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机电一体化系统的建模 　　研究与分析一个系统，首先要定性地了解系统的工作原理及其特性。但是，如果想对系统进行控制，或系统在运行过程中出现故障，或者要进一步改善系统的性能，那么，仅仅了解工作原理和特性是完全不够的。我们还要定量地描述系统的动态性能，揭示系统的结构、参数与动态性能之间的关系。这就需要建立系统的数学模型。 系统的数学模型是系统动态特性的数学描述。描述系统输入、输出量以及内部各变量之间关系的数学表达式，它揭示了系统结构及其参数与其性能之间的内在的关系。对于同一系统，可以建立多种形式的数学模型： 微分方程 传递函数 时间响应函数 频率特性 状态空间模型 ……。 机电一体化系统的建模 1.选择数学模型 动态模型 静态模型 适用于控制 的模型 适用于系统 优化和性能分析 的模型 机电一体化系统的建模 计算分析法：根据系统和元件所遵循的定律推导数学表达式。 实验法：人为地对系统施加某种测试信号，记录其输出响应，通过数据整理拟合出比较接近实际系统的数学表达式。适用于解决辅助的控制系统。 实验法模型建立起来的数学模型又称辨识模型。建立辨识模型的关键是测试方法及试验信号的选择。常用的方法有时域法、频率法和统计法三种。 分析法建立起来的数学模型又被称为机理模型。机理模型可反映被控对象的本质，有较大范围的适应性，所以在建立数学模型时，只要能借助于分析法得到机理模型即使是部分环节也要尽量考虑。分析法的不足之处是有时得到的模型过于复杂，难于解算，对于机理尚不清楚的对象无法使用。 2.确立建模方法 例如：牛顿运动定律、欧姆定律、克希霍夫定律；流体力学。 机电一体化系统的建模 3.确定模型的结构和参数 （1）机理模型 已知结构、 参数的 物理系统 运用相应物 理定律或 定理 机电一体化系统的建模 合理分析 简化 推理演绎 描述系统物理量 动、静态变化 性能的数学模型 3.确定模型的结构和参数 （2）辨识模型—采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法，其主要依据来自系统的大量实测数据 实测、观察的 物理数据 统计规律、 系统辨识等 理论 机电一体化系统的建模 估计 运用 系统各物理量 相互制约、依 次关系的数学 模型 机电一体化系统抗干扰技术 在机电一体化系统的工作环境中，存在大量的电磁信号，如电网的波动、强电设备的启停、高压设备和开关的电磁辐射等，若系统抵御不住干扰的冲击，各电气功能模块将不能进行正常的工作，微机系统往往会因干扰产生程序“跑飞”，传感器模块将会输出伪信号，功率驱动模块将会输出畸变的驱动信号，使执行机构动作失常，最终导致系统产生故障，甚至瘫痪。机电一体化系统设计中，既要避免被外界干扰，也要考虑系统自身的内部相互干扰，同时还要防止对环境的干扰污染。 机电一体化系统抗干扰技术 1.干扰的定义 干扰是指对系统的正常工作产生不良影响的内部或外部因素。从广义上讲，机电一体化系统的干扰因素包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等。 电磁干扰的两种传输途径： 辐射耦合途径，传导耦合途径。 电磁干扰的存在必须具备三个条件： (1)电磁干扰源；(2)电磁干扰传播途径； (3)电磁干扰敏感体。 电磁干扰是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关的，并且对系统性能或信号传输有害的电气变化现象。 机电一体化系统抗干扰技术 2.形成干扰的三个要素 干扰源 接收载体 传播途径 机电一体化系统抗干扰技术 产生干扰性好的设备，如变压器、继电器、微波设备、电机等 辐射式传播 传导方式式传播 指受影响设备的某个环节吸收了干扰信号，并转化为对系统造成影响的电器参数。 3. 干扰源 为了提高机电一体此系统抗干扰性能，首先须弄清干扰源。从干扰窜入系统的渠道来看，系统所受到的干扰源分为供电干扰、过程通道干扰、场干扰等。 图 机电一体化系统的干扰源 机电一体化系统抗干扰技术 （1）供电干扰 大功率设备(特别是大感性负载的启停)会造成电网的严重污染，使得电网电压大幅度地涨落、浪涌，电网电压的欠压或过压常常超过额定电压的±15%以上，这种状况有时长达几分钟、几小时、甚至几天。由于大功率开关的通断，电动机的启停等原因，电网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。由于我国采用高压(220V)高内阻电网，电网污染严重，尽管系统采用了稳压措施。但电网噪声仍会通过整流电路串入微机系统。据统计，电源的投入、瞬时短路、久压、过压、电网窜入的噪声引起CPU误动作及数据丢失占各种干扰的90%以上。 3. 干扰源 机电一体化系统抗干扰技术 （2）过程通道干扰 通道