数控机床中直接位置闭环控制系统的研究

数控机床控制系统

习题1-2 数控机床控制系统 一. 判断下列说法的对错，并将错的地方改正。 1. （ ）主轴（spindle ）转速控制，刀具（tool ）自动交换控制属于数控系统的辅助功能。 2. （ ）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。 3. （ ）轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴(axis)相平行的直线。 4. （ ）直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。 5. （ ）开环控制数控系统无反馈（feedback ）回路。 6. （ ）配置SINUMERIK 802S 数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。 7. （ ）闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。 8. （ ）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。 9. （ ）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 10. （ ）机床工作台（table ）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。 11. （ ）刀具（tool ）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。 12. （ ）机床主轴（spindle ）的起动与停止是根据CNC 发出的开关命令，由PLC 完成 的。 13. （ ）CNC 中位置调节器是用模拟调节器。 14. （ ）在双环进给轴控制器中，转速调节器的输入是位置调节器的输出。 15. （ ）穿孔纸带（tape ）是控制介质的一种。 16. （ ）软盘属于输出装置。 17. （ ）M 功能指令被传送至PLC-CPU ，用PLC 程序来实现M 功能。 图1-2-1 数控机床控制方式

18.（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC 控制程序来实现的，一般用C语言编写。 19. （）HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的：换刀指令经CNC-CPU译码后，由轴控制器(axis controller)控制完成。 20. （）HAAS立式加工中心(vertical machining center)共有三个坐标轴，其控制主要由PLC完成。 21. （）CNC machines generally read and execute the program directly from punched tapes. 22. （）CNC对加工程序解释时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。刀具（tool）的选择和交换即属于开关功能。 23. （）位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。 24. （）目前的闭环伺服系统都能达到0.001μm的分辨率。 25. （）经济型数控机床一般采用半闭环系统。 26. （）数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。 27. （）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。 28.（）只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿，而全闭环系统则不需要。 29.（）数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。 二. 填充，以完成下列各表述。 1.只有在位置偏差（跟随误差）为时，工作台才停止在要求的位置上。 2.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动 机构，将角度转换成工作台的直线位移。 3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。 4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的指令信号，主要控制装置是。 5.数控机床控制系统包括了、、、、、。 6. 进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 7. 闭环和半闭环控制是基于原理工作的。 8. 数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。 图1-2-2 HAAS立式加工中心

DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真课程设计报告

课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：

日期：2012 年 6 月20 日

一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);

步进电机闭环控制系统方案

几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控

《闭环控制系统》教案分析

《闭环控制系统》教案分析 一.开环和闭环控制系统的定义分析 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 三.闭环控制系统的方框结构及与实际系统的对应关系 四.闭环控制系统的各部分结构的基本概念的归纳总结 五.开闭环,自动和手动控制系统的总结 问题研讨1: .人开电灯的控制方式 问提研讨:人打开电灯开关后,不看电灯是否亮不亮,这是一种什么控制? 人打开电灯开关后,要看电灯是否亮不亮,如不亮,要多次开关电灯,甚至检修开关,直到开亮为止,这是一种什么控制? 2.人开汽车 人手握方向盘开汽车是什么控制方式? 人两手离开方向盘去发手机短信,有拐弯时,或有情况时手再扶方向盘,这种开汽车方式是什么控制方式? 问提研讨2: 自动控制系统是否一定是闭环控制? 举例说明之 按照控制的总定义,是否有人参加的控制 系统一定是闭环控制系统?

开环控制系统一定没有检测,反馈回路吗? 水箱水位自动控制系统中,被控对像是水箱吗? 现在有些教材中出现“输出量”的概念,它是什么?它等于被控量吗? 一.开环和闭环控制系统的定义分析 例1. 飞镖（图4-7）是同学们都很熟悉的运动。我们在投掷飞镖时，首先会在脑子里确定一个希望射中的目标，然后再根据场地的情况及自己的经验，控制手臂的投掷动作，将飞镖掷出。显然，在飞镖掷出后，飞镖的飞行就不可控制了，能否命中目标，取决于飞镖在投掷时的初始状态，即投掷者的投掷水平。 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 开、闭环控制的定义 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制的系统，称为闭环控制系统。而不是将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为

数控机床控制技术与系统

数控机床控制技术与系统（期末复习） 1、 名词解释 数控：即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。 数控系统：能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的一种控制系统。 2、数控加工程序按两类控制量分别输出：连续控制量（送往伺服系统）、离散的开关控制量（送往机床强电控制系统） 3、MDI 工作方式的三种功能：编程、PLC 参数修改、CNC 参数修改。 4、CNC 在机床工作时的作用：译码、插补、位置检测 PLC 的 作用：剩下的都是PLC 的，例如：工件夹紧、工作台转动等 编码器 1、 根据位置检测装置的安装形式和测量方式分为：直接测量和间接测量、 2、 按编码方式分为：绝对式测量和增量式测量，绝对式无需返参，直接测量。增量式开 机之后需要返参。 3、 位置测量装置分为：直线式、旋转式 4、 绝对式编码器按内部结构和测量方式分为接触式、光电式、电磁式 5、 码盘的分辨角：n 2 360?=α，分辨率=n 21。n —码盘的码道圈数。n 越大。分辨角越小，测量精度越高。 6、 编码器各部分的名称：P18 7、 光栅工作原理：是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当指示光栅与主光栅发生相对 位移，会形成莫尔条纹。其方向与光栅线纹方向大致垂直。两条莫尔条纹之间的距离为纹距W ， 若栅距为ω，则有θ ω=w ，当工作台移动一个栅距，莫尔条纹就向上或向下移动一个纹距，莫尔条纹由光敏元件接受，从而产生电信号电信号经读数头中的电子线路板处理后。输出脉冲信号。 8、 光栅莫尔条纹纹距θ ω=W ,ω—栅距，θ—两条线纹之间的倾斜夹角。 9、 PLC 的接线图 10、 PMC 指令（考试可能会用到）：应用数据检索功能指令（DSCH ）、符合功能检查指令 （COIN ）、后传输指令（MOVE ）、译码指令（DEC ） 11、 给出电路图，表述工作原理 12、 直流电动机 ⑴ 正反馈（自己找） ⑵ 晶闸管小结：晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，最基本的用途就是可控整流，晶闸管导通的条件：1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。 晶闸管关断的条件：1.将阳极电压（电流）减小或断开,直到正反馈效应不能维持。 2.在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。 ⑶ 感阻性（自己找） ⑷ 降压斩波电路 升压斩波电路

全闭环控制与半闭环控制数控车床的探讨

全闭环控制与半闭环控制数控车床的探讨 关键词：全闭环控制；半闭环控制；开环控制；检测 装置 1 引言用户在购买机床时，可根据加工工件的需求不同，对 机 床稳定性、精度、刚性等关注的侧重点会有所不同，对精度有特殊要求的用户经常会提到全闭环控制，但很多人对全闭环控制和半闭环控制缺乏全面的了解，盲目的认为全闭环控制机床就是比半闭环控制机床的好，这是非常片面的观点， 面就全闭环控制和半闭环控制的机床进行简单的介绍和对比。 2原理介绍数控机床运动链包括数控装置T伺服编码器T 伺服驱 动器T电机T丝杠T移动部件，根据位置检测装置安装位置的不同，分为全闭环控制、半闭环控制、开环控制。 2.1 全闭环控制进给伺服系统将位置检测装置（如光栅尺、 直线感应同步器等）安装 在机床运动部件（如工作台、拖板）上，并对移动部件位置进行实时的反馈，通过数控系统处理后将机床的位置状态告知伺服电机，伺服电机通过系统指令自动进行运动误差的补偿即位置的补偿。但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统的稳定状态调试就非常麻烦。另外像光栅尺、直线感应同步器这类高精度的测量装置其价格较高，安装复杂，很有可能引起振荡，所以 般机床不使用全闭环控制。下图为发那科全闭环控制示意图。 2.2 半闭环控制进给伺服系统将位置检测装置安装在伺服电

机的端部或是丝杆的端 部（主要是以安装在伺服电机的端部为主），用来检测丝杠的回转角，间接测出机床运动部件的实际位置，经反馈送回控制系统。由于机械制造水平的提高及速度检测元件和丝杆螺距精度的提高，半闭环数控机床已能达到相当高的进给度和定位精度。所以大多数的机床厂家广泛采用了半闭环数控系统来控制运动部件的定位。 3实际应用 3.1 全闭环控制系统位置检测装置（如光栅 尺、直线感应同步器等）有不同 精度等级(± 0.02mm、±0.01mm、±0.005mm、± 0.001mm、± 0.0005mm）,所以全闭环控制也会有误差，定位精度高低受精度等级影响，而且精度等级越高价格越贵。位置检测装置热性能（热变形），测量装置一般是非金属材料，热膨胀系数与机床各部件不一致，它是机床工作精确度的关键环节，所以必须要解决机床加工过程中的发热问题，以克服由于温度引起的热变形。高端机床会采用各种方式，如丝杠中空冷却、导轨润滑、切削液恒温冷却等方式来降低机床加工过程中的热变形。位置检测装置安装也十分重要，理论上，越靠近驱动轴线（丝杠副），测量越准确。由于受结构空间限制，光栅尺的安装方式只有两种，一种是安装在近丝杠副侧，另一种是安装在导轨外侧。推荐尽可能选取第一种安装方式，但给检修和维护带来了不方便。反之，即使选择了高精度的光栅尺，而实际并不能达到数控机床所要求的精度。 即使第一种情况，光栅尺的安装位置比较靠近驱动轴线，但是安装位置毕竟与驱动轴线有一定距离，这一点距离和驱动时物体的摆动相结合后，对光栅尺的检测控制带来了很大的麻烦。当驱动物体向光栅尺安装侧摆动时，光栅尺在检测时误认为移动速度不足，系统则给出加速信号，而驱动物体马 上向另一侧摆动，光栅尺在检测时又误认为移动速度太快，系统则给出减速信号，这样反反复复运行，这样不但没有改善数控机床各线性坐标轴的控制，反而加剧了驱动物体的振动，导致了全闭环不如半闭环的奇特现象。 生产环境影响:

双闭环控制系统设计

双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic

process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10

习题1 数控机床控制系统

习题1-2 数控机床控制系统 一. 判断下列说法的对错，并将错的地方改正。 1. （ ）主轴（spindle ）转速控制，刀具（tool ）自动交换控制属于数控系统的辅助功能。 2. （ ）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。 3. （ ）轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴(axis)相平行的直线。 4. （ ）直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。 5. （ ）开环控制数控系统无反馈（feedback ）回路。 6. （ ）配置SINUMERIK 802S 数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。 7. （ ）闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。 8. （ ）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。 9. （ ）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 10. （ ）机床工作台（table ）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。 11. （ ）刀具（tool ）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。 12. （ ）机床主轴（spindle ）的起动与停止是根据CNC 发出的开关命令，由PLC 完成 的。 13. （ ）CNC 中位置调节器是用模拟调节器。 14. （ ）在双环进给轴控制器中，转速调节器的输入是位置调节器的输出。 15. （ ）穿孔纸带（tape ）是控制介质的一种。 图1-2-1 数控机床控制方式

16.（）软盘属于输出装置。 17.（）M功能指令被传送至PLC-CPU，用PLC程序来实现M功能。 18.（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC 控制程序来实现的，一般用C语言编写。 19. （）HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的：换刀指令经CNC-CPU译码后，由轴控制器(axis controller)控制完成。 20. （）HAAS立式加工中心(vertical machining center)共有三个坐标轴，其控制主要由PLC完成。 21. （）CNC machines generally read and execute the program directly from punched tapes. 22. （）CNC对加工程序解释时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。刀具（tool）的选择和交换即属于开关功能。 23. （）位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。 24. （）目前的闭环伺服系统都能达到0.001μm的分辨率。 25. （）经济型数控机床一般采用半闭环系统。 26. （）数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。 27. （）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。 28.（）只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿，而全闭环系统则不需要。 29.（）数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。 二. 填充，以完成下列各表述。 1.只有在位置偏差（跟随误差）为时，工作台才停止在要求的位置上。 2.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动 机构，将角度转换成工作台的直线位移。 3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。 4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的指令信号，主要控制装置是。 5.数控机床控制系统包括了、、、、、。 6. 进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 7. 闭环和半闭环控制是基于原理工作的。 8. 数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到

5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)

如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V

5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k

闭环控制系统(精选.)

闭环控制系统 许多实时嵌入式系统使作出控制决策。这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。每样提供软件和附加信息基础控制决策。 闭环控制的基本知识 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。这种反馈信号发送回的地方是较理想的系统设定点控制器。该控制器发一个误差信号，即启动纠正措施和驱动器输出设备所需的值。在直流电动机驱动上很容

双闭环流量比值控制系统设计

目录 摘要 0 双闭环流量比值控制系统设计 (1) 1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (1) 2、课程设计使用的设备 (1) 3、比值系数的计算 (2) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (2) 5、总结 (6) 6、参考文献 (6)

摘要 在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。 这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。

数控机床控制系统组成doc

1．数控机床控制系统由哪几部分组成? 答：数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置。 2. 进给伺服系统的作用是什么? 答：伺服驱动装置是数控机床的执行机构，是数控系统和机床本体之间的电气联系环节。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随进给控制信息，执行机械运动，驱动工作台向指定的位置运动。 3. 数控机床按被控对象运动轨迹分为哪几类? 答：1）点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。 2）直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。 3）轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 4. 试简述数控装置的组成。 答：目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能，所以称之为计算机数控（CNC）装置。它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元，如手动数据输入（MDI）接口、PLC接口、纸带阅读机接口等。 CNC装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的 工作，两者缺一不可。CNC装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。 5. 数控装置硬件结构是如何分类的？

单闭环控制系统设计及仿真要点

单闭环控制系统设计及仿真 班级电信2014 姓名张庆迎 学号142081100079

摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。 关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统 一、单闭环直流调速系统的工作原理 1、单闭环直流调速系统的介绍 单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。 2、双闭环直流调速系统的介绍 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，如图1—1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称

(2010春)数控机床电气控制作业及答案

数控机床电气控制作业（一） 1．按钮开关和行程开关的作用分别是什么？如何确定按钮开关的选用原则？ 答：按钮开关通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关，用于控制电路中发出起动或停止等指令，通过接触器、继电器等控制电器接通或断开主电路。 行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器。动作时，由挡块与行程开关的滚轮相碰撞，使触头接通或断开用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。 按钮开关的选用原则 ①根据用途选择开关的形式，如紧急式、钥匙式、指示灯式等。 ②根据使用环境选择按钮开关的种类，如开启式、防水式、防腐式等。 ③按工作状态和工作情况的要求，选择按钮开关的颜色。 2．低压断路器在电路中的作用是什么？P12 3．接触器的用途是什么？它由哪几部分组成？P15 4．接近开关与行程开关相比有哪些优点？若接近开关为三线制输出，一般为哪三根输出线？ 答：接近开关又称无触点行程开关。与行程开关相比，接近开关具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高等优点。 接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线（通常为24V）和一根输出线，输出有常开、常闭两种状态。 5．.中间继电器的作用是什么？P21它和交流接触器有何区别？ 答接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。而继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器，中间继电器实质上是电压继电器的一种。 6．电动机起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？为什么？ 答：热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。 电动机起动电流很大，但是，当电动机起动时，热继电器不会动作。因为，热继电器由于热惯性，其双金属片在短时间内不会弯曲，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。 8 ．三相异步电动机的起动控制采用哪两种方式？

数控机床的数字化全闭环控制

收稿日期:1998203207 数控机床的数字化全闭环控制 周　凯 (清华大学精仪系) 摘要　针对发展国产高精度数控机床的需求,提出一种数字化全闭环控制方法,开发出新型数字化全闭环位置控制系统,实现了以数字驱动、数字检测和数字位控为特征的全数字化刀具轨迹控制,有效保证了数控机床的加工精度。该系统已在多种国产数控机床上进行了应用,在复杂精密零件加工方面取得良好效果。 关键词　数控机床 高精度 数字化 全闭环控制 Abstract A cco rding to the request by develop ing h igh accuracy N C m ach ine too ls,a digitized clo sed loop contro l m ethod is p resented and a new k ind of po siti on contro l system w ith fully digitized clo sed loop based on that m ethod is developed .In th is w ay ,the fully digitized contro l of cutter trajecto ry is i m p lem ented w ith the features of digitized driving ,digitized m easuring and digitized po siti on contro l ,so that the m ach ining accuracy of the N C m ach ine too ls is effectively assured .T h is system has been used on varieties of N C m ach ine too ls and very good results have been obtained in the m ach ining of comp lex p recisi on parts . Key words N C m ach ine too l H igh accuracy D igitalizati on C lo sed loop contro l 高精度位置控制是开发高精度数控机床的关键技术。近年来,我们针对发展国产高精度数控机床的需求,对数字化全闭环高精度位置控制技术进行了研究,以此为基础开发出新型数字化全闭环位置控制系统,并在多种国产数控机床上进行了应用,在复杂精密零件加工方面取得了良好效果。下面对这种新型系统的基本组成、动态结构、控制器设计、应用情况等作进一步介绍。 一、常规数字式位置控制 系统存在的问题 目前,数字式交流伺服系统在数控机床中正得到越来越广泛的应用。由其构成的位置控制系统的基本组成如图1所示。图中,数字式伺服驱动模块与伺服电机等共同组成一高精度角度闭环随动系统,其输入为数控系统给出的指令脉冲,输出为电机转角。在以光码盘等为反馈环节所实现的闭环控制下,电机轴的转角将严格跟随指令值变化。通过齿轮副和丝杠螺母副 传动,电机的角位移被转换为所需的工作台直线位移 。 图1　常规数字式位置控制系统的基本组成 由图可见,虽然以转角为输出的数字式伺服系统本身是一闭环系统,但从以机床工作台位移为最终被控量的角度看,由其构成的位置控制系统却是一开环系统(或称半闭环系统)。因此,其位置控制精度不但与控制系统的性能有关,而且还在很大程度上取决于机床的机械结构。这样,系统中信息传递环节的误差、机械传动环节的误差以及各种非线性因素的影响,都会使工作台位移偏离指令值,而开环系统又无法对其进行有效校正,因而使得常规数控机床即使使用了高性能的数字式伺服系统也难以达到高的加工精度。

(完整word版)直流电机的闭环调速系统设计

控制系统课程设计报告书 系部名称： 学生姓名： 专业名称： 班级： 时间：

直流电机的闭环调速系统设计 一、设计要求： 利用PID 控制器、光电传感器及F/V 转换器设计直流电机的闭环调速系统。 要求：给定直流小电机，设计模拟PID 控制器，利用传感器检测速度（ST15、 LM331），搭建成闭环控制电机转速系统。 （1）阶跃响应的超调量：σ%≤20%； （2）阶跃响应的调节时间：t s =1s ±0.02s 。 二、设计方案分析 1、方案设计： 器材：电路板、PID 控制器、小型直流电机、LM331、ST151各一片 电阻、电容若干、导线、LM324若干 原理框图： 输入 输出 注： 1.输入电源信号与反映电机转速变化的电压信号的反馈调节电压信号，作为共同输入，通过PID 控制器调节，驱动电机工作。 2.电动机转动叶轮，叶轮通过转动在光电传感器处产生脉冲信号并输入给F/V 转换器；F/V 转换器将频率信号转换为电压信号，将此作为反馈信号然后通过PID 控制器对输出电压进行校正。 2、背景知识介绍： 减 PID 控制器 直流电机 F/V 转换器Lm331 光电传感器ST151

（1）选题背景及意义 在电气时代的今天，电动机一直在现代化生产和生活中起着十分的重要的作用。无论是在农业生产、交通运输、国防、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常的生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种，简单控制是只对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是只对电动机的转角、转矩，电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前对直流的简单控制的应用很多，但是，随着现代步伐的迈进，人们对自动化的要求越来越高，使直流电机的PID控制控制逐渐成为主流，实现对电机转速的精确控制。 （2）系统校正 系统校正，就是在系统中加入一些参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生改变，从而满足给定的各项性能指标，在系统校正中，当系统的性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调节时间、超调量、阻尼比、稳态误差等时域特征量给出时，一般采用的是根轨迹校正法，实验所用软件为MATLAB、EWB软件，使用MATLAB软件绘制系统校正前后的根轨迹图，系统的闭环阶跃响应，观察系统校正前后的各项性能指标是否满足系统所需性能指标，在Simulink界面下或使用EWB软件对校正前后的系统进行仿真运行，观察系统输出曲线的变化。 在控制系统设计中，常用的校正方法为串联校正和反馈校正，串联校正比反馈校正设计简单，也比较容易对信号进行各种必要形式的转换，特别在直流控制系统中，由于传递直流电压信号，适合采用串联校正。在确定校正装置的具体形式时，根据校正装置所需提供的控制规律选择相应的元件，常常采用比例、微分、积分控制规律，或基本规律的组合，如比例微分、比例积分等。而本次课题选择的正是PID即比例积分微分控制器。 三、硬件设计： 总体仿真电路：