第6章 操纵系统和控制系统.ppt

第7章 操纵系统与控制系统 本章要点： 操纵系统的功能；3个参数的确定； 机构的自锁与互锁； 操纵环境安全防护的措施； 人肢体的用力范围、视力范围和视力规律；操纵件的设计与布置；显示器的布置；控制系统的3个环节； 伺服控制系统的作用与特点； 控制系统的特性与要求 7.1 操纵系统的功能、要求、组成和分类 7.1.1 操纵系统的功能 操纵系统的定义：把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的总体。 人机系统：人和他所操纵的机器的统称。 人-机-环境系统：人机系统与环境的关系。 操作系统：人与机器之间的界面，即显示器和操纵件的统称。（图7-1） 它是人和机械直接联系的系统，它具有闭环调节系统的特征。 操纵系统的影响：机械工作性能的好坏，机械功能是否充分发挥，操作者劳动强度。 操纵系统的功能：实现信号转换，即把操纵者施加于机械的信号，经过转换传递到执行系统，以实现机械的起动、停止、制动、换向、变速和变力等目的 7.2 操纵系统的设计内容 7.2.1 操纵系统主要参数的确定 操纵系统的主要参数有操纵力、操纵行程和传动比 1. 操纵力 Fc－操作者施加给机器操纵件的最大作用力。 式中 Fr—执行件的工作阻力，N； ic—操纵系统的传动比； η—操纵系统的传动效率，取决于操纵系统的传动机构，一般取η＝0.7~0.8。 7.3 操纵系统与人机工程学 合理设计操纵系统的重要前提：依据人的心理、生理特征和规律设计操纵系统。 明确：操纵系统是人机系统的子系统。人在人机系统中起主导作用。 人发出指令→操作→机械进入新的状态→机械仪表反映信息→人从环境或仪表中得到信息→大脑作出判断→新的操作。 人与机械相比，人存在着弱点：体力小、反应速度不快、准确性不高、记忆力有限和易疲劳等。 7.5 常见的自动控制系统 7.5.1 过程控制系统 1. 机械凸轮控制系统 在机械的自动控制系统中，指令的记录、讯号的发送均利用机械零件(如凸轮、档块、连杆、杠杆等，其中主要是凸轮)来实现。这类控制系统的特征是控制元件同时又是传动元件，而且一般均属开环的时间控制系统。其优点是刚性强，工作可靠，使用寿命长，易于发现问题，调整后即能正常工作；缺点是结构较复杂，凸轮制造工作量较大，设计不良或制造误差较大时会产生冲击和噪音，灵敏度及效率较低。常用于大批量生产中的自动机床上，特别适用于行程短，动作较复杂，凸轮轴转速在500 r/min以下的控制系统。 7.6 控制系统的特性与要求 7.6.1 控制系统的特性 控制系统的特性可以分为两类: ⒈ 系统的固有特性：仅与系统结构有关，而与输入信号无关的特性 它包含有三个特性：⑴稳定性；⑵可控性；⑶可观性 在经典控制理论中只讨论稳定性，后两个特性在现代控制理论中去研究 ⒉ 系统的响应特性。这种特性是系统对各种输入信号加以响应后表现出来的特性，因此这种特性不仅与系统结构有关，还与其输入信号形式有关。 放映结束谢谢观赏 图7-35。当将节流阀打开时，液体便由液压装置流入液压缸的下控，产生一使活塞向上运动的力F＝Ap，其中A为活塞面积，p为液体力。当F大于物料重力W对，物料便被举起。这是一种力的放大器，可以举起人力无法举起的重物，但其举物高度很难控制，物料下降要靠物体的重力把液体回到液压装置中才能实现。 图7-36。改进：用四通阀代替节流阀，用杠杆操纵四通阀的移动，则物料上升的速度可由四通阀的窗口大小来控制。而物料下降又可通过四通阀窗口使油直接回到液压装置中的油箱，因此，可以控制自如、上下方便。由于漏油，很难使物料持久保持在某一高度。 图7-37是一种机液位置伺服系统。克服了上述缺点。当将杠杆到某个位置时，四通阀的进油窗口被打开，物料开始上升，同时带动杠杆的另一端上升，使四通阀渐渐关小进油窗口。一旦进油窗口完全关闭，物料就停在相应的位置上(此时进、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，则杠杆又将进油窗口打开，使物料又开始上升，直到恢复原位。可见这种装置能够自动地完成举升物料的工作。 2. 电气伺服系统 电气伺服具有传输信号快，易于实现自动化及远距离控制，能方便地进行各种反馈来改善系统工作品质等优点，故广泛地用于精密仪器、电子控制机械等工业部门。随着电子技术、控制电机和电气传动技术的迅速发展，电气伺服系统已逐步取代液压系统而成为机电一体化的