一、控制系统的地位和要求
控制系统是机电一体化产品最重要的组成部分，相当于人的, 大脑,,
实现 控制及信息处理 功能。
第四章 控制系统设计
§ 4.1 控制系统概述
对控制系统的基本要求：
被控制量按规定的规律变化，控制系统具备 稳定性、快速性、准确性
稳定性 是一个系统能交付使用的首要条件，包括两方面的含义，一是绝
对稳定性，就是通常所说的系统稳定；另一方面是相对稳定性，即输出量振
荡的强烈程度。 如何判别系统稳定？
快速性 是要求系统有一定的响应速度，即要求被控制量能够迅速地根据输
入信号所规定的形式变化。 用响应时间（ tr,tp,ts）表示
准确性 是表示系统控制精度的一项性能指标，要求系统在输入信号作用
下，其响应速度经过渐态过程后进入稳态，此时，系统输出值与期望值之间
的差异，即稳态误差要小。
)()(1
)(lim)(lim)(lim
00 ss
sssstee
HG
RE
sstss ???? ????
稳态误差：
二、控制系统的基本构成
控制系统是由 控制装置、执行机构、被控对象、检测装置 所构成的整体，
其基本构成如图所示：
G(s)
H(s)
R(s) C(s)
传递函数：
控制器 执行机构 被控对象
检测装置
给定值 输出值
控制装置
被控对象可以是机电设备（如机床）、一种过程（如化工生产过程）等，
它在控制装置的控制下，执行机构的驱动下，按预定的规律或目的运行。
简单的全自动洗衣机控制系统与复杂的航天飞机控制系统在原理上类似，
但在结构上是很不相同的。
机电 系统计算机控制系统构成：
三、控制系统的基本类型
根据机电一体化 系统的多样性及复杂性决定了控制器的多样性，一般有
以下四种类基本类型：
数字控制系统（ NCS）
将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编成
加工程序，由计算机生成数字形式的指令，再驱动机器运动的一种控制形
式，其实际上是轨迹控制的问题。
数控装置 伺服系统 机床
检测装置
控制介质
控制介质：传递零件的加工信息
数控装置：完成信息的输入、存储、变换、运算及各种控制功能
伺服系统：接收指令驱动机床执行机构（即电信号到机械量转换）
检测装置：检测速度和位移，并反馈信息
伺服控制系统（ SCS）
输入为模拟或数字的电信号，输出是机械的位移或速度的变化率，主要
考虑如何稳定的、快速的、准确实现指令的功能要求，即要使输出量以一
定的精度复现输入量的变化，常称为动作控制。
控制器 驱动系统 执行系统
检测装置
指令信号 输出信号
顺序控制系统
该系统采用开关控制方式，即输出量的开和关是一系列输入开关条件的
函数。控制器对操作过程的, 逻辑状态, 进行控制，实现顺序控制的方法
有机电式继电器、各种气动和液动装置、可编程控制器（ PLC）等。
过程控制系统
在冶金、化工、电力等生产过程中采用的工业控制系统，过程控制系统
的受控变量是生产过程的物理量，可以是 连续的, 离散的 。
信号不是时间的连续函数，在
相邻两个时刻间隔信号不确定
信号是时间的连续函数
四、控制系统设计的基本过程和内容
机电一体化 系统的控制子系统一般设计过程如图示：
控制子系统设计的主要内容有：
确定控制子系统的设计方案：
确定控制算法：
采用何种控制方式，开环还是闭环；
考虑驱动元件的类型和执行机构的类型；
选择观测点、被测量和传感器；
考虑微机在整个系统的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，
微机承担那些任务，应具备哪些功能，需哪些输入 /输出通道，配备
哪些外围设备或接口硬件等；
画出控制系统组成的初步框图。
根据运动规律建立 数学模型 （物理系统动特性的数学表达式），数学
模型反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系，为计算
机进行运算处理提供依据，即由数学模型推出控制算法。
应根据不同的控制对象、不同的控制指标要求选用不同的控制算法。
一般的控制采用 PID控制 ；复杂的控制系统,采用的控制方法较多,如自
适应控制、神经网络控制、模糊控制、专家系统智能控制等。
积分
比例
微分
被控对象
r(t) +
–
–+
+
+ u(t)) c(t)e(t))
PID控制器
)11()( )()( sTsTKse susG d
i
p ????
PID控制原理：
? P（ Proportional）：控制作用的强弱及响应速度
? I（ Integral）：消除稳态误差，提高控制精度
? D（ Differential）：减小超调，提高动特性及控制精度
PID控制器传递函数：
选择微型计算机：
控制系统总体设计：
存储容量、处理速度、输入输出通道；单片机、工控机、商用机。
解决微型机、被控对象和操作者三者之间信息交换的通路和分时控制的时序
安排问题，通过总体设计画出系统各部分的具体构成框图。
硬、软件设计：
硬件设计包括电气装置及元器件的选择、接口设计、操作控制面板设计等
软件设计包括系统软件和应用软件设计，系统软件包括操作系统、程序
设计开发系统等，通常不需用户设计；应用软件设计是设计者要主要考虑
的问题。
控制系统对应用软件的要求具有实时性、针对性、灵活性和通用性。
应用软件的设计采用 模块化、结构化程序设计方法,按照软件工程的方法
将整个程序分成若干模块，一个模块完成一定的功能，并且限定采用规定的
结构类型和操作顺序，便于查错、纠错。
整理、编写技术文件：
技术文件包括：控制系统原理说明及图表；设计图样、电器元件明细表；系
统操作程序及说明书等。
一、机电系统中控制的主要任务
根据 系统的要求，控制执行机构完成特定的运动规律，并满足工作要求。
具体任务包括：
§ 4.2 机电系统机械运动规律确定
使各执行机构按一定的顺序和规律运动
改变各运动构件的运动方向和速度大小
使各运动构件间有协调的动作，完成给定作业循环的要求
对工作中的不正常情况报警
根据任务要求，就需：
确定执行机构的运动规律
设计能够实现运动规律的控制系统
二、运动规律的概念
运动规律是机电一体化设备执行机构运动特点的描述，不论运动规律如
何复杂，都有共性一面，即用 矢量形式 来描述。
通常用运动曲线研究运动规律
位移随时间的变化 y=y(t)，用位移运动曲线表示。
运动曲线的性质：
? 位移是时间的单值函数；
? 位移是时间的连续函数，可以微分；
? 在时间上具有不可逆性，过去的状态影响未来，未来状态对过去没有影。
运动曲线包括
速度运动曲线
加速度运动曲线
突跳运动曲线
急跳运动曲线
位移运动曲线
? 位置矢量
?ieryixz ?????
速度矢量 ?
? ieirryixzv )( ????? ??????
加速度矢量
? 运动突跳（ jerk）
? 运动急跳 (quirk)
zvaJ ?????? ???
vaJQ ?????? ???
zva ????? ??
三、运动曲线的无因次表示和特性值
1、无因次表示
为研究方便，引入 无因次时间 和 无因次位移 （或速度等），其定义如下：
T = t / th
Y = y / h
运动曲线可分为三种类型：
双停留曲线：, 停、升、停、回, 如凸轮曲线，或, 停、升、停, 如间歇传动
单停留曲线：, 停、升、回, 如滑块运动
无停留曲线：, 升、回, 如四连杆和曲柄滑块运动
主要研究运动曲线中随时间变化的升、回段，只在动力学分析时，才考虑
停留段。
（ t=th时，位移为 h）
无因次曲线表达式可以写成以下形式：
10,10)( ????? YTTYY
无因次运动量与实际的有因次运动量的关系，由前面的公式导出：
四、判别执行机构速度类型的准则
??AthaVthvYhy
hh
?????? 2;;
无因次运动量实际上是运动量 瞬时真值与平均值之比,故有时把其称为位移
系数、速度系数、加速度系数等。
2、运动曲线的特性值
运动曲线的 v,a,j等的最大值在运动学与动力学分析中，有各自重要的含义：
最大速度 vm,由于 m与 v之积是动量，
从安全角度考虑，特别是重载或大质量系统，应当采用 vm较小的运动曲线。
tvm F ????
最大加速度 am,由于 m与 a之积是惯性力，也称之为动载荷，动载荷大使机
构受力增大，振动增加，影响机构运动精度。
最大突跳 Jm,表示了加速度曲线 a(T)的斜率，与从动件的振动关系很大，
在高速机构中，防止产生过大振动，应当采用 Jm较小的运动曲线。
这些运动曲线的特性值要按照执行机构在低速、中速、高速不同运动规律
情况下合理选择。
最简单的工程判别准则是,按运动规律在第几阶位移导数出现间断或跳跃
运动曲线在 Y(p)上出现不连续，通过 p值判定机构速度类型：
较合理的判别准则是既考虑机构的设计速度 ω d，又考虑机构的固有频率 ω n
即满足 ω d / ω n = 10-d
判定准则是：
d的大小表明了机构运动速度偏离机构固有频率的程度，偏离共振峰值越远，
动力扭曲变形越小，因此该判定准则反映了动力学响应的实际情况。
P=2 — 低速机构
P=3,— 中速机构
P=4,— 高速机构
d=3 — 低速机构
d=2,— 中速机构
d=1,— 高速机构
这一准则只考虑了运动学因素，未考虑机构质量、刚度等动力学因素作用。
五、选择机械程序控制的基本形式和原则
分配凸轮轴方式
分配轴上有多个凸轮，每个凸轮就是一个执行构件的驱动构件
曲柄轴方式
利用曲柄的错位使各执行机构按一定顺序动作
为了使机电设备的整个工作循环中各个工序按一定顺序进行，需配备专门的
程序控制系统，通常有两种类型：一是机械控制方式，二是电子控制方式，常
用的有以下几种形式：
1、机械程序控制的基本形式
机电结合的程序控制方式
利用行程开关的接通与关闭，以及电磁继电器（或电磁铁等）通停电时间
的长短，以此来控制各执行机构按一定顺序动作
电子控制方式
利用可编程控制器（ PLC），通过编制 接点梯形图 （类似继电器逻辑电路图）
在可编程存储器内部存储用户设定的指令，通过数字或模拟输入、输出来控
制各种类型的机械过程。
究竟选择何种控制型式，要综合考虑，通常的原则如下：
对所选的执行机构作 运动学分析,注意其动作型式（直线、旋转；连续、间
歇、步进等）及运动规律的特点，还要进行 动力学分析,考虑运转过程速度、
加速度变化的要求、刚度的大小、质量或转动惯量、阻尼等因素。
2、选择控制形式的基本原则
控制对象仅作简单的单一运动时，宜采用机械控制系统，主要是凸轮或
四杆机构；
当控制对象实现不同的工况（工进）要求，采用液压或气压控制系统 。
当控制对象有多个自由度，需要较高自动化程度时，宜采用微机伺服控
制系统 。
满足特殊要求及自动化程度增加要求时，采用组合机构系统（如组合机
床）
完成同样的运动要求，应采用构件数目和运动副数目较少的机构。
一、运动循环图的作用
机电一体化设备的 执行机构运动具有一定的规律性，且运动参数位移、
速度周期性重复，构成一个个运动循环，运动循环用循环图表示，其作用在
于：
§ 4.3 执行机构运动循环图设计
反映执行机构在完成总功能中的作用和次序
表明各机构间的配合协调关系
确保执行机构具有较高的动作效率，较低的能耗
二、运动循环图的表示
1
1、单个执行机构的运动循环图
直线式运动循环图
单个执行机构的运动循环图是系统运动循环图的基础，根据执行机构的
功能要求表示，表示的方式有三种：
反映运动循环的 各运动区段时间及顺序,按时间及顺序将运动循环各
圆形运动循环图
直角坐标循环图
区段绘制于直线坐标上，如图 a
tk(前进或上升）,td(后退或下降）,to(起始停留）,tp(全过程）
将运动循环的区段 按时间及顺序成比例地绘制于极坐标上,该方式特别
适合于具有多个回转运动的执行机构，如图 b
2、系统的运动循环图
用横坐标表示各区段的时间（或分配轴转角），纵坐标表示执行机构的运动
特征（如位移、角度等），此种方式 表示出各执行机构更多的运动信息,除
时间、次序外，还有运动状态等，最常用。
由个各执行机构的循环图组成系统的运动循环图，遵循原则,?
同一时间或转角；?
以某个主执行机构的运动特点为基准；?
各执行机构相对于主执行机构循环的先后次序。
例 1：自动切书机的运动循环图
3
例 2：单轴自动车床的运动循环图（教材 p40）
三、执行机构运动循环图的设计计算
1、运动循环图的设计步骤
2、设计计算
例 1：打印机构的运动循环图设计计算
知：生产率 Q=4500件 /班
（ 1）确定打印头的运动循环时间
理论生产率为
104.96084 5 0 0 ????tQ
则每件的时间为 6s,即
(件 /min）
tp=6s
（ 2）确定循环组成区段
确定执行机构的运动循环
确定运动循环的组成区段
确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角）
绘制执行机构的运动循环图
根据工艺要求，打印头循环区段由 4段组成：
? tk 打印头向下接近产品
? ts 打印头打印时停留
? td 打印头向上返回
? to 初始位置停留
总时间过程为：
odskp ttttt ????
（ 3）组成区段时间分配
根据工艺要求，打印头停留时间为 ts=2s,相应的 tk, td, to 分别为 2s、
1s,1s
（ 4）绘制打印头运动循环图 tk ts td to
tp t
s
o
例 2：自动压痕机运动循环图设计计算
四、系统循环图的设计
1、运动循环的时间同步化
2、运动循环的空间同步化
问题,各执行机构运动循环图为什么要进行同步化设计？如何进行同步化
设计？
控制系统是机电一体化产品最重要的组成部分，相当于人的, 大脑,,
实现 控制及信息处理 功能。
第四章 控制系统设计
§ 4.1 控制系统概述
对控制系统的基本要求：
被控制量按规定的规律变化，控制系统具备 稳定性、快速性、准确性
稳定性 是一个系统能交付使用的首要条件，包括两方面的含义，一是绝
对稳定性，就是通常所说的系统稳定；另一方面是相对稳定性，即输出量振
荡的强烈程度。 如何判别系统稳定？
快速性 是要求系统有一定的响应速度，即要求被控制量能够迅速地根据输
入信号所规定的形式变化。 用响应时间（ tr,tp,ts）表示
准确性 是表示系统控制精度的一项性能指标，要求系统在输入信号作用
下，其响应速度经过渐态过程后进入稳态，此时，系统输出值与期望值之间
的差异，即稳态误差要小。
)()(1
)(lim)(lim)(lim
00 ss
sssstee
HG
RE
sstss ???? ????
稳态误差：
二、控制系统的基本构成
控制系统是由 控制装置、执行机构、被控对象、检测装置 所构成的整体，
其基本构成如图所示：
G(s)
H(s)
R(s) C(s)
传递函数：
控制器 执行机构 被控对象
检测装置
给定值 输出值
控制装置
被控对象可以是机电设备（如机床）、一种过程（如化工生产过程）等，
它在控制装置的控制下，执行机构的驱动下，按预定的规律或目的运行。
简单的全自动洗衣机控制系统与复杂的航天飞机控制系统在原理上类似，
但在结构上是很不相同的。
机电 系统计算机控制系统构成：
三、控制系统的基本类型
根据机电一体化 系统的多样性及复杂性决定了控制器的多样性，一般有
以下四种类基本类型：
数字控制系统（ NCS）
将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编成
加工程序，由计算机生成数字形式的指令，再驱动机器运动的一种控制形
式，其实际上是轨迹控制的问题。
数控装置 伺服系统 机床
检测装置
控制介质
控制介质：传递零件的加工信息
数控装置：完成信息的输入、存储、变换、运算及各种控制功能
伺服系统：接收指令驱动机床执行机构（即电信号到机械量转换）
检测装置：检测速度和位移，并反馈信息
伺服控制系统（ SCS）
输入为模拟或数字的电信号，输出是机械的位移或速度的变化率，主要
考虑如何稳定的、快速的、准确实现指令的功能要求，即要使输出量以一
定的精度复现输入量的变化，常称为动作控制。
控制器 驱动系统 执行系统
检测装置
指令信号 输出信号
顺序控制系统
该系统采用开关控制方式，即输出量的开和关是一系列输入开关条件的
函数。控制器对操作过程的, 逻辑状态, 进行控制，实现顺序控制的方法
有机电式继电器、各种气动和液动装置、可编程控制器（ PLC）等。
过程控制系统
在冶金、化工、电力等生产过程中采用的工业控制系统，过程控制系统
的受控变量是生产过程的物理量，可以是 连续的, 离散的 。
信号不是时间的连续函数，在
相邻两个时刻间隔信号不确定
信号是时间的连续函数
四、控制系统设计的基本过程和内容
机电一体化 系统的控制子系统一般设计过程如图示：
控制子系统设计的主要内容有：
确定控制子系统的设计方案：
确定控制算法：
采用何种控制方式，开环还是闭环；
考虑驱动元件的类型和执行机构的类型；
选择观测点、被测量和传感器；
考虑微机在整个系统的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，
微机承担那些任务，应具备哪些功能，需哪些输入 /输出通道，配备
哪些外围设备或接口硬件等；
画出控制系统组成的初步框图。
根据运动规律建立 数学模型 （物理系统动特性的数学表达式），数学
模型反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系，为计算
机进行运算处理提供依据，即由数学模型推出控制算法。
应根据不同的控制对象、不同的控制指标要求选用不同的控制算法。
一般的控制采用 PID控制 ；复杂的控制系统,采用的控制方法较多,如自
适应控制、神经网络控制、模糊控制、专家系统智能控制等。
积分
比例
微分
被控对象
r(t) +
–
–+
+
+ u(t)) c(t)e(t))
PID控制器
)11()( )()( sTsTKse susG d
i
p ????
PID控制原理：
? P（ Proportional）：控制作用的强弱及响应速度
? I（ Integral）：消除稳态误差，提高控制精度
? D（ Differential）：减小超调，提高动特性及控制精度
PID控制器传递函数：
选择微型计算机：
控制系统总体设计：
存储容量、处理速度、输入输出通道；单片机、工控机、商用机。
解决微型机、被控对象和操作者三者之间信息交换的通路和分时控制的时序
安排问题，通过总体设计画出系统各部分的具体构成框图。
硬、软件设计：
硬件设计包括电气装置及元器件的选择、接口设计、操作控制面板设计等
软件设计包括系统软件和应用软件设计，系统软件包括操作系统、程序
设计开发系统等，通常不需用户设计；应用软件设计是设计者要主要考虑
的问题。
控制系统对应用软件的要求具有实时性、针对性、灵活性和通用性。
应用软件的设计采用 模块化、结构化程序设计方法,按照软件工程的方法
将整个程序分成若干模块，一个模块完成一定的功能，并且限定采用规定的
结构类型和操作顺序，便于查错、纠错。
整理、编写技术文件：
技术文件包括：控制系统原理说明及图表；设计图样、电器元件明细表；系
统操作程序及说明书等。
一、机电系统中控制的主要任务
根据 系统的要求，控制执行机构完成特定的运动规律，并满足工作要求。
具体任务包括：
§ 4.2 机电系统机械运动规律确定
使各执行机构按一定的顺序和规律运动
改变各运动构件的运动方向和速度大小
使各运动构件间有协调的动作，完成给定作业循环的要求
对工作中的不正常情况报警
根据任务要求，就需：
确定执行机构的运动规律
设计能够实现运动规律的控制系统
二、运动规律的概念
运动规律是机电一体化设备执行机构运动特点的描述，不论运动规律如
何复杂，都有共性一面，即用 矢量形式 来描述。
通常用运动曲线研究运动规律
位移随时间的变化 y=y(t)，用位移运动曲线表示。
运动曲线的性质：
? 位移是时间的单值函数；
? 位移是时间的连续函数，可以微分；
? 在时间上具有不可逆性，过去的状态影响未来，未来状态对过去没有影。
运动曲线包括
速度运动曲线
加速度运动曲线
突跳运动曲线
急跳运动曲线
位移运动曲线
? 位置矢量
?ieryixz ?????
速度矢量 ?
? ieirryixzv )( ????? ??????
加速度矢量
? 运动突跳（ jerk）
? 运动急跳 (quirk)
zvaJ ?????? ???
vaJQ ?????? ???
zva ????? ??
三、运动曲线的无因次表示和特性值
1、无因次表示
为研究方便，引入 无因次时间 和 无因次位移 （或速度等），其定义如下：
T = t / th
Y = y / h
运动曲线可分为三种类型：
双停留曲线：, 停、升、停、回, 如凸轮曲线，或, 停、升、停, 如间歇传动
单停留曲线：, 停、升、回, 如滑块运动
无停留曲线：, 升、回, 如四连杆和曲柄滑块运动
主要研究运动曲线中随时间变化的升、回段，只在动力学分析时，才考虑
停留段。
（ t=th时，位移为 h）
无因次曲线表达式可以写成以下形式：
10,10)( ????? YTTYY
无因次运动量与实际的有因次运动量的关系，由前面的公式导出：
四、判别执行机构速度类型的准则
??AthaVthvYhy
hh
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无因次运动量实际上是运动量 瞬时真值与平均值之比,故有时把其称为位移
系数、速度系数、加速度系数等。
2、运动曲线的特性值
运动曲线的 v,a,j等的最大值在运动学与动力学分析中，有各自重要的含义：
最大速度 vm,由于 m与 v之积是动量，
从安全角度考虑，特别是重载或大质量系统，应当采用 vm较小的运动曲线。
tvm F ????
最大加速度 am,由于 m与 a之积是惯性力，也称之为动载荷，动载荷大使机
构受力增大，振动增加，影响机构运动精度。
最大突跳 Jm,表示了加速度曲线 a(T)的斜率，与从动件的振动关系很大，
在高速机构中，防止产生过大振动，应当采用 Jm较小的运动曲线。
这些运动曲线的特性值要按照执行机构在低速、中速、高速不同运动规律
情况下合理选择。
最简单的工程判别准则是,按运动规律在第几阶位移导数出现间断或跳跃
运动曲线在 Y(p)上出现不连续，通过 p值判定机构速度类型：
较合理的判别准则是既考虑机构的设计速度 ω d，又考虑机构的固有频率 ω n
即满足 ω d / ω n = 10-d
判定准则是：
d的大小表明了机构运动速度偏离机构固有频率的程度，偏离共振峰值越远，
动力扭曲变形越小，因此该判定准则反映了动力学响应的实际情况。
P=2 — 低速机构
P=3,— 中速机构
P=4,— 高速机构
d=3 — 低速机构
d=2,— 中速机构
d=1,— 高速机构
这一准则只考虑了运动学因素，未考虑机构质量、刚度等动力学因素作用。
五、选择机械程序控制的基本形式和原则
分配凸轮轴方式
分配轴上有多个凸轮，每个凸轮就是一个执行构件的驱动构件
曲柄轴方式
利用曲柄的错位使各执行机构按一定顺序动作
为了使机电设备的整个工作循环中各个工序按一定顺序进行，需配备专门的
程序控制系统，通常有两种类型：一是机械控制方式，二是电子控制方式，常
用的有以下几种形式：
1、机械程序控制的基本形式
机电结合的程序控制方式
利用行程开关的接通与关闭，以及电磁继电器（或电磁铁等）通停电时间
的长短，以此来控制各执行机构按一定顺序动作
电子控制方式
利用可编程控制器（ PLC），通过编制 接点梯形图 （类似继电器逻辑电路图）
在可编程存储器内部存储用户设定的指令，通过数字或模拟输入、输出来控
制各种类型的机械过程。
究竟选择何种控制型式，要综合考虑，通常的原则如下：
对所选的执行机构作 运动学分析,注意其动作型式（直线、旋转；连续、间
歇、步进等）及运动规律的特点，还要进行 动力学分析,考虑运转过程速度、
加速度变化的要求、刚度的大小、质量或转动惯量、阻尼等因素。
2、选择控制形式的基本原则
控制对象仅作简单的单一运动时，宜采用机械控制系统，主要是凸轮或
四杆机构；
当控制对象实现不同的工况（工进）要求，采用液压或气压控制系统 。
当控制对象有多个自由度，需要较高自动化程度时，宜采用微机伺服控
制系统 。
满足特殊要求及自动化程度增加要求时，采用组合机构系统（如组合机
床）
完成同样的运动要求，应采用构件数目和运动副数目较少的机构。
一、运动循环图的作用
机电一体化设备的 执行机构运动具有一定的规律性，且运动参数位移、
速度周期性重复，构成一个个运动循环，运动循环用循环图表示，其作用在
于：
§ 4.3 执行机构运动循环图设计
反映执行机构在完成总功能中的作用和次序
表明各机构间的配合协调关系
确保执行机构具有较高的动作效率，较低的能耗
二、运动循环图的表示
1
1、单个执行机构的运动循环图
直线式运动循环图
单个执行机构的运动循环图是系统运动循环图的基础，根据执行机构的
功能要求表示，表示的方式有三种：
反映运动循环的 各运动区段时间及顺序,按时间及顺序将运动循环各
圆形运动循环图
直角坐标循环图
区段绘制于直线坐标上，如图 a
tk(前进或上升）,td(后退或下降）,to(起始停留）,tp(全过程）
将运动循环的区段 按时间及顺序成比例地绘制于极坐标上,该方式特别
适合于具有多个回转运动的执行机构，如图 b
2、系统的运动循环图
用横坐标表示各区段的时间（或分配轴转角），纵坐标表示执行机构的运动
特征（如位移、角度等），此种方式 表示出各执行机构更多的运动信息,除
时间、次序外，还有运动状态等，最常用。
由个各执行机构的循环图组成系统的运动循环图，遵循原则,?
同一时间或转角；?
以某个主执行机构的运动特点为基准；?
各执行机构相对于主执行机构循环的先后次序。
例 1：自动切书机的运动循环图
3
例 2：单轴自动车床的运动循环图（教材 p40）
三、执行机构运动循环图的设计计算
1、运动循环图的设计步骤
2、设计计算
例 1：打印机构的运动循环图设计计算
知：生产率 Q=4500件 /班
（ 1）确定打印头的运动循环时间
理论生产率为
104.96084 5 0 0 ????tQ
则每件的时间为 6s,即
(件 /min）
tp=6s
（ 2）确定循环组成区段
确定执行机构的运动循环
确定运动循环的组成区段
确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角）
绘制执行机构的运动循环图
根据工艺要求，打印头循环区段由 4段组成：
? tk 打印头向下接近产品
? ts 打印头打印时停留
? td 打印头向上返回
? to 初始位置停留
总时间过程为：
odskp ttttt ????
（ 3）组成区段时间分配
根据工艺要求，打印头停留时间为 ts=2s,相应的 tk, td, to 分别为 2s、
1s,1s
（ 4）绘制打印头运动循环图 tk ts td to
tp t
s
o
例 2：自动压痕机运动循环图设计计算
四、系统循环图的设计
1、运动循环的时间同步化
2、运动循环的空间同步化
问题,各执行机构运动循环图为什么要进行同步化设计？如何进行同步化
设计？
