【正文】 磁帶 )上。將指令帶放入數(shù)控裝置對數(shù)碼進行運算并將結(jié)果輸入驅(qū)動裝置，帶動機械傳動機構(gòu)，操縱工作部件依次按需要的程序自動地工作，從而加工出圖紙所要求的零件形狀和精確的尺寸。 這種系統(tǒng)多用于在生產(chǎn)中占比重很大的單件小批量生產(chǎn)，特別是宇航、船艦、武器等軍工部門中形狀復雜、精度高、批量小的零件的加工。 數(shù)控系統(tǒng)通常按下述兩種原則進行分類： ⑴按工具相對于工件移動的軌跡分類 ①點位控制系統(tǒng)：特點是只要求獲得準確的坐標位置，至于從一點移動到另一點所經(jīng)過的軌跡則不加控制。如鉆床、坐標鏜床、沖床等用的是這類系統(tǒng)。 ②直線控制系統(tǒng)：特點是除了要控制位移的終點位置外，還要求被控制的兩個坐標點之間位移軌跡是直線。采用這類系統(tǒng)的有車床、銑床、磨床等。 ③連續(xù)控制系統(tǒng) (輪廓控制系統(tǒng) )：特點是對移動的每一個位置和路線的坐標值都要進行連續(xù)控制。如坐標銑床、非圓齒輪插齒機等各種成形表面加工機床皆是采用這類系統(tǒng)。 ⑵按被控量有無檢測和反饋可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 伺服控制系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)按傳遞或變換能量的工作介質(zhì)不同，可以分為氣動、液壓、電氣幾大類。 由于空氣的可壓縮性使穩(wěn)定性較差，定位精度較低，不能高速響應(yīng)，故氣動伺服系統(tǒng)的應(yīng)用受到一定限制。 1. 液壓伺服系統(tǒng) 液壓伺服可將很小的機械或電信號轉(zhuǎn)換成較大的液壓功率，因此可驅(qū)動各種大小不同的負載，在機械工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 例 ： 液壓舉重裝置 圖 735 圖 736圖 737 圖 735。當將 節(jié)流閥 打開時，液體便由液壓裝置流入液壓缸的下控，產(chǎn)生一使活塞向上運動的力F＝ Ap，其中 A為活塞面積， p為液體力。當 F大于物料重力 W對，物料便被舉起。這是一種力的放大器，可以舉起人力無法舉起的重物，但其舉物高度很難控制，物料下降要靠物體的重力把液體回到液壓裝置中才能實現(xiàn)。 圖 736。改進：用 四通閥 代替節(jié)流閥，用杠桿操縱四通閥的移動，則物料上升的速度可由四通閥的窗口大小來控制。而物料下降又可通過四通閥窗口使油直接回到液壓裝置中的油箱，因此，可以控制自如、上下方便。由于漏油，很難使物料持久保持在某一高度。 圖 737是一種 機液位置伺服系統(tǒng) 。克服了上述缺點。當將杠桿到某個位置時， 四通閥 的進油窗口被打開，物料開始上升，同時帶動杠桿的另一端上升，使四通閥漸漸關(guān)小進油窗口。一旦進油窗口完全關(guān)閉，物料就停在相應(yīng)的位置上 (此時進、回油窗口完全被堵死 )。如果由于漏油等原因使物料有些下降，則杠桿又將進油窗口打開，使物料又開始上升，直到恢復原位?？梢娺@種裝置能夠自動地完成舉升物料的工作。 2. 電氣伺服系統(tǒng) 電氣伺服具有傳輸信號快，易于實現(xiàn)自動化及遠距離控制，能方便地進行各種反饋來改善系統(tǒng)工作品質(zhì)等優(yōu)點，故廣泛地用于精密儀器、電子控制機械等工業(yè)部門。隨著電子技術(shù)、控制電機和電氣傳動技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣伺服系統(tǒng)已逐步取代液壓系統(tǒng)而成為機電一體化的機械系統(tǒng)的核心組成部分。 電氣伺服系統(tǒng)也可分為開環(huán)和閉環(huán)控制兩類，后者還可細分為全閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。 ⑴ 全閉環(huán)控制系統(tǒng) ： 圖 738。 安裝在工作臺上的位置檢測器可將直線位移量轉(zhuǎn)換成反饋信號，并與位置控制器中的參考值相比較，所得偏差經(jīng)過放大，由伺服電機驅(qū)動工作臺沿減小誤差的方向移動，直到偏差值等于零為止。 ⑵ 半閉環(huán)控制系統(tǒng) ： 圖 739。 半閉環(huán)系統(tǒng)是從傳動鏈中間部位取出反饋訊號(角位移 )。只能補償回路內(nèi)部傳動鏈的誤差，故其定位精度較全閉環(huán)系統(tǒng)要差。但因測量角位移比測量線位移容易，并可在傳動鏈的任何轉(zhuǎn)動部位進行測量和反饋，可使結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整、維護較方便，故應(yīng)用亦廣。 常用的閉環(huán) 位置伺服系統(tǒng) ，可按控制元件不同及信號的特點分為三類： ⑴ 自整角機伺服系統(tǒng) ： 由自整角機或旋轉(zhuǎn)變壓器組成角差檢測裝置，來檢測指令軸和執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)角，利用兩軸的轉(zhuǎn)角差進行控制。該系統(tǒng)用于兩個旋轉(zhuǎn)軸的隨動。 ⑵ 數(shù)字式相位伺服系統(tǒng) ： 特點是將指令軸和執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)角 (若系直線運動，則為位移量 )分別轉(zhuǎn)換成相同頻率的方波電壓的相位移，利用其間的相位差進行跟蹤控制，其優(yōu)點是系統(tǒng)的精度和分辨率高。 ⑶ 計算機控制數(shù)字伺服系統(tǒng) ：又稱采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)工作時將位置指令轉(zhuǎn)換成計算機所能接受的數(shù)字指令 (利用模－數(shù)變換和數(shù)－模變換裝置 )作為系統(tǒng)的輸入指令，輸入計算機，轉(zhuǎn)角輸出信號可用光轉(zhuǎn)編碼直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的計算機反饋輸入。計算機完成這兩種信息的比較，以控制執(zhí)行機構(gòu)。這種系統(tǒng)精度雖高，但由于采樣頻率較低，故其動態(tài)響應(yīng)的快速性，有時不及模擬控制系統(tǒng)。 例 ： 計算機控制示教式機械手系統(tǒng) 示教式機械手＝示教再現(xiàn)式機械手。 該機械手通過教一遍動作后，就會重復所教的動作，如同一臺錄音機，示教過程＝錄音，再現(xiàn)過程＝播放。在國外稱為示教式工業(yè)機器人 (Play back industria1 Robot) 示教再現(xiàn)式機械手的控制環(huán)節(jié)是計算機，因此，使“手”具備了記憶功能。 圖 740。組成： ⑴計算機：系統(tǒng)中具有記憶、比較和控制三方面的功能 ⑵閥控油缸：是系統(tǒng)的執(zhí)行部件。 ⑶液壓動力源 ⑷計算機外圍設(shè)備： ① 保持器：將離散的數(shù)字信號變?yōu)檫B續(xù)的模擬信號，使之與連續(xù)元件電液伺服閥相連接。 ②軸角編碼器：將機械手輸出的連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字信號，使之與計算機相連接。 該機械手的工作原理： 示教過程 ：系統(tǒng)中的開關(guān) A閉合，系統(tǒng)呈開環(huán)狀態(tài)。此時人操作示教操作器，將信號送到伺服放大器，伺服放大器給電液壓伺服閥一個電信號，伺服閥輸出壓力油推動液壓缸動作，當信號消失時，液壓缸就停止運動。為了防止電液伺服閥的零飄引起機械手位置的飄移，在機械手停留時，應(yīng)使系統(tǒng)處于閉環(huán)狀態(tài)，即將開關(guān) B閉合。操作示教操作器可以使機械手 停留在任意位置上，對于需要再現(xiàn)的工作位置，通過與機械手輸出手臂相連的軸角編碼器，把機械手位置的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入計算機中儲存起來。因此，機械手的位置與計算機中的數(shù)字一一對應(yīng)。 再現(xiàn)過程 ：將開關(guān) B閉合，系統(tǒng)呈閉環(huán)狀態(tài)，此時操作示教操作器的執(zhí)行按鈕，則計算機依次從存儲器中取出原先存入的位置信號。每取出一個位置信號均與機械手當前位置比較，若存在誤差，則該誤差就控制機械手運動去消除誤差，直到誤差消除為止。當誤差為零時，機械手就復現(xiàn)了原來存入的位置。根據(jù)需要，可以規(guī)定機械手在某點停留的時間，而后就復現(xiàn)下面一個位置。 上述工作原理也可用于機械手的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)的控制。 控制系統(tǒng)的特性與要求 控制系統(tǒng)的特性 控制系統(tǒng)的特性可以分為兩類 : ⒈ 系統(tǒng)的固有特性 ：僅與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與輸入信號無關(guān)的特性 它包含有三個特性： ⑴ 穩(wěn)定性； ⑵ 可控性； ⑶ 可觀性 在經(jīng)典控制理論中只討論穩(wěn)定性，后兩個特性在現(xiàn)代控制理論中去研究 ⒉ 系統(tǒng)的響應(yīng)特性 。這種特性是系統(tǒng)對各種輸入信號加以響應(yīng)后表現(xiàn)出來的特性，因此這種特性不僅與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其輸入信號形式有關(guān)。 系統(tǒng)的 響應(yīng)特性 分為 兩種 ： ⑴ 動態(tài)特性 ⑵ 穩(wěn)態(tài)特性 在經(jīng)典控制理論中，所謂系統(tǒng)特性就是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。顯然，這三個特性之中，穩(wěn)定性是最根本的特性，只有在得知系統(tǒng)是穩(wěn)定的以后，才有必要分析系統(tǒng)的動、靜特性。 任何一個實際穩(wěn)定的控制系統(tǒng)對輸入信號的時間響應(yīng)，都是由瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程兩個階段組成 瞬態(tài)過程：系統(tǒng)從剛加入信號開始，到系統(tǒng)輸出量達到穩(wěn)態(tài)值前的過渡過程。 穩(wěn)態(tài)過程：時間 t→ ∞時的響應(yīng)過程，即過渡進程結(jié)束。 控制系統(tǒng)的要求 1. 穩(wěn)定性要求 任何一個系統(tǒng)能進行正常工作的首要條件是系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。 穩(wěn)定：在任何足夠小的初始偏差作用下，系統(tǒng)響應(yīng)過程隨著時間的推移逐漸衰減而趨于 0。 不穩(wěn)定：在初始條件影響下，系統(tǒng)的響應(yīng)過程隨時間的推移而發(fā)散，輸入無法控制輸出。 2. 響應(yīng)特性要求 系統(tǒng)的性能 ：引入物理量用以具體地描述系統(tǒng)的特性。 ⑴ 動態(tài)特性 → 動態(tài)性能 =瞬態(tài)性能 ：常用的物理量： ① 阻尼特性 ：可用單位階躍響應(yīng)曲線表征。 過阻尼 ： 阻尼比 ζ ＞ 1， 圖 741 a 欠阻尼： 0＜ ζ ＜ 1， 圖 741 b 欠阻尼狀態(tài)時的阻尼特性可用超調(diào)量 σ p衡量 ? ?? ? %10 0m a x ?????yyyp?σ p越小，說明系統(tǒng)的阻尼越強，響應(yīng)過程進行得越慢 σ p過大，可使系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)出現(xiàn)嚴重超調(diào)，而且響應(yīng)過程在長時間內(nèi)不能結(jié)束。 系統(tǒng)的阻尼特性還可以通過被控量 y(t)在過渡過程中穿越 y(∞) 的次數(shù)之半 N來描述。 N越小，說明系統(tǒng)的阻尼性能越強。 閉環(huán)控制系統(tǒng)必須具備合乎要求的阻尼特性。一般控制系統(tǒng)，兼顧快速性和穩(wěn)定性，取ζ=~。 在機器人控制系統(tǒng)中，一般不允許超調(diào)。假如機器人末端執(zhí)行器的運動目標是某個物體的表面，系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)，則機器人末端執(zhí)行器將會運動到物體內(nèi)部而造成破壞。因此，在機器人控制系統(tǒng)中，應(yīng)該選擇 過阻尼 ，理想情況下取 ζ＝ 1(臨界阻尼 )。 ② 響應(yīng)速度 ：通過單位階躍響應(yīng)曲線上的一些時間特征值來表征，圖 741(b)。 tr－上升時間， tp－峰值時間， ts－調(diào)整時間，或過渡過程時間。 這些時間越短，說明系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的快速性能越好。 其中， ts定義為： 當 t≥ts時， │y(t) y(∞)│≤δ 一般取允許誤差 δ＝ ~。 閉環(huán)控制系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)速度必須滿足設(shè)計指標的要求。 ⑵ 穩(wěn)態(tài)特性 → 穩(wěn)態(tài)性能 ：閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能用穩(wěn)態(tài)誤差 es度量， ? ? ? ? ? ?? ?tytytee rtts???????l i ml i m y(∞) －系統(tǒng)的實際輸出。 yr(∞) －參考輸入所整定的期望值。 es包含任何擾動所引起的誤差。 穩(wěn)態(tài)精度 ：最終顯示系統(tǒng)輸出量復現(xiàn)輸入量的程度。 衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標是穩(wěn)態(tài)誤差。 除上述基本要求外，還要求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、體積小、重量輕、投資少等。 放映結(jié)束 謝謝觀賞