外，还能插补椭圆、抛物线和双曲线第二次曲线。此法进给速度平稳，精度较高，无论是在普通NC系统还是CNC系统中以及其他轨迹运动控制系统中都有着非常广泛的应用。,14270D,6.4.2 数据采样插补原理,1.时间分割法直接插补原理 2.时间分割法圆弧插补原理,14270D,6.4.2 数据采样插补原理,图6-29 空间直线插补,14270D,1.时间分割法直接插补原理,图6-30 时间分隔法圆弧插补,
