19自动控制系统

自动控制系统维修电工培训自动控制基本概念•自动控制：是在人为规定的目标下，没有人的直接参与，系统能自动地完成规定的动作，而且能克服各种干扰。•系统：是由一些部件所组成的，用以完成一定的任务。•环节：是由控制系统中的一个部件或一些部件组成的系统中的某一部分。任务是完成系统工作过程中的局部过程。•反馈控制：是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统输出量与参考输入量之间的偏差。自动控制系统的分类•一、按控制系统结构特点分类•1．闭环控制系统（反馈控制系统）•2．开环控制系统•3．复合控制系统•二、按给定量的特点分类•1．定值控制系统•2．随动系统•3．程序控制系统•二、按被控制量的特点分类•1．连续控制系统（被控量连续可调）•2．顺序控制系统（控制量是开关量，按预先确定的时间顺序或逻辑关系进行控制）闭环控制系统的基本元件•1．给定元件•给出与希望的被控量相对应的系统输入量（给定量）•2．比较元件•把检测反馈元件检测的被控量实际值的反馈量与给定元件给出的给定量进行比较，求出他们之间的偏差信号。•3．放大校正元件•对偏差信号进行放大与运算，校正输出一个按一定规律变化的控制信号，以提高系统的稳态性能和动态性能。•4．执行元件•根据放大校正元件单元的输出信号产生一个具有一定功率并能够被被控对象接受的控制量，使被控量与希望趋于一致。•5．被控对象(被控设备)•自动控制系统中需要进行控制的设备或生产过程，它接受控制量，输出被控量。•6．检测反馈元件•对被控量进行检测并输出反馈量。如果这个物理量是非电量，一般再转换为电量。自动控制系统的信号•1．给定量（输入量）•给定元件的输出信号，实际输入到系统的输入量。•2．反馈量•检测反馈元件的输出信号，与被控量成某种函数关系，一般是成比例关系。•3．偏差信号•它是由给定量和反馈量进行比较，由比较元件产生。•4．控制量•执行元件输出信号，作用于被控对象的信号。通常是具有一定功率，并且能够被被控对象接受的一种物理量。•5．被控量（输出量）•它是系统要求实现自动控制的物理量，是系统的输出量。•6．扰动量•它往往是外部扰动信号，影响被控量的控制精度，使被控量偏离希望值。RP1-VCCCFU3~LIUddgnUM_+VCC-VCC触发器晶闸管整流装置机械生产晶闸管-电动机速度控制系统自动调速系统晶闸管整流装置UdgnU晶闸管-电动机速度控制系统方框图控制装置被控制对象直流电动机输入量控制量扰动量输出量TLn(被控量)(给定量)开环控制系统框图闭环控制系统R03261574A741+VCC-VCCR0RR1RP1-VCCCFRP1UUK3~TG+LIUddgnfnUUM_+VCC-VCC直流电动机闭环控制系统+VCC-VCC闭环控制系统方框图gnU直流电动机闭环控制系统方框图控制装置被控制对象直流电动机输入量扰动量输出量TLn(被控量)(给定量)测速反馈元件测速发电机反馈量gnUfnU-调节放大器CFUA闭环控制系统组成gnU闭环控制系统基本组成控制量被控制对象直流电动机输入量扰动量输出量TLn(被控量)给定量比较测速反馈元件反馈量gnUfnU-信号偏差给定元件放大校正元件执行元件１．单闭环有静差调速系统R03261574A741+VCC-VCCR0RR1RP1-VCCCFRP1UUK3~TG+LIUddgnfnUUM_+VCC-VCC直流电动机闭环控制系统+VCC-VCC（２）带电流截止负反馈调速系统R03261574ASR741+VCC-VCCR0R2R1RP1-VCCCFRP2UUC3~TG+LIUddgnfnUUM_+VCC-VCC带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统R0fiUR-VCCUbjVD+VCC-VCC（３）电压负反馈直流调速系统R03261574ASR741+VCC-VCCR2R1RP1-VCCCFUUC3~LIUddgnUUM_+VCC-VCC电压负反馈直流调速系统R0fuR6R4\R5R3２．直流电动机转速负反馈无静差调速系统R03261574ASR741+VCC-VCCR0R2R1RP1-VCCCFRP2UUC3~TG+LIUddgnfnUUM_+VCC-VCC采用比例积分调节器的单闭环转速负反馈无静差调速系统CU+VCC-VCC双闭环调速系统的起动过程d00tn，UIdd1Ud2UImaxRndUIdRngtt01ImaxId理想的起动过程双闭环直流电动机调速系统R03261574ASR741+VCC-VCCR0R2'R1RP1+VCCCFRP2UUfi3~TG+LIUddsnfnUUM_+VCC-VCC双闭环调速系统框图C1+VCC-VCCR03261574ACR741+VCC-VCCR0R2siUC2R2'cU~+-（转速检测变换器）（电流检测变换器）SBLBUUUU0tt0UUUUUsnsn1nfnfnsisisimfifiUUiUsi1+++--双闭环系统起动过程分析双闭环系统起动过程分析ttt000IdId(Te)(Te)ImI1L1Uc(Ud0)(Uc1)nn1(E)第一阶段第二阶段第三阶段转速调节器和电流调节器的作用•1.转速调节器ASR的作用•（1）使转速n跟随给定电压Ugn变化，稳态无静差。•（2）突加负载时转速调节器ASR和电流调节器ACR均参与调节作用，但转速调节器ASR处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。•（3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。•2.电流调节器ACR的作用•（1）起动过程时保证获得允许最大电流值。•（2）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压Ugi变化。•（3）电源电压波动时的及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。47μ0.1μ47μ0.1μ+∞4.7μ∞∞U010VU02U/f比例控制方式RP1+VCC-VCCut给定积分器GIUg1UgutGAR绝对值变换器电压控制环节频率控制环节CdLdURVSIUabs-UfvUfi-正、反向TA~50HZM3~转速开环的U/f比例控制异步电动机调速系统双极性三相正弦波脉宽调制波形tUabcuuuABC000ttt双极性三相正弦波脉宽调制波形-+~50V+V1V3V2V4负载RdL三角波输入正弦波输入13-12V+-∞+12V81K1K2410K71243123567131211109+12V+12VVDDC5VD2C1C2HOLOVSSSPWM+SPWM-LINHINVSSLOHOC4C3VD3C6VDD+12V+12V910111213765321HINLINN1N2调频三角波调幅调幅正弦波调频SPWM控制单相交直交变频电路FUIR2110IR2110亚龙教仪VD1100Ω100Ω100Ω100Ω①②③V1V3V2V5V6V4V7V8V9V11V10V12V13V15R10R630KR51KRP16.8KC10.47uFR310KR110KR215K0.01uFGNDGNDGNDC30.01uFGNDR45K1R830KC20.47uF1345789111213141516mnV14+15VUUUTPKP80.3V-15VKC04晶闸管移相触发器内部电路0.4~1V0.3V0.7V13、14提供脉冲列调制(5~10KHZ)和封锁脉冲输出的控制端约1.7V•数控系统知识介简答题举例：•简述数控系统中半闭环控制的概念•半闭环控制系统不但有指令控制通道，而且有检测元件给出的反馈控制通道，检测元件安装在丝杠轴或电动机轴上，检测出角位移后，根据旋转轴的实际位移，以偏差值实现位置控制。此系统由于检测元件检测的不包含从旋转轴到工作台之间传动链的误差，因此，这种控制系统称为半闭环控制系统。左图为单轴半闭环控制示意图•简述数控系统中开环控制的概念和优缺特点•开环控制只有从指令位置输入到位置输出的通道控制，而没有测量实际位置的反馈通道。由于它结构比较简单，所以控制系统的实现和调试都比较容易。但在开环系统控制中，伺服执行元件对每个指令脉冲的控制进给误差，传动机构中齿距、螺距的误差及传动链中的间隙等，都直接影响控制精度，也得不到完全的补偿，因此开环控制系统适用于精度要求不高的控制系统中。开环控制系统图半闭环控制系统组成原理图•经济型数控机床的特点•①价格便宜，其性能价格比适中。适合在生产第一线大面积推广。•②适用于多品种，中小批量产品的自动化生产。对产品的适应性强，可加工不同要求的各种零件，只要改变加工程序，便能很快达到批量生产的要求。•③提高产品质量，降低废品损失。数控装置有较高的加工精度，加工出来的产品尺寸一致性好，合格率高。•④能解决复杂零件的加工精度控制问题。•⑤节约大量工装费用，省却了大量不同类型的靠模和成型刀具，降低了生产成本。•数控系统中伺服系统的组成、作用及实例•它是数控系统的执行部分，包括伺服驱动机构与机床的运动部件。其作用就是把来自数控装置的各种指令(脉冲信号)，转换成机床移动部件的运动。整个系统的精度与快速性主要取决于伺服系统。•在数控机床的伺服驱动机构中，常用的伺服驱动元件有步进电动机、液压马达和大惯量直流电动机、交流伺服电动机等。闭环控制系统组成原理图数控系统中闭环控制系统的概念在闭环控制系统中，要求以工作台(或刀架)的最终输出作为反馈信号，所以检测元件应安装在工作台上。由于工作台实际位移的测量精度主要决定于测量元件的精度，因此需配备诸如光栅、磁栅或感应同步尺等位置检测元件，这类检测元件安装和维护要求都比较高，因而使整个系统价格提高。由于闭环控制能对整个系统进行自动补偿，因此其精度比半闭环控制要高。闭环控制方式的优点是精度高、速度快，其缺点是调试和维修比较复杂。它适用于大型和精密的数控机床。主要组成部分有：指令信号、位置偏差比较环节、伺服放大器、伺服电动机和检测元件。数控装置输出的指令信号与位置检测元件检测出的位置反馈信号，经位置偏差比较环节的比较和综合分析得出位置偏差信号，经伺服放大器对该偏差信号进行调节运算和功率放大，控制伺服电动机运转，直到偏差值消除为止。V5、V10为稳压管R5、C5、R23构成电压微分负反馈晶闸管直流调速装置电路原理图V272CW115V720KR23R182MC11000uF/25VC81000uF/25VV31V32V25V26R33C12R371K100uF/500VC16M~220VR291KR366.2KAV765476+456Ω/1WFU6RSR35C14R34C15R3250C134V21V23V22V243261574U1V11V10R21R22C72.2uF/16VRP3R171KGNDV38R165KRP25KC42.2uF/16V+V29V393DG4ER25RP110KR15100R14500V19R261KR121KR282.4KC10100uF/25V+R271KRP5C5100uF/16V+R112KV30V8C2200uF/16V+V373DG6CR101KR910KV9R20500R810KV353CG21CV363DG6CC30.2uF/16VV34R72KR6200R24200V20V33V13R330TC1V6V12R19100R5500R48.2K+V5R2100/2WR13.9KV12CZ52E4V2V3V418175FU7SA22324252627292627V15V17V14V16V18R311KV282CW112C151000uF/25V+GND2021-15V40.22uF/600VV31、V32=220A/600VV25、V26=220A/600V20215A/600V42021TA+15V+20V328①②③10KRP4TC1KCZ6集成六脉冲触发组件1616151514141313121211111010998811772266335544KC04KCO4A22Ai1-Ci2Bi3-Ai4Ci5-Bi5s7GND89-Bo10Co11-Ao12Bo13-Co14Ao1515V+16kc41KC41123456789101112131489101112131412