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1、自动化控制方法与技术自动化控制方法与技术12机械制造自动化技术的发展趋势机械制造自动化技术的发展趋势基本概念基本概念机械制造自动化的类型机械制造自动化的类型机械制造系统的概念：三个流的概念；什么是自动化；机械制造自动化涉及到的技术机械制造自动化设备的分类、特点与应用范围信息化带动机械制造自动化的发展，推动先进制造模式的出现上次课内容回顾3液压与气压传动控制液压与气压传动控制自动化控制概念自动化控制概念机械传动控制机械传动控制自动化控制系统的组成；自动化控制的基本方式本次课内容机械传动控制的特点与典型实例液压与气压传动控制的特点与应用一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组
2、成有自动控制有自动控制功能的装置功能的装置控制对象控制对象集中式分散式（1）指令存储装置用来存储预先设置动作程序的装置（2）指令控制装置 将存储在指令存储装置中的指令信息在需要时发出的装置。4一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成有自动控制有自动控制功能的装置功能的装置控制对象控制对象（3）传递及转换装置 作用：将指令控制装置所发出的指令准确而及时的传送到执行机构的装置。传送过程中发生信号量和质的变化传递介质：光电气液机械信号形式：模拟式、数字式信号量值：电压量、电流量 脉冲量等。5一、自动化控制的概念自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成有自动控制有自动控制功
3、能的装置功能的装置控制对象控制对象（4）执行机构完成最终动作的装置6自动化控制的基本要求自动化控制的基本要求自动控制系统应能保证各执行机构的使用性能、加工质量、生产效率及工作可靠性。（1）能自动进行。（2）系统模块化，便于独立调试，与系统匹配。（3）具有柔性、能适应加工对象的变化。（4）简单可靠，严格筛选元件。（5）适应环境，抗干扰。（6）及时掌握系统工作状态。（7）便于安装调试维护修理。（8）布线安全合理，整齐美观。（9）不过分追求完美，适应实际条件。必须保证实现具体情况具体对待7自动化控制的基本方式自动化控制的基本方式（1）开环控制方式 系统输出不影响系统的控制，系统控制不理会输出量的误差
4、，校准要求高。自动门控制系统框图1 1、系统的、系统的输出量输出量直接受直接受输入量输入量的控制；的控制； 2 2、信号（或信息）的传递是、信号（或信息）的传递是单向单向的，总是从输入端单的，总是从输入端单向传至输出端。向传至输出端。应精确的校准应精确的校准 8自动化控制的基本方式自动化控制的基本方式（1）开环控制方式9机械凸轮控制机械凸轮控制的自动车床，的自动车床，沿时间坐标轴沿时间坐标轴单向运行的任单向运行的任何系统何系统（2）闭环控制方式系统输出直接影响系统的控制，利用反馈来减少系统误差游泳池游泳池进水阀门进水阀门控制器控制器给定水给定水位位水流量水流量游泳池的水位游泳池的水位（输出）（
5、输出）检测装置检测装置比较器比较器+ +- -闭环控制系统框图游泳池注水控制系统框图10开环控制的特点：开环控制的特点： 1、它是单向的控制过程； 2、输入量与输出量往往是不同性质的量。闭环控制的特点：闭环控制的特点： 1、有反馈； 2、会调整； 3、“结果”会影响“结果”； 4、给定量与被控量是可比较的同一种性质的量； 5、控制精度更高，系统比较复杂。11（3）分散控制方式（行程或继动） 系统中的控制部分表现为若干个分散的，有一定相对独立性的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其责，各行其是，互不干涉，各自完成自己的目标。 指令存储和控制装置按一定程序分散布置，控制对象按一定顺序动作（互锁
6、性），直到完成预定的全部动作。 。 优点：互锁性，实现自动循环简单； 缺点：控制线路可能会变得非常复杂，尤其是某个动作结束要触发多个动作同时进行时；维修和调整也变得复杂。12（3）分散控制方式（行程或继动）优点：实现自动循环的方法简单，电气元件的通用性强，成本低，系统本身具有一定的互锁性（前一动作没完成、后一动作得不到启动信号）。缺点：顺序动作较多时，循环时间增加，对提高生产率不利；指令控制不集中，整体协调困难、电气控制线路复杂，电气元件增多，易引起故障。13（4）集中控制方式原理：具有一个中央指令存储和控制装置，按时间顺序连续或间隔地各种控制指令的控制系统。优点：控制链短且简单，控制系统比较
7、简单，调整比较方便。每个执行部件的起动指令是由集中控制装置发出的，工作精度和可靠性比较高。14图2-1 集中控制（时间控制）系统转鼓转动，凸块分别触碰15限位开关，相应的执行部件开始工作；凸块离开，执行部件停止运动。转鼓转动使执行部件完成工作循环。调整执行部件的运动时间？调整执行部件的工作循环周期？（5）程序控制方式原理：用某种程序来控制各执行机构。固定程序控制：程序固定不变、被控对象周期性重复操作。优点：组成元件少、安装、调试、维护方便。缺点：不能改变程序，否则控制系统基本不能满足新要求。适用范围：品种单一的大批量生产。可变程序控制：程序一定范围内可变，以适应加工品种的变化。缺点：组成元件多
8、、系统较复杂、投资大。适用范围：中小批量、多品种的生产。较复杂的可变程序控制装置，采用电子计算机；生产批量大，加工品种变化不大，可采用凸轮机械式控制（品种改变需更换凸轮）。15（6）数字控制方式原理：用数控装置（专用电子计算机），用代表加工顺序、加工方式和加工参数的数字码作为控制指令的控制方式。数控介质（穿孔带、穿孔卡、磁带记录数字码）数控装置伺服机构数字控制系统的组成图适用范围：加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的单件或小批量生产。16（7）计算机控制方式原理：利用计算机来控制部件的各种运动，功能更强，可以实现更大范围内的控制：能控制整个加工车间甚至整个工厂。快速运算与逻辑判断对大量数据进
9、行实时处理开环控制方式17闭环控制方式分散控制方式集中控制方式程序控制方式数字控制方式计算机控制方式主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？主要区别？控制精度？复杂程度？固定程序与可变程序，适用范围？固定程序与可变程序，适用范围？主要组成？主要组成？填空题（每空五分，共35分）1.自动控制系统包括实现自动控制功能的装置及其控制对象，通常由指令（）、指令控制装置、执行机构，传递及转换装置等部分构成。2.自动控制系统中的指令控制装置的作用是将存储在指令存储装置中的 （），在需要的时候发出。3.数字控制方式主要由控制介质，数控装置和（）组成。 4.数
10、控控制方式适用于加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的（）和小批量生产中所用的加工设备。5.开环控制方式与闭环控制方式的主要区别在于（）是否对系统的控制产生影响。6.分散控制方式与集中控制方式的主要区别在于（）与（）是按一定程序分散布置还是集成。18判断题（每题5分，共25分）1.指令控制装置能将指令存储装置中的信息变为指令信号发送出去，命令相应的执行机构完成指定动作。2.传递与转换装置在多数情况下不需要改变信号的质与量。3.开环控制方式与闭环控制方式的主要区别在于后者结构比较复杂。 4.集中控制系统也可称为时间控制系统。5.可变程序控制系统中的程序可随意改动，故可用于多品种加工的场合。19选
11、择题（每题10分，共40分）1.在自动控制系统中，传递及转换装置的作用是将指令控制装置所发出的指令信息传送到（ ）。A、指示装置 B、数控装置 C、执行机构 D、计算机2.在分散控制系统中，（ ）。A、指令存储和控制装置按一定程序分散布置B、指令传递和转换装置按一定程序分散布置C、指令存储和转换装置按一定程序分散布置 D、指令存储和执行机构按一定程序分散布置3.集中控制方式是具有一个中央指令存储和指令控制装置，并按（ ）。 A、动作顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统 B、工作顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统C、位置顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统D、时间顺序连续或间
12、隔地发出各种控制指令的控制系统4.采用程序控制方式使之自动进行工作循环的程序控制系统，是按照（ ）。 A、预定的程序来控制各执行机构 B、随机的程序来控制各执行机构 C、不变的程序来控制各执行机构 D、待定的程序来控制各执行机构20机械传动机械传动控制控制液压传动液压传动控制控制气动传动气动传动控制控制电气传动电气传动控制控制动力与信号的的传递方式二、机械传动控制机械传动控制的特点机械传动控制的特点 机械传动控制方式传递的动力和信号一般都是机械连接的。采用机械传动控制方式的自动化装备中，几乎所有运动部件及机构，通常都是由装有许多凸轮的分配轴来进行驱动和控制的。这种控制系统的另外一个特点是控制元
13、件同时又是驱动元件。21开环集中控制系统（开环时间控制系统）程序的存储和控制均由机械元件（凸轮、挡块等）来实现。这种凸轮机械传动控制系统的主要优点：节拍准确、结构紧凑、工作可靠、使用寿命长。缺点：凸轮的设计与制造工作量大、易产生冲击与噪声（凸轮曲线有偏差时）适用范围：专用性较强，适用于加工品种基本不变的大批量生产。22机械传动控制的典型事例机械传动控制的典型事例C1318C1318型单轴转塔自动车床型单轴转塔自动车床 自动车床：是通过是通过凸轮凸轮来控制加工程序的自动加工机床，经过来控制加工程序的自动加工机床，经过一定设置与调整后可以长时间自动加工同一种产品。机床具有一定设置与调整后可以长时间
14、自动加工同一种产品。机床具有自动加工，加工速度快、复杂零件一次加工成型，加工精度准自动加工，加工速度快、复杂零件一次加工成型，加工精度准确可靠，自动送料、料完自动停机、生产效率高。确可靠，自动送料、料完自动停机、生产效率高。开环集中控制系统（开环时间控制系统）单轴转塔自动车床单轴转塔自动车床具有具有转塔刀架和多个横向刀转塔刀架和多个横向刀架，可用多种刀具顺序架，可用多种刀具顺序切削，适合于加工形状切削，适合于加工形状复杂的小工件。复杂的小工件。23 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹
15、料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构24 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮
16、送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送送料机构料机构 22夹紧机构夹紧机构 23前刀架前刀架 24立刀架立刀架 25后刀架后刀架 26、27杠杆杠杆 28回转刀架回转刀架29马氏机构马氏机构25凸轮3、4、5控制实现立刀架24、后刀架25、前刀架23沿工件直径方向快进、工进、快退分配轴 C1318型单轴六角自动车床控制原理简图1分配轴分配轴 2主轴正反转定时轮主轴正反转定时轮 3、4、5径向进给凸轮径向进给凸轮 6送夹料定时轮送夹料定时轮 7换刀定时轮换刀定时轮8纵向进给凸轮纵向进给凸轮 9刀架滑板刀架滑板 10长齿轮长齿轮 11辅助轴辅助轴 12、16空套齿轮空套齿轮 13、15定转离定转离合器合器 14固定离合器固定离合器 17、30齿轮齿轮 18凸轮轴凸轮轴 19松、夹料凸轮松、夹料凸轮 20送料凸轮送料凸轮 21 送
