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1、自动控制元件及线路,梅晓榕 2008 01,绪论,0.1 控制元件的作用和分类,从自动控制的发展历史看，最初是控制机械转速。瓦特蒸汽机的转速控制被公认为是最早的自动控制装置。现代发电厂对交流电压频率的控制，实质上就是对发电机转速的控制。在现代机械制造业中和武器装备中，对机械位移的控制更多。很多高级装置的控制，实质上是对位移的控制。,自动控制技术应用广泛。从被控制的变量看，有机械转速，机械位移，温度，压力，流量，液位，重量。从控制装置所在环境看，空中的飞行器，地面上的自动化装置，大海中的现代化舰船，深海中的潜艇。有现代化设备的地方，就有自动控制技术。,自动控制技术：自动控制原理 自动控制元件及线
2、路常用的元件及线路机械伺服系统,导弹发射架控制系统,控制系统：采用控制技术的装置，过程。控制系统：控制对象与控制元件形形色色的系统，五花八门的元件按功能分类：执行元件，放大元件，测量元件，补偿元件,四大元件,1执行元件，功能是驱动控制对象，控制或改变被控量（输出量）。（电机）2测量元件，功能是将被测量检测出来并转换成另一种容易处理和使用的量（例如电压）。（电位器）测量元件一般称为传感器，过程控制中又称为变送器。,3放大元件 功能是将微弱信号放大。分为前置放大元件和功率放大元件两种。功率放大元件的输出信号具有较大的功率，可以直接驱动执行元件。4补偿元件（校正元件）为了确保系统稳定并使系统达到规定
3、的精度指标和其他性能指标，控制系统的设计者增加的元件。作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到规定的性能指标。,执行元件：电动机测量元件：电位器输出量：转角,控制系统功能框图,0.2 本课的主要内容,执行元件，测量元件，功率放大元件及有关线路。控制电机：专为控制系统制造的电机。可作执行元件和测量元件。执行元件：电动机，液压元件。测量元件：控制电机，编码器，阻容感传感器，热电式传感器。功率放大元件：线性功率放大器，脉冲宽度调制型放大器。,本课特点,涉及的知识广：电机，传感器，功率电子技术。实践性强：1.讲述内容是实际元件。要接触实际元件，并做实验。2.在实际中直接应用的可能性很大。,0
4、.3 电磁学的基本概念与定律,磁场表示磁场强弱的物理量是磁通，。单位面积的磁通是磁密，B。对某一截面S，设是dS法线与磁密B的夹角穿过截面S的磁通为,可以认为磁密B与 磁场强度向量H 有关。磁场强度向量H 与B 的关系是:B=H,从物理角度，磁场是由？产生的？磁场是由电流产生的。磁场与电流的关系由？定律描述？安培环路定律（全电流定律）。描述 H 与 I 的关系。,H 与I的关系是:,0.3.2 磁路定律描述磁通与磁势之间的关系。公式中一些物理量是近似值，近似关系。主要是定性关系。,0.3.2 磁路定律 铁心的磁路。,主磁路与主磁通，漏磁路与漏磁通。,0.3.3 电磁感应定律前面讲磁场是由电流产
5、生的。电磁感应定律说明，变化的磁场，可以产生电势，以及电流。,0.3.3 电磁感应定律 线圈的总磁链 感应电势,引起磁链变化的原因：(1)磁通由交流电流产生，空间中任一点的磁通随时间变化；(2)空间中各点的磁通不变化，但线圈位置变化，磁链相应变化。因此磁链可以看成是时间和位移的函数，即=(t,x)，所以有,变压器电势旋转（速度）电势,导线切割磁力线产生电势电感不变的线圈,电磁力与电磁转矩,电机、电磁铁中力的产生有两种说法：1.磁场中的载流导线受力。2.磁场内产生的力。1）磁极间的相互作用力：同性相斥，异性相吸。2）磁场内的磁性物体受力：磁力（力矩）使磁路磁阻最小。,电磁力与电磁转矩,电机、电磁
6、铁中力的产生 最准确的解释：电磁力（力矩）是由 磁场产生的。,电磁力与电磁转矩,1）磁场中的载流导体所受的 电磁力和力矩为 2）铁心表面的磁力(向外)3）磁极间的力 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。,圆柱面磁场间的力矩,圆柱面磁场间的力矩,圆柱面磁场间的力矩,圆柱面磁场间的力矩,圆柱面磁场间的力矩,展开成傅里叶级数，基波为：2极磁场 4极磁场 2p极磁场,0.4 运动控制系统的执行元件,对执行元件的基本要求：足够大的功率，力或力矩；快速响应。常用的执行元件是电动机、液压元件。力或力矩最大的是液压元件。使用最方便、应用最广泛的是电动机，一台电机可作电动机用，也可作发电机用，这被称为电机的可
7、逆原理。分类：直流，交流；大型，中小型，微型；驱动用，控制用。,值得注意的是，电机和电力电子技术及控制技术有机地结合起来，使传统电机产品得以改造和更新，形成新一代高新技术产品，因此获得高性能、高质量、高可靠性 和高附加值。,1.发现、理论与早期应用（1820-1880）1820年，奥斯特发现电流对磁针有力的作用，安培确定通有电流的线圈的作用与磁铁相似，揭示了磁现象的本质。1826年欧姆发现了欧姆定律。1831年法拉第发现电磁感应定律。这些重大发现，奠定了电力技术的理论基础。,0.5 电力技术发展回顾,1.发现、理论与早期应用（1820-1880）第一台商用电动机诞生于1880年左右。从电磁学的
8、重大发现，到电磁学理论，到电动机的实际应用，大约经历了半个世纪。用10个学时，探讨，理论到实际电机的发展过程。,0.5 电力技术发展回顾,2.交流电的应用首先应用的电力是直流电和直流电动机。1885年意大利物理学家发现并建立了旋转磁场原理，1888年俄国工程师发明了三相发电机、三相变压器和三相异步电动机。由于三相交流电十分适合远距离输电，且三相交流电动机结构简单，坚固耐用，很快，三相交流电动机迅速发展，不但取代了绝大部分直流电机，而且被广泛用于工业生产中。一段故事。*,爱迪生，1847-1931，工业革命的年代。直流电机发明并被广泛应用年代。爱迪生所在公司生产直流电动机。当三相电被发明时，爱迪
9、生进行了研究。交流电对生物的生命危险大。交流电不可能广泛应用。错失良机。,3.微型电动机的应用近30年以来，由于自动控制技术的广泛应用，各种微型电机得到极其广泛的应用。包括汽车，计算机，音响和影像设备，家用电器等众多产品都大量用电机。直流电动机，单相异步电动机，直流无刷电动机等各种各样的电机，在数量上，得到极大发展。,4.控制用电动机1930-1980年，在精密的机械伺服系统中，直流电动机占据了垄断地位。1980年以后，在电力电子技术、计算机技术和控制技术的基础上，以变频技术为代表的交流调速技术迅速发展和应用，在速度控制系统中，交流电动机开始应用，并开始取代直流电机。,1990年以来，在无刷直流电机的基础之上，传统的电机制造技术和电力电子技术及高级控制技术紧密结合，形成新一代机电一体化的高新技术产品交流伺服电动机，在精密的机械伺服系统中得到越来越多的应用。这种电机同时具有交流电机和直流电机的优点，也可看成是它们相结合的产品。,
