机电控制系统
机电控制系统
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数控机床
数控机床组成
组成部分功能
伺服系统：它的作用是把来自数控装置的脉冲 信号转 换成机床移动部件的运动，包括驱动放大和驱动元件。 其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。 脉冲当量δ ——相对于每个脉冲信号，机床移动部件 的位移，常见的有：0.01mm，0.005mm，0.001mm 步进电机 常用的伺服元件 直流伺服电机
飞机姿态控制系统
Байду номын сангаас
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机电控制系统
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数控机床
数控机床优点
可加工形状复杂的工件。刀具轨迹由计算机数字控制系 统确定，自动完成加工过程。
工序集中，一台机床可加工不同的工序，完成复杂工件 的全部加工过程。 数控程序可由程序员编制，或由CAD/CAM集成系统自动 生成。 操作者和机床在时间上和空间上分离，可进行多台机床 管理。 机床结构模块化，可实现刀具和工件的自动交换。
交流伺服电机
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数控机床
数控机床组成
组成部分功能
机床：早期采用通用车床，现在采用了新技术，使其 发生了很大的变化。
目前已模块化生产，分为六大块
数控系统 数控刀架和转台 刀库和机械手 主轴单元 滚动部件 高速防护罩
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数控机床
数控机床组成
数控机床本身的特点：
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数控机床
数控机床的分类（品种齐全，达400多种）
按工艺用途分类
按运动轨迹分类 按伺服系统的控制方式分类 按数控装置分类
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数控机床
数控机床的分类
按工艺用途分类
一般数控机床：车铣镗钻磨等，功能与通用机床相似； 但是可以加工复杂形状的零件。 数控加工中心：数控铣、镗、钻床的基础上增加了自 动换刀装置。带刀库，一次装夹后可完成多工序加工； 加工中心的优点p4 多坐标数控机床：坐标轴大于3，能加工复杂形状零 件。
特点（机电动力机构）
机械式：无能量转换元件，摩擦片离合器、V型带、 齿轮有级调速 电气式：线性、开关功放，变频调速 液压式：伺服阀、比例阀，变量泵、变量马达 气压式：气压泵、气压马达
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机电控制系统
典型的机电控制系统
数控机床 工业机器人 水切割机床 汽车防抱死制动系统（ABS） 飞机姿态控制系统
机电控制系统
机电控制系统概述 信号综合、转换与功率放大元件 机电控制系统的执行元件 机电控制系统的动力机构 机电系统的计算机控制 机电控制系统的研究专题
参考教材：机电控制 北航出版社 李运华主编 工业控制电子学——设备、系统与应用 清华大学05年出版 (美)Terry Bartelt 著，姜绍龙、富晓静等译
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机电控制系统概述
机电控制与机电一体化 组成和工作原理 分类及特点 典型的机电控制系统
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机电控制与机电一体化
机电一体化：机电一体化是在机械的主功能、动力功
能、信息功能和控制功能上引入微电子技术，并将机械装 置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 Mechatronics(Mechanics+Electronics) 机电一体化共性关键技术 包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得 以实现、使用和发展的技术。如机械技术、微电子技术、 计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、 电力电子技术、伺服驱动技术、系统技术等
高速直线驱动进给单元； 高速切削刀具技术； CNC控制系统； 切屑处理和冷却系统；
安全装置与实时监控系统；
换刀装置； 机床床体结构。
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高速数控机床
高速数控机床产品
米克朗（Mikron）公司生产的HSM400U5轴联动 高速加工中心。机床性能参数：工作范围 400mm×240mm×350mm，主轴转速42000 r/min，主 轴功率13kW，进给速度 X, Y, Z 方向40 m/min ， 回转速度 B、C摆 900～1500º /sec，加速度 X, Y, Z 方向 17 m/s² ，回转加速度 B、C摆 5700～ 17200º /s² ，刀柄采用HSK40，刀库为18～ 76位。
缩短制动距离
改善汽车制动时的方向操纵性能 改善汽车制动时的横向稳定性能
减小轮胎的局部磨损
减轻驾驶员的劳动强度，提高乘坐舒适性和
安全性 使用方便，工作可靠
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汽车防抱死制动系统
逻辑门限法控制过程
该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控 制参数，在ECU中预先设定好车轮加、减速度门槛 值，并以参考滑动率和参考速度为辅助控制参数， 对制动过程实施控制。
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数控机床
数控机床的分类
按伺服系统的控制方式分类
开控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 开环补偿型数控机床
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数控机床
数控机床的分类
按数控装置分类
硬件数控机床（NC） 速度快，但功能扩展性和灵活性差 软件控制数控机床（CNC） 主要功能由软件实现，软件模块化，便于扩展
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数控机床
数控机床定义
定义：是指采用了数控技术的机床或是装备了数控 系统的机床，可在零件程序的控制下自动完成程序 所规定的操作，其实质和特征是用数字技术控制机 床。
数控机床的一般形式
图纸
介质
控制计算机
伺服机构
机床
加工物
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数控机床
数控机床组成
数控机床的组成 控制介质 数控装置 伺服系统 检测装置 机床 开环
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数控机床
控制系统组成
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高速数控机床
高速切削的优点
提高了生产率；
提高了加工精度； 能获得较好的表面质量； 可加工各种难加工材料； 降低了加工成本。
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高速数控机床
高速切削机床的关键技术
高速主轴单元；
产品：指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造
出来的新一代机电产品，如数控机床、工业机器人、数 码相机、复印机、洗衣机等
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机电控制与机电一体化
机电控制（mechatronic control）定义
是指采用控制理论和电子技术解决机电系统控制 问题的一门学问。是组成和实现机电一体化的关键技 术之一。
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汽车防抱死制动系统
ABS的分类
按照ABS通道数目和传感器数目的多少来分类： 传感器数目：四传感器（ 4S ）、三传感器（ 3S ）、两 传感器（2S）和单传感器（1S）等 通道数目：四通道式、三通道式、二通道式和一通道 式等
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飞机姿态控制系统
机电控制研究内容
研究如何设计控制器并合理选择或设计放大器、 执行元件、检测与转换元件、导向与支撑元件和传动 机构等，并由此组成机电控制系统使机电装备达到所 要求的性能。
背景知识
自控、模电、数电、机械、液压（气动）、传感 器、计算机（工控机、单片机、PLC 、 DSP）等
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机电控制系统组成和工作原理
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汽车防抱死制动系统
制动力分析
Fxbmax Fz
提高制动效能的有效途径
通过提高正压力Fz来增大Fxbmax；
通过提高摩擦系数(附着系数)φ ；
考虑到汽车具体使用情况，后一种途 径更具有实际意义。
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汽车防抱死制动系统
车轮运动方式的定量描述
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数控机床
数控机床的分类
按运动轨迹分类
点位控制数控机床：点——点位置精确控制，保证的 是定位精度，加减速过程固定； 如：钻床、冲床、测量机等 点位直线控制数控机床：位置控制+速度和路线控制， 只能沿某个坐标轴方向（平行或45°）切削加工 轮廓控制数控机床：每点的位置+速度+路线控制，可 对2坐标或2坐标以上坐标轴进行控制
控制系统构成
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水切割机床
液压系统原理
压力：100-750MPa 喷口直径：0.2-0.3mm
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汽车防抱死制动系统
汽车制动时易出现的问题
当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时， 汽车会发生侧滑，严重时甚至会出现旋转调头；
当左右侧车轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时， 汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道上制动 遇到上述情况则险情会更加严重； 所有这些现象的产生，均源自于制动过程中的车轮抱 死。
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并联运动机床
并联运动机床的优点
运动精度高；
可实现高速加工； 机床刚性好；
结构简单。
并联运动机床的缺点
控制计算极其复杂； 有效加工范围小；
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并联运动机床
并联运动机构 （Stewart平台）
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工业机器人
（1）采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得 到简化，传动链较短；
（2）为了使用连续性自动化加工，机械结构具有较高的 动态刚度及耐磨性，热变形小；
