【正文】 磁帶 )上。將指令帶放入數(shù)控裝置對(duì)數(shù)碼進(jìn)行運(yùn)算并將結(jié)果輸入驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，操縱工作部件依次按需要的程序自動(dòng)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(fù)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(jìn)行分類： ⑴按工具相對(duì)于工件移動(dòng)的軌跡分類 ①點(diǎn)位控制系統(tǒng)：特點(diǎn)是只要求獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)位置，至于從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)所經(jīng)過的軌跡則不加控制。如鉆床、坐標(biāo)鏜床、沖床等用的是這類系統(tǒng)。 ②直線控制系統(tǒng)：特點(diǎn)是除了要控制位移的終點(diǎn)位置外，還要求被控制的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)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(diǎn)是對(duì)移動(dòng)的每一個(gè)位置和路線的坐標(biāo)值都要進(jìn)行連續(xù)控制。如坐標(biāo)銑床、非圓齒輪插齒機(jī)等各種成形表面加工機(jī)床皆是采用這類系統(tǒng)。 ⑵按被控量有無檢測(cè)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(dòng)、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(dòng)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(jī)械或電信號(hào)轉(zhuǎn)換成較大的液壓功率，因此可驅(qū)動(dòng)各種大小不同的負(fù)載，在機(jī)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(dāng)將 節(jié)流閥 打開時(shí)，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(yùn)動(dòng)的力F＝ Ap，其中 A為活塞面積， p為液體力。當(dāng) F大于物料重力 W對(duì)，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(shí)現(xiàn)。 圖 736。改進(jìn)：用 四通閥 代替節(jié)流閥，用杠桿操縱四通閥的移動(dòng)，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(jī)液位置伺服系統(tǒng) ?？朔松鲜鋈秉c(diǎn)。當(dāng)將杠桿到某個(gè)位置時(shí)， 四通閥 的進(jìn)油窗口被打開，物料開始上升，同時(shí)帶動(dòng)杠桿的另一端上升，使四通閥漸漸關(guān)小進(jìn)油窗口。一旦進(jìn)油窗口完全關(guān)閉，物料就停在相應(yīng)的位置上 (此時(shí)進(jìn)、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(jìn)油窗口打開，使物料又開始上升，直到恢復(fù)原位?？梢娺@種裝置能夠自動(dòng)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(hào)快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及遠(yuǎn)距離控制，能方便地進(jìn)行各種反饋來改善系統(tǒng)工作品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛地用于精密儀器、電子控制機(jī)械等工業(yè)部門。隨著電子技術(shù)、控制電機(jī)和電氣傳動(dòng)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(jī)電一體化的機(jī)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(xì)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(tái)上的位置檢測(cè)器可將直線位移量轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，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(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)沿減小誤差的方向移動(dòng)，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(dòng)鏈中間部位取出反饋訊號(hào)(角位移 )。只能補(bǔ)償回路內(nèi)部傳動(dòng)鏈的誤差，故其定位精度較全閉環(huán)系統(tǒng)要差。但因測(cè)量角位移比測(cè)量線位移容易，并可在傳動(dòng)鏈的任何轉(zhuǎn)動(dòng)部位進(jìn)行測(cè)量和反饋，可使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整、維護(hù)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(hào)的特點(diǎn)分為三類： ⑴ 自整角機(jī)伺服系統(tǒng) ： 由自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器組成角差檢測(cè)裝置，來檢測(cè)指令軸和執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)角，利用兩軸的轉(zhuǎn)角差進(jìn)行控制。該系統(tǒng)用于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的隨動(dòng)。 ⑵ 數(shù)字式相位伺服系統(tǒng) ： 特點(diǎn)是將指令軸和執(zhí)行軸的轉(zhuǎn)角 (若系直線運(yùn)動(dòng)，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(jìn)行跟蹤控制，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的精度和分辨率高。 ⑶ 計(jì)算機(jī)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(shí)將位置指令轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，轉(zhuǎn)角輸出信號(hào)可用光轉(zhuǎn)編碼直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的計(jì)算機(jī)反饋輸入。計(jì)算機(jī)完成這兩種信息的比較，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)精度雖高，但由于采樣頻率較低，故其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，有時(shí)不及模擬控制系統(tǒng)。 例 ： 計(jì)算機(jī)控制示教式機(jī)械手系統(tǒng) 示教式機(jī)械手＝示教再現(xiàn)式機(jī)械手。 該機(jī)械手通過教一遍動(dòng)作后，就會(huì)重復(fù)所教的動(dòng)作，如同一臺(tái)錄音機(jī)，示教過程＝錄音，再現(xiàn)過程＝播放。在國(guó)外稱為示教式工業(yè)機(jī)器人 (Play back industria1 Robot) 示教再現(xiàn)式機(jī)械手的控制環(huán)節(jié)是計(jì)算機(jī)，因此，使“手”具備了記憶功能。 圖 740。組成： ⑴計(jì)算機(jī)：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(dòng)力源 ⑷計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備： ① 保持器：將離散的數(shù)字信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)的模擬信號(hào)，使之與連續(xù)元件電液伺服閥相連接。 ②軸角編碼器：將機(jī)械手輸出的連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字信號(hào)，使之與計(jì)算機(jī)相連接。 該機(jī)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(shí)人操作示教操作器，將信號(hào)送到伺服放大器，伺服放大器給電液壓伺服閥一個(gè)電信號(hào)，伺服閥輸出壓力油推動(dòng)液壓缸動(dòng)作，當(dāng)信號(hào)消失時(shí)，液壓缸就停止運(yùn)動(dòng)。為了防止電液伺服閥的零飄引起機(jī)械手位置的飄移，在機(jī)械手停留時(shí)，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(jī)械手 停留在任意位置上，對(duì)于需要再現(xiàn)的工作位置，通過與機(jī)械手輸出手臂相連的軸角編碼器，把機(jī)械手位置的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存起來。因此，機(jī)械手的位置與計(jì)算機(jī)中的數(shù)字一一對(duì)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(shí)操作示教操作器的執(zhí)行按鈕，則計(jì)算機(jī)依次從存儲(chǔ)器中取出原先存入的位置信號(hào)。每取出一個(gè)位置信號(hào)均與機(jī)械手當(dāng)前位置比較，若存在誤差，則該誤差就控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)去消除誤差，直到誤差消除為止。當(dāng)誤差為零時(shí)，機(jī)械手就復(fù)現(xiàn)了原來存入的位置。根據(jù)需要，可以規(guī)定機(jī)械手在某點(diǎn)停留的時(shí)間，而后就復(fù)現(xiàn)下面一個(gè)位置。 上述工作原理也可用于機(jī)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(hào)無關(guān)的特性 它包含有三個(gè)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(gè)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(duì)各種輸入信號(hào)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(hào)形式有關(guān)。 系統(tǒng)的 響應(yīng)特性 分為 兩種 ： ⑴ 動(dòng)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(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。顯然，這三個(gè)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(dòng)、靜特性。 任何一個(gè)實(shí)際穩(wěn)定的控制系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)，都是由瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程兩個(gè)階段組成 瞬態(tài)過程：系統(tǒng)從剛加入信號(hào)開始，到系統(tǒng)輸出量達(dá)到穩(wěn)態(tài)值前的過渡過程。 穩(wěn)態(tài)過程：時(shí)間 t→ ∞時(shí)的響應(yīng)過程，即過渡進(jìn)程結(jié)束。 控制系統(tǒng)的要求 1. 穩(wěn)定性要求 任何一個(gè)系統(tǒng)能進(jìn)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(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)特性 → 動(dòng)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(shí)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(qiáng)，響應(yīng)過程進(jìn)行得越慢 σ p過大，可使系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)，而且響應(yīng)過程在長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)。 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(jī)器人控制系統(tǒng)中，一般不允許超調(diào)。假如機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是某個(gè)物體的表面，系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)，則機(jī)器人末端執(zhí)行器將會(huì)運(yùn)動(dòng)到物體內(nèi)部而造成破壞。因此，在機(jī)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(shí)間特征值來表征，圖 741(b)。 tr－上升時(shí)間， tp－峰值時(shí)間， ts－調(diào)整時(shí)間，或過渡過程時(shí)間。 這些時(shí)間越短，說明系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)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(dāng) t≥ts時(shí)， │y(t) y(∞)│≤δ 一般取允許誤差 δ＝ ~。 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度必須滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)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(shí)際輸出。 yr(∞) －參考輸入所整定的期望值。 es包含任何擾動(dòng)所引起的誤差。 穩(wěn)態(tài)精度 ：最終顯示系統(tǒng)輸出量復(fù)現(xiàn)輸入量的程度。 衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標(biāo)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(jiǎn)單、維修方便、體積小、重量輕、投資少等。 放映結(jié)束 謝謝觀賞