Page 159 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

多回路控制系统包括反馈环路和被控对象两部分，其中被控对象可以是运动
部件（如气缸），也可以是其他功能部件（如电磁阀），而反馈环路则由传感器
和控制器组成。通常，在反馈环路上安装有电位器和模拟量调节器，它们分别对

被控量和输出信号进行测量和控制。此外，还需配置一套独立的电子仪表，将所
测得的模拟量信号转换成数字信号，再经高速 D/A 转换后送入微机进行处理，
从而实现自动检测与调节。
多自由度控制系统包括许多子系统，每个子系统都有自己的控制回路，并且

每个子系统还可包含若干个不同自由度的执行器。这种系统的主要优点是可以充
分利用已有的机械传动装置，并根据需要灵活地改变控制参数，因而具有较高的
性能。但是由于子系统的数量增加，使得整个系统变得更加复杂，调试与维护也
更困难，因此制造成本也相对提高了。

1. 结构特点
机电一体化控制系统由机械系统、控制电路和电子元件三部分组成；它采用
机电联合控制的方法，在实现工业自动化时具有以下特点：
① 对执行机构进行精确控制，提高动作速度与精度。如图 2 所示，为一台

典型的气动精密点胶设备，其主要部件有 1 个气缸、4 个活塞、2 个油缸、4 根
凸轮轴、6 个滚珠丝杠和若干电磁阀等。该系统采用 PLC 作为核心控制器，将各
执行部件按一定顺序连接起来，并通过触摸屏和图形化操作界面进行人机对话，
从而使设备具有精密定位、高速运动和高可靠性的特点。

② 实现了无级调节功能。如图 3 所示，某型飞机上的襟翼操纵系统是一种
典型的控制系统，该系统利用电机驱动舵机产生相应的角度变化，再经中间轴传
递到前梁，最终实现襟翼的偏转。传统的控制方式是以模拟量为基础，即先计算
出一个预定值，然后按照此值去控制伺服阀或比例阀来改变液压油的流量，但这

种控制方式存在以下问题：①不能实现快速响应；②无法根据实际情况随时调整
控制参数；③液压油的污染比较严重；④加工制造非常困难。为了解决这些问题，
人们研究开发了以数字信号为主的控制系统，该系统一般由伺服电机、放大器、
CPU、开关器件、编码器 / 传感器等组成，具有控制精度高、响应快、自适应能

力强等优点。
③ 实现了智能化控制。如图 4 所示，某型号机器人手臂集成了多项先进技术，
包括智能控制、人机界面、碰撞检测等。其中，智能控制可根据指令完成指定任务，

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