机电传动控制学术论文

机电传动控制系统是由相互制约的五大要素组成的具有一定功能的整体，下面是由小编整理的机电传动控制学术论文，谢谢你的阅读。

机电传动控制学术论文篇一

谈机电传动控制系统的设计方法

摘要：机电传动控制系统是由相互制约的五大要素组成的具有一定功能的整体，不但要求每个要素具有高性能和高功能，更强调它们之间的协调与配合，以便更好地实现预期的功能。特别是在机电一体化传动系统设计中，存在着机电有机结合如何实现，机、电、液传动如何匹配，机电一体化系统如何进行整体优化等问题，以达到系统整体最佳的目标。

关键词：机电;传动;控制系统;设计;方法

在机电传动与控制中，将与控制设备的运动、动作等参数有关的部分组成的具有控制功能的整体称为系统。用控制信号(输入量)通过系统诸环节来控制被控变量(输出量)，使其按规定的方式和要求变化，这样的系统称为控制系统。

1、控制系统的分类

控制系统的分类方式很多，但机械设备的控制系统常按系统的组成原理分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。

输出量只受输入量控制的系统称为开环控制系统。在任何开环控制系统中，系统的输出量都不与参考输人量进行比较。对应于每个参考输人量，都有一个相应的固定工作状态与之相对应，系统中没有反馈回路(反馈是把一个系统的输出量不断直接或间接变换后，全部或部分地返回到输入量，再将输入量输入到系统中去的过程)。用步进电动机作为执行元件的经济简易型数控机床，其控制系统就是一个开环系统。这种机床的控制装置和驱动装置根据机床的坐标进给控制信号推动工作台运动到指定位置，该位置的坐标信号不再反馈;当控制系统出现扰动时，输出量便会出现偏差。因此，开环控制系统缺乏精确性和适应性。但它是最简单、最经济的一类控制系统，一般使用在对精度要求不高的机械设备中。

在有些控制系统中，输出量同时受输人量和输出量的控制，即输出量通过反馈回路再对系统产生控制作用。这种存在反馈回路的系统称为闭纾控制系统。全功能型CNC机器人属闭环控制系统。在CNC机床的坐标驱动系统中，以坐标位置量为直接输出量，并在工作台上安装长光栅等位移测量元件作为反馈元件的系统才称为闭环系统。那些以交、直流伺服电动机的角位移作为输出量，用圆光栅作为反馈元件的系统则称为半闭环系统。目前的CNC机床大多为半闭环控制系统。采用半闭环控制系统的优点在于没有将伺服电动机与工作台之间的传动机构和工作台本身包括在控制系统内，系统易调整、稳定性好且整体造价低。

2、机电传动控制系统的设计方法

2.1模块化设计法

机电传动控制系统由相互制约的五大要素的功能部件组成，也可以设计成由若干功能子系统组成，而每个功能部件或功能子系统又包含若干组成要素。这些功能部件或功能子系统经过标准化、通用化和系列化，就成为功能模块。每一个功能模块可视为一个独立体， 在设计时只需了解其性能、规格，按其功能来选用，而无需了解其结构细节。

作为机电一体化产品或设备要素的电动机、传感器和微型计算机等，都是功能模块的实例。再如，交流伺服驱动模块(ANOR)就是一种以交流电动机(AM)或交流伺服电动机(ASM)为核心的执行模块。它以交流电源为其主工作电源，使交流电动机的机械输出(转矩、转速)按照控制指令的要求而变化。

在新产品设计时，可以把各种功能模块组合起来，形成所需的产品。采用这种方法可以縮短设计与研制周期，节约工装设备费用，降低生产成本，也便于生产管理、使用和维护。

2.2柔性化设计法

将机电一体化产品或系统中完成某一功能的检测传感元件、执行元件和控制器做成机电一体化的功能模块，如果控制器具有可编程的特点，则该模块就成为柔性模块。例如，采用继电器可以实现位置控制，但这种控制是刚性的，一旦运动改变时难以调节。若采用伺服电动机驱动，则可以使机械装置简化，且利用电子控制装置可以进行复杂的运动控制，以满足不同的运动和定位要求。采用计算机编程还可进一步提高该驱动模块的柔性。

2.3取代设计法

取代设计又称为机电互补设计方法。该方法的主要特点是利用通用或专用电子器件取代传统机械产品中的复杂机械部件，以便简化结构，获得更好的功能和特性。

用电力电子器件或部件与电子计算机及其软件取代机械式变速机构。如用变频调速器或直流调速装置代替减速器、变速箱。用PLC取代传统的继电器控制柜，可以大大减小控制模块的质量和体积，并具有柔性化，且可编程控制器便于嵌入机械结构内部。用电子计算机及其控制程序取代凸轮机构、插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等，以弥补机械技术的不足。用数字式、集成式或智能式传感器取代传统的传感器，以提高检测精度和可靠性。智能传感器是把敏感元件、信号处理电路与微处理器集成在一起的传感器。集成式传感器有集成式磁传感器、集成式光传感器、集成式压力传感器和集成式温度传感器等。

取代设计法既适合于旧产品的改造，也适合于新产品的开发。例如，可用单片机应用系统、可编程控制器和驱动器取代机械式变换机构、凸轮机构、离合器，代替插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等。又如采用多机驱动的传动机构代替单纯的机械传动机构，可省去许多机械传动件，如齿轮、皮带轮、轴等。其优点是可以在较远的距离实现动力传动，大幅度提高设计自由度，增加柔性，有利于提高传动精度和性能。这就需要开发相应的同步控制、定速比控制、定函数关系控制及其他协调控制软件。

2.4融合设计法

融合设计法是把机电一体化产品的某些功能部件或子系统设计成该产品所专用的。用这种方法可以使该产品各要素和参数之间的匹配问题考虑得更充分、更合理、更经济，更能体现机电一体化的优越性。融合法还可以简化接口，使彼此融为一体。例如，在激光打印机中，就把激光扫描镜的转轴与电动机轴制作成一体，使结构更加简单、紧凑;在金属切削机床中，把电动机轴与主轴部件作成一体，是驱动器与执行机构相结合的又一实例。

特别是在大规模集成电路和微型计算机不断普及的今天，完全能够设计出传感器、控制器、驱动器、执行机构与机械本体融为一体的机电一体化产品。融合法主要用于机电一体化新产品的设计与开发。

2.5系统整体设计法

系统整体设计法是以优化的工艺为主线，以控制理论为指导，以计算机应用为手段， 以系统整体最佳为目标的一种综合设计方法。

系统整体设计法涉及多种技术和理论。技术方面主要包括微电子技术、电力电子技术、计算机技术、信息处理技术、通信与网络技术、传感器与检测技术、过程控制技术、伺服传动技术及精密机械技术;理论方面包括经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论、信息论及运筹学等。

3、结语

系统整体设计法的难点在于，要求工程技术人员能够将上述各种技术和理论相互交叉、相互渗透并有机结合起来，做到融会贯通和综合运用。

机电传动控制学术论文篇二

机电传动控制----实践教学改革

【摘要】机电传动控制是机械设计制造及其自动化专业一门重要的专业课程，该课程既是对以往专业知识的应用和巩固，也是后续有关课程的基础;针对目前教学中存在的一些问题，进行实践教学改革，并在教学实践中加以应用，取得了较好的教学效果。

【关键词】机电传动控制实践教学改革

中图分类号：C93文献标识码： A

机电传动控制是是机械专业重要的专业课程，该课程是一门综合性课程，需要学生在学习之前打下良好的专业基础;对该课程的学习，既是对以往专业知识的应用和巩固，也是满足学生毕业后从事专业设计工作、新项目研究与开发和继续学习的要求。该课程知识内容比较多，也比较难，实践机会少，目前普遍的教学模式是先进行理论学习，再做一些验证性实验，这样的教学方式没有充分发挥学生的能动性和创新性，与应用型本科院校的培养方针不相符，有待改进。

一、课程现状

(1)理论教学有待改进

《机电传动控制》是一门比较难的专业课程，包含的知识点多、内容复杂难懂，很多学生在刚开始的时候就听不懂、学不会，导致后面越学越难，以至于失去了兴趣和动力。

(2)实验的手段和方法落后

《机电传动控制》这门课程目前仅有四个实验：电动机认知实验、直流并励电动机的调速特性实验、异步电动机的空载试验和负载试验、步进电动机实验，实验简单且方法落后，不能适应现在社会的需要。而对典型工业产品：伺服驱动器+伺服电动机，变频器+交流电动机，步进驱动器+步进电动机等工业应用较常见的实验涉及较少。这样的实践教学设置，不能满足实践教学的要求。而且，实验教学模式基本上采用封闭式，学生只能在教师指定的时间进实验室，完成实验指导书上明确规定的任务。这种教学模式削弱了学生对实验的兴趣，抑制了学生主动参与实验的积极性。

(3)没有发挥出学生的能动性和创新性

在教学过程中，学生是学习的主题，老师起到的是一个传授指导的作用，填鸭式教学方式肯定不会取得好的教学效果，这样的教学过程也会让老师身心俱疲，毫无乐趣。既然如此，我们就应该让学生放开了去学习，无论对错与否、无论效果怎样。

(4)校外实习基地建设及教学的有效性有待进一步探索

本专业现有校外专业实习基地20余个，但大多为松散形式，难以保证本专业学生适时的实习需求。目前学生的校外实习大多是组织一个班或几个班的学生去企业进行走访和参观，这种方法很难取得良好的教学效果，实习结果给学生心理上也带来较多负面影响。

二、课程改革

《机电传动控制》课程教学改革与实践”的实施需要将实施方案系统化，使之形成一个整体，按一定的逻辑关系运行。具体逻辑关系和实施方法如下图所示：

(1)理论教学改革

大学课堂教学，有时候存在只注重知识的传授与记忆，不重视学生对知识的理解和消化，采用这种填鸭式的授课方法，很容易是学生失去学习的热情和兴趣，磨灭他们的学习积极性。针对这种现象，可以从以下几个方面予以改进。

a.教学方法的改进。大学课堂教学经常采用的教学方法分有讲授法、课堂讨论法、问题教学法及练习法。单一教学方法难以适应教学对象的多样化，也难以适应教学过程中的丰富可变性，这就要求教师在授课过程中要学会灵活地组合及选用合适的教学方法。教学方法的选择不能随心所欲，而是要依据教学目标、教学内容及学生的特点来加以选择。

b.提高课件质量和教案质量。现在多媒体教学越来越受到教现在多媒体教学越来越受到教师的青睐，但不同教师制作的课件质量差距较大，如何做好课件、使用好课件是教学中非常重要的一环，好的课件，内容应该紧贴教材又不局限于教材，如今网络资源丰富，对于比较抽象或者难懂的知识点，可以搜集相关的视频或者实物，授课时理论结合图像实物讲解，这样不仅可以提升学生的学习兴趣，也可以帮助学生对知识点的更好理解。在讲解步进电动机驱动器和交流伺服驱动器时，把产品手册带进课堂，采用理论教学实例化的方法;在讲解电气控制系统设计时，采用电气工程图纸进课堂的方法，引入经典的电气工程图纸进课堂，增加电气系统设计能力。其次，现在的大学课堂教学，往往忽视了教案的作用，教案对课堂教学的展开、讲解的具体方式，能够帮助教师理清教学思路，明确教学目标。

c.提高教师自身科研能力。在实际教学中，教师除了按照教材内容进行详细讲解外，还要穿插与本课程相关科研知识的介绍及讲解，如目前相关学科的发展方向、研究热点及如何进行科学研究的经验等。这就要求教师做好教学工作的同时，要密切关注相关的科研动向，并及时把掌握的科研信息与学生分享，拓展学生的视野，注重提高学生的科研能力;提高自身的科研能力。

(2) 实验教学改革。

《机电传动控制》教学大纲规定的共4个实验，包括电动机认知实验、直流并励电动机的调速特性实验、异步电动机的空载试验和负载试验、步进电动机实验;。为了进一步加强学生对电动机的了解，第三章增加了实验-直流他励电动机启动和调速实验;第四章增加了实验-鼠笼式异步电动机的启动、调速和机械特性。增加的两个实验，总共六个实验，包含《机电传动控制》课程的各个方面，形成了实验教学体系，有助于学生深刻理解电动机的运行特性、电机控制的原理。在以后的实验教学中，应该紧跟工业设计发展趋势，偏重于实际应用。

在实验过程中，在保障安全的情况下，引导学生思考，鼓励学生在现有实验条件下，开发新的实验，教师应该对新实验的可行性、安全性、实验结果的预期做出判断和指导。

实验教学是促进学生消化和验证理论知识、培养学生动手能力、掌握基本实验技能和基本研究方法的实践教学环节，对于学生创新能力、实践能力和创业精神的培养有着不可替代的作用。通过构建实验教学平台，优化实验配置，实现资源共享，不断更新实验内容和方法。以综合性、研究设计性实验为主，基础性实验、综合性实验、研究设计性实验和创新训练四个层次相互衔接;以基础教学、专业发展、学科融合为主线，设置实验项目;以必修与选修实验相结合，面向本科生开放实验室，对实验进行分层次教学等措施，建立实验教学的创新体系。

(3) 新增项目开发。

根据教学进度及学生知识掌握程度，由易到难地提出研究型课题，在教学过程中，学习了四轴飞行器的飞行原理、四轴飞行器使用的无刷电机，要深刻理解无刷电机的工作方式，才能正确控制四轴飞行器的飞行状态(起飞、静止、刹车), 学生根据所学知识自己思考提出相应的解决方案。通过对四轴飞行器项目的学习，使学生了解了机电结合的知识，包括飞行器机械结构的设计、单片机对驱动电路的控制、驱动电路对无刷电机的控制等。研究性教学有助于激发学生学习兴趣和探索精神。

三、结束语

在教学改革实践中，只有通过改进理论教学方法和实践教学方法，调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣，引导学生的学习方向，才能提高教学质量。针对《机电传动控制》的教学现状和机械控制学科的发展趋势，根据应用型本科院校的培养目标，只有改进教学方法，提高教学水平，才能培养出基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神和开拓勇气的优秀学生。

参考文献

[1] 高雷雷，张彦廷，“机电传动控制”教学改革与实践，林区教学，2010 [7]: 9-11

[2] 汪烨，应用型本科《机电传动控制》课程教学改革研究，课程教育研究，2013

[22] 220-220

[3] 范勇，吴姝芹，“机电传动控制”课程教学改革实践与体会，科技信息，2013 [15] 58