機電傳動控制學術論文
機電傳動控制系統是由相互制約的五大要素組成的具有一定功能的整體，下面是由小編整理的，謝謝你的閱讀。
篇一
談機電傳動控制系統的設計方法
摘要：機電傳動控制系統是由相互制約的五大要素組成的具有一定功能的整體，不但要求每個要素具有高效能和高功能，更強調它們之間的協調與配合，以便更好地實現預期的功能。特別是在機電一體化傳動系統設計中，存在著機電有機結合如何實現，機、電、液傳動如何匹配，機電一體化系統如何進行整體優化等問題，以達到系統整體最佳的目標。
關鍵詞：機電;傳動;控制系統;設計;方法
在機電傳動與控制中，將與控制裝置的運動、動作等引數有關的部分組成的具有控制功能的整體稱為系統。用控制訊號***輸入量***通過系統諸環節來控制被控變數***輸出量***，使其按規定的方式和要求變化，這樣的系統稱為控制系統。
1、控制系統的分類
控制系統的分類方式很多，但機械裝置的控制系統常按系統的組成原理分為開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統。
輸出量只受輸入量控制的系統稱為開環控制系統。在任何開環控制系統中，系統的輸出量都不與參考輸人量進行比較。對應於每個參考輸人量，都有一個相應的固定工作狀態與之相對應，系統中沒有反饋迴路***反饋是把一個系統的輸出量不斷直接或間接變換後，全部或部分地返回到輸入量，再將輸入量輸入到系統中去的過程***。用步進電動機作為執行元件的經濟簡易型數控機床，其控制系統就是一個開環系統。這種機床的控制裝置和驅動裝置根據機床的座標進給控制訊號推動工作臺運動到指定位置，該位置的座標訊號不再反饋;當控制系統出現擾動時，輸出量便會出現偏差。因此，開環控制系統缺乏精確性和適應性。但它是最簡單、最經濟的一類控制系統，一般使用在對精度要求不高的機械裝置中。
在有些控制系統中，輸出量同時受輸人量和輸出量的控制，即輸出量通過反饋迴路再對系統產生控制作用。這種存在反饋迴路的系統稱為閉紓控制系統。全功能型CNC機器人屬閉環控制系統。在CNC機床的座標驅動系統中，以座標位置量為直接輸出量，並在工作臺上安裝長光柵等位移測量元件作為反饋元件的系統才稱為閉環系統。那些以交、直流伺服電動機的角位移作為輸出量，用圓光柵作為反饋元件的系統則稱為半閉環系統。目前的CNC機床大多為半閉環控制系統。採用半閉環控制系統的優點在於沒有將伺服電動機與工作臺之間的傳動機構和工作臺本身包括在控制系統內，系統易調整、穩定性好且整體造價低。
2、機電傳動控制系統的設計方法
2.1模組化設計法
機電傳動控制系統由相互制約的五大要素的功能部件組成，也可以設計成由若干功能子系統組成，而每個功能部件或功能子系統又包含若干組成要素。這些功能部件或功能子系統經過標準化、通用化和系列化，就成為功能模組。每一個功能模組可視為一個獨立體， 在設計時只需瞭解其效能、規格，按其功能來選用，而無需瞭解其結構細節。
作為機電一體化產品或裝置要素的電動機、感測器和微型計算機等，都是功能模組的例項。再如，交流伺服驅動模組***ANOR***就是一種以交流電動機***AM***或交流伺服電動機***ASM***為核心的執行模組。它以交流電源為其主工作電源，使交流電動機的機械輸出***轉矩、轉速***按照控制指令的要求而變化。
在新產品設計時，可以把各種功能模組組合起來，形成所需的產品。採用這種方法可以縮短設計與研製週期，節約工裝裝置費用，降低生產成本，也便於生產管理、使用和維護。
2.2柔性化設計法
將機電一體化產品或系統中完成某一功能的檢測感測元件、執行元件和控制器做成機電一體化的功能模組，如果控制器具有可程式設計的特點，則該模組就成為柔性模組。例如，採用繼電器可以實現位置控制，但這種控制是剛性的，一旦運動改變時難以調節。若採用伺服電動機驅動，則可以使機械裝置簡化，且利用電子控制裝置可以進行復雜的運動控制，以滿足不同的運動和定位要求。採用計算機程式設計還可進一步提高該驅動模組的柔性。
2.3取代設計法
取代設計又稱為機電互補設計方法。該方法的主要特點是利用通用或專用電子器件取代傳統機械產品中的複雜機械部件，以便簡化結構，獲得更好的功能和特性。
用電力電子器件或部件與電子計算機及其軟體取代機械式變速機構。如用變頻調速器或直流調速裝置代替減速器、變速箱。用PLC取代傳統的繼電器控制櫃，可以大大減小控制模組的質量和體積，並具有柔性化，且可程式設計控制器便於嵌入機械結構內部。用電子計算機及其控制程式取代凸輪機構、插銷板、撥碼盤、步進開關、時間繼電器等，以彌補機械技術的不足。用數字式、整合式或智慧式感測器取代傳統的感測器，以提高檢測精度和可靠性。智慧感測器是把敏感元件、訊號處理電路與微處理器整合在一起的感測器。整合式感測器有整合式磁感測器、整合式光感測器、整合式壓力感測器和整合式溫度感測器等。
取代設計法既適合於舊產品的改造，也適合於新產品的開發。例如，可用微控制器應用系統、可程式設計控制器和驅動器取代機械式變換機構、凸輪機構、離合器，代替插銷板、撥碼盤、步進開關、時間繼電器等。又如採用多機驅動的傳動機構代替單純的機械傳動機構，可省去許多機械傳動件，如齒輪、皮帶輪、軸等。其優點是可以在較遠的距離實現動力傳動，大幅度提高設計自由度，增加柔性，有利於提高傳動精度和效能。這就需要開發相應的同步控制、定速比控制、定函式關係控制及其他協調控制軟體。
2.4融合設計法
融合設計法是把機電一體化產品的某些功能部件或子系統設計成該產品所專用的。用這種方法可以使該產品各要素和引數之間的匹配問題考慮得更充分、更合理、更經濟，更能體現機電一體化的優越性。融合法還可以簡化介面，使彼此融為一體。例如，在鐳射印表機中，就把鐳射掃描鏡的轉軸與電動機軸製作成一體，使結構更加簡單、緊湊;在金屬切削機床中，把電動機軸與主軸部件作成一體，是驅動器與執行機構相結合的又一例項。
特別是在大規模積體電路和微型計算機不斷普及的今天，完全能夠設計出感測器、控制器、驅動器、執行機構與機械本體融為一體的機電一體化產品。融合法主要用於機電一體化新產品的設計與開發。
2.5系統整體設計法
系統整體設計法是以優化的工藝為主線，以控制理論為指導，以計算機應用為手段， 以系統整體最佳為目標的一種綜合設計方法。
系統整體設計法涉及多種技術和理論。技術方面主要包括微電子技術、電力電子技術、計算機技術、資訊處理技術、通訊與網路技術、感測器與檢測技術、過程控制技術、伺服傳動技術及精密機械技術;理論方面包括經典控制理論、現代控制理論、智慧控制理論、資訊理論及運籌學等。
3、結語
系統整體設計法的難點在於，要求工程技術人員能夠將上述各種技術和理論相互交叉、相互滲透並有機結合起來，做到融會貫通和綜合運用。
篇二
機電傳動控制----實踐教學改革
【摘要】機電傳動控制是機械設計製造及其自動化專業一門重要的專業課程，該課程既是對以往專業知識的應用和鞏固，也是後續有關課程的基礎;針對目前教學中存在的一些問題，進行實踐教學改革，並在教學實踐中加以應用，取得了較好的教學效果。
【關鍵詞】機電傳動控制實踐教學改革
中圖分類號：C93文獻標識碼： A
機電傳動控制是是機械專業重要的專業課程，該課程是一門綜合性課程，需要學生在學習之前打下良好的專業基礎;對該課程的學習，既是對以往專業知識的應用和鞏固，也是滿足學生畢業後從事專業設計工作、新專案研究與開發和繼續學習的要求。該課程知識內容比較多，也比較難，實踐機會少，目前普遍的教學模式是先進行理論學習，再做一些驗證性實驗，這樣的教學方式沒有充分發揮學生的能動性和創新性，與應用型本科院校的培養方針不相符，有待改進。
一、課程現狀
***1***理論教學有待改進
《機電傳動控制》是一門比較難的專業課程，包含的知識點多、內容複雜難懂，很多學生在剛開始的時候就聽不懂、學不會，導致後面越學越難，以至於失去了興趣和動力。
***2***實驗的手段和方法落後
《機電傳動控制》這門課程目前僅有四個實驗：電動機認知實驗、直流並勵電動機的調速特性實驗、非同步電動機的空載試驗和負載試驗、步進電動機實驗，實驗簡單且方法落後，不能適應現在社會的需要。而對典型工業產品：伺服驅動器+伺服電動機，變頻器+交流電動機，步進驅動器+步進電動機等工業應用較常見的實驗涉及較少。這樣的實踐教學設定，不能滿足實踐教學的要求。而且，實驗教學模式基本上採用封閉式，學生只能在教師指定的時間進實驗室，完成實驗指導書上明確規定的任務。這種教學模式削弱了學生對實驗的興趣，抑制了學生主動參與實驗的積極性。
***3***沒有發揮出學生的能動性和創新性
在教學過程中，學生是學習的主題，老師起到的是一個傳授指導的作用，填鴨式教學方式肯定不會取得好的教學效果，這樣的教學過程也會讓老師身心俱疲，毫無樂趣。既然如此，我們就應該讓學生放開了去學習，無論對錯與否、無論效果怎樣。
***4***校外實習基地建設及教學的有效性有待進一步探索
本專業現有校外專業實習基地20餘個，但大多為鬆散形式，難以保證本專業學生適時的實習需求。目前學生的校外實習大多是組織一個班或幾個班的學生去企業進行走訪和參觀，這種方法很難取得良好的教學效果，實習結果給學生心理上也帶來較多負面影響。
二、課程改革
《機電傳動控制》課程教學改革與實踐”的實施需要將實施方案系統化，使之形成一個整體，按一定的邏輯關係執行。具體邏輯關係和實施方法如下圖所示：
***1***理論教學改革
大學課堂教學，有時候存在只注重知識的傳授與記憶，不重視學生對知識的理解和消化，採用這種填鴨式的授課方法，很容易是學生失去學習的熱情和興趣，磨滅他們的學習積極性。針對這種現象，可以從以下幾個方面予以改進。
a.教學方法的改進。大學課堂教學經常採用的教學方法分有講授法、課堂討論法、問題教學法及練習法。單一教學方法難以適應教學物件的多樣化，也難以適應教學過程中的豐富可變性，這就要求教師在授課過程中要學會靈活地組合及選用合適的教學方法。教學方法的選擇不能隨心所欲，而是要依據教學目標、教學內容及學生的特點來加以選擇。
b.提高課件質量和教案質量。現在多媒體教學越來越受到教現在多媒體教學越來越受到教師的青睞，但不同教師製作的課件質量差距較大，如何做好課件、使用好課件是教學中非常重要的一環，好的課件，內容應該緊貼教材又不侷限於教材，如今網路資源豐富，對於比較抽象或者難懂的知識點，可以蒐集相關的視訊或者實物，授課時理論結合影象實物講解，這樣不僅可以提升學生的學習興趣，也可以幫助學生對知識點的更好理解。在講解步進電動機驅動器和交流伺服驅動器時，把產品手冊帶進課堂，採用理論教學例項化的方法;在講解電氣控制系統設計時，採用電氣工程圖紙進課堂的方法，引入經典的電氣工程圖紙進課堂，增加電氣系統設計能力。其次，現在的大學課堂教學，往往忽視了教案的作用，教案對課堂教學的展開、講解的具體方式，能夠幫助教師理清教學思路，明確教學目標。
c.提高教師自身科研能力。在實際教學中，教師除了按照教材內容進行詳細講解外，還要穿插與本課程相關科研知識的介紹及講解，如目前相關學科的發展方向、研究熱點及如何進行科學研究的經驗等。這就要求教師做好教學工作的同時，要密切關注相關的科研動向，並及時把掌握的科研資訊與學生分享，拓展學生的視野，注重提高學生的科研能力;提高自身的科研能力。
***2*** 實驗教學改革。
《機電傳動控制》教學大綱規定的共4個實驗，包括電動機認知實驗、直流並勵電動機的調速特性實驗、非同步電動機的空載試驗和負載試驗、步進電動機實驗;。為了進一步加強學生對電動機的瞭解，第三章增加了實驗-直流他勵電動機啟動和調速實驗;第四章增加了實驗-鼠籠式非同步電動機的啟動、調速和機械特性。增加的兩個實驗，總共六個實驗，包含《機電傳動控制》課程的各個方面，形成了實驗教學體系，有助於學生深刻理解電動機的執行特性、電機控制的原理。在以後的實驗教學中，應該緊跟工業設計發展趨勢，偏重於實際應用。
在實驗過程中，在保障安全的情況下，引導學生思考，鼓勵學生在現有實驗條件下，開發新的實驗，教師應該對新實驗的可行性、安全性、實驗結果的預期做出判斷和指導。
實驗教學是促進學生消化和驗證理論知識、培養學生動手能力、掌握基本實驗技能和基本研究方法的實踐教學環節，對於學生創新能力、實踐能力和創業精神的培養有著不可替代的作用。通過構建實驗教學平臺，優化實驗配置，實現資源共享，不斷更新實驗內容和方法。以綜合性、研究設計性實驗為主，基礎性實驗、綜合性實驗、研究設計性實驗和創新訓練四個層次相互銜接;以基礎教學、專業發展、學科融合為主線，設定實驗專案;以必修與選修實驗相結合，面向本科生開放實驗室，對實驗進行分層次教學等措施，建立實驗教學的創新體系。
***3*** 新增專案開發。
根據教學進度及學生知識掌握程度，由易到難地提出研究型課題，在教學過程中，學習了四軸飛行器的飛行原理、四軸飛行器使用的無刷電機，要深刻理解無刷電機的工作方式，才能正確控制四軸飛行器的飛行狀態***起飛、靜止、剎車***, 學生根據所學知識自己思考提出相應的解決方案。通過對四軸飛行器專案的學習，使學生了解了機電結合的知識，包括飛行器機械結構的設計、微控制器對驅動電路的控制、驅動電路對無刷電機的控制等。研究性教學有助於激發學生學習興趣和探索精神。
三、結束語
在教學改革實踐中，只有通過改進理論教學方法和實踐教學方法，調動學生的學習積極性，激發學生的學習興趣，引導學生的學習方向，才能提高教學質量。針對《機電傳動控制》的教學現狀和機械控制學科的發展趨勢，根據應用型本科院校的培養目標，只有改進教學方法，提高教學水平，才能培養出基礎紮實、實踐能力強、綜合素質高、具有創新精神和開拓勇氣的優秀學生。
參考文獻
[1] 高雷雷，張彥廷，“機電傳動控制”教學改革與實踐，林區教學，2010 [7]: 9-11
[2] 汪燁，應用型本科《機電傳動控制》課程教學改革研究，課程教育研究，2013
[22] 220-220
[3] 範勇，吳姝芹，“機電傳動控制”課程教學改革實踐與體會，科技資訊，2013 [15] 58
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