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1、2019/5/22,1,1,第1章 自动控制系统的构造方法,本讲主要内容： 第1.1节 物体运动控制系统的设计方法 1.1.1 功能添加法 1.1.2 步进逻辑公式法,2019/5/22,2,2,第111讲,第1章 自动控制系统的构造方法,本讲主要内容： 第1.1节 物体运动控制系统的设计方法 1.1.1 功能添加法 1.1.2 步进逻辑公式法,2019/5/22,3,3,第1章 自动控制系统的构造方法,第1.1节 物体运动控制系统(电气控制电路)的设计方法 物体运动控制系统的设计方法所遵循的基本定理和基本方法是： 功能添加法、步进逻辑公式法和程序步最少判定定理。 在物体运动控制电路设计方法当
2、中，最基本的方法是：“功能添加法”。 1.1.1 功能添加法,功能添加法,1.1.1 功能添加法,1.1.1 功能添加法,1.1.1 功能添加法,A1,A1,A2,A2,KM1,1.1.1 功能添加法,自锁触点,1.1.1 功能添加法,1.1.1 功能添加法,1.1.1 功能添加法,互锁触点,A,B,1.1.1 功能添加法,A,B,1.1.1 功能添加法,A,B,1.1.1 功能添加法,A,B,1.1.1 功能添加法,1.1.1 功能添加法,1功能添加法的定义 每增加一种功能，原运动控制电路的功能保持不变，这种设计方法称为“功能添加法”。,1.1.1 功能添加法,1功能添加法定义 每增加一种功
3、能，原运动控制电路的功能保持不变，这种设计方法称为“功能添加法”。,2优缺点 优点：使用灵活方便。 缺点：对于比较复杂的生产工艺，用此方法设计运动 控制电路比较困难。,1.1.2 步进逻辑公式法,1.规定,逻辑代数等式的左端是运动控制电路的线圈符号； 逻辑代数等式的右端是能使该线圈得电的所有的触点符号.,能使物体产生位移的全部有关输出状态保持不变的一段时间区域称 为一个程序步，只要有一个输出状态发生变化就转入下一个程序步。,1.1.2 步进逻辑公式法,2程序步的定义,1.1.2 步进逻辑公式法,能使物体产生位移的全部有关输出状态保持不变的一段时间区域称 为一个程序步，只要有一个输出状态发生变化
4、就转入下一个程序步。,2.程序步定义,当用运行轨迹表示程序步时，对于运行轨迹作如下规定：有箭头表示 的(导数连续的)线段说明小车有位移或有程序步；无箭头表示的线段说明 小车无位移或无程序步。,1.1.2 步进逻辑公式法,式中，Ki表示第i(程序)步； Ki+1表示第i+1(程序)步； Ki-1表示第i-1(程序)步； ST表示转步信号，通常由位置检测器产生或人为给定产生。,3.步进逻辑公式,注意:1）位置检测器分接触式和非接触式两类；非接触式有：光、声、波和磁四类。 2）转步信号由人为给定产生方式分固定式和随机式两类；固定式一般由定时器和信号发生器产生；随机式一般由人机界面产生。,1.1.2
5、步进逻辑公式法,式中，Ki表示第i(程序)步； Ki+1表示第i+1(程序)步； Ki-1表示第i-1(程序)步； ST表示转步信号，通常由位置检测器产生或人为给定产生。,3.步进逻辑公式,注意:1）位置检测器分接触式和非接触式两类；非接触式有：光、声、波和磁四类。 2）转步信号由人为给定产生方式分固定式和随机式两类；固定式一般由定时器和信号发生器产生；随机式一般由人机界面产生。,用常规继电器表示的步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,式中，Ki表示第i(程序)步； Ki+1表示第i+1(程序)步； Ki-1表示第i-1(程序)步； ST表示转步信号，通常由位置检测器产生.,3.步进逻辑公
6、式,用三菱PLC梯形图表示的步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,式中，Ki表示第i(程序)步； Ki+1表示第i+1(程序)步； Ki-1表示第i-1(程序)步； ST表示转步信号，通常由位置检测器产生.,3.步进逻辑公式,用西门子PLC梯形图 表示的步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,上式说明： 对于比较复杂的连续化的生产工艺，每个程序步之间一般存在 如下关系： 每个程序步都是由前一步接触或感应转步信号ST产生的，每一 步的消失都因后一步的出现而消失。其推导过程如下： 假设K表示中间继电器的线圈或触点，第i程序步用逻辑代数 书写的过程为,3.步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式
7、法,上式说明： 对于比较复杂的连续化的生产工艺，每个程序步之间一般存在 如下关系： 每个程序步都是由前一步接触或感应转步信号ST产生的，每一 步的消失都因后一步的出现而消失。其推导过程如下： 假设K表示中间继电器的线圈或触点，第i程序步用逻辑代数 书写的过程为,3.步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,每一步的产生都是由前一步接触或感应ST所产生 产生后应该有一段时间区域保持不变，故应该有自保(自锁) 每一步的消失都是由后一步的出现而消失 步进逻辑公式尽管比较简单，但是许多自动化流水线、工业机 器人和机器手的控制电路的形成过程都由此公式而来。,3.步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,
8、3.步进逻辑公式,1.1.2 步进逻辑公式法,3.步进逻辑公式,1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。 2） 根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方 程组（简称输出方程）。 输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y，那么， 输出方程就是由下述方程所组成的方程组： (物体在该运动状态或该方向上的程序步) 注意： 为所有逻辑或。 3） 套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组（简称控制方程），如果有必要可绘出其运动控制电路原理图 (控制方程组是由步进公式按照某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组) 。,4.步进逻辑公式的使用方法,此公式的
9、表示方法简单，不但容易记忆而且使用也方便。其使用方法是：,1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。 2） 根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方 程组（简称输出方程）。 输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y，那么， 输出方程就是由下述方程所组成的方程组： (物体在该运动状态或该方向上的程序步) 注意： 为所有逻辑或。 3） 套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组（简称控制方程），如果有必要可绘出其运动控制电路原理图 (控制方程组是由步进公式按照某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组) 。,4.步进逻辑公式的使用方法,此公式的表示方
10、法简单，不但容易记忆而且使用也方便。其使用方法是：,1） 先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。 2） 根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方 程组（简称输出方程）。 输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y，那么， 输出方程就是由下述方程所组成的方程组： (物体在该运动状态或该方向上的程序步) 注意： 为所有逻辑或。 3） 套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组（简称控制方程），如果有必要可绘出其运动控制电路原理图 (控制方程组是由步进公式按照某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组) 。,4.步进逻辑公式的使用方法,注意：一般情况下，输
11、出方程组和控制方程组都应根据实际工程的需求，用功能添加法作一些适当的修改与完善。,例1(直线运动应用举例),已知:电动机带动某小车左右运动，生产工艺要求的运动轨迹如图所示（注意：没有箭头的运行轨迹线段表示物体没有产生位移） 。 假设： 线圈KM1得电，电动机带动小车向右运动；,线圈KM2 得电，电动机带动小车向左运动。 如果：S、S和ST分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该运动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。 Note:为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性和过热问题。,例1(直线运动应用举例),已知:电动机带动某小车左右运动，生产工艺要求
12、的运动轨迹如图所示（注意：没有箭头的运行轨迹线段表示物体没有产生位移） 。 假设： 线圈KM1得电，电动机带动小车向右运动；,线圈KM2 得电，电动机带动小车向左运动。 如果：S、S和ST分别为起动、暂停和清零停止按钮，试设计满足该运动轨迹的物体运动控制系统（不考虑电动机的惯性和过热问题）。 Note:为了突出主要问题，在没有特别声明时，我们都不考虑电动机的惯性和过热问题。,解：1）定义程序步和转步信号： 根据程序步的定义可知此运行轨迹分为K1、K2、K3、K4四步，每步的转步信号我们分别设为ST1、ST2、ST3。,2）写出输出方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统 的输出方程组（因
13、为KM1得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，所以程序步与KM1和KM2之间的函数为）。,因为这两个接触器的线圈同时控制同一台电动机的正转与反转运行，所以它们之间一定要互锁。,解：1）定义程序步和转步信号： 根据程序步的定义可知此运行轨迹分为K1、K2、K3、K4四步，每步的转步信号我们分别设为ST1、ST2、ST3。,2）写出输出方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统 的输出方程组（因为KM1得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，所以程序步与KM1和KM2之间的函数为）。,因为这两个接触器的线圈同时控制同一台电动机的正转与反转运行，所以它们之间一定要互锁。,2）写出逻辑代数方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统 的输出方程组（因为KM1得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，所以程序步与KM1和KM2之间的函数为）。,3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组,2）写出逻辑代数方程组：根据运动轨迹我们可以直接写出该控制系统 的输出方程组（因为KM1得电，小车向右运行。 KM2得电，小车向左运行，所以程序步与KM1和KM2之间的函数为）,3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组,3)套用步进公式可得该控制系统的控制方程组,如果系统原来是静止的，那么就没有前一步，如何产生第一步呢？,课间休息,请您欣赏,
