自動(dòng)控制元件及線路.ppt

自動(dòng)控制元件及線路,梅曉榕 2008 01,緒論,0.1 控制元件的作用和分類,從自動(dòng)控制的發(fā)展歷史看，最初是控制機(jī)械轉(zhuǎn)速。 瓦特蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制被公認(rèn)為是最早的自動(dòng)控制裝置。 現(xiàn)代發(fā)電廠對(duì)交流電壓頻率的控制，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中和武器裝備中，對(duì)機(jī)械位移的控制更多。很多高級(jí)裝置的控制，實(shí)質(zhì)上是對(duì)位移的控制。,自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用廣泛。 從被控制的變量看，有機(jī)械轉(zhuǎn)速，機(jī)械位移，溫度，壓力，流量，液位 ，重量。 從控制裝置所在環(huán)境看，空中的飛行器 ， 地面上的自動(dòng)化裝置 ，大海中的現(xiàn)代化艦船，深海中的潛艇。 有現(xiàn)代化設(shè)備的地方，就有自動(dòng)控制技術(shù)。,自動(dòng)控制技術(shù)： 自動(dòng)控制原理 自動(dòng)控制元件及線路 常用的元件及線路 機(jī)械伺服系統(tǒng),導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)：采用控制技術(shù)的裝置，過程。 控制系統(tǒng)：控制對(duì)象與控制元件 形形色色的系統(tǒng)，五花八門的元件 按功能分類： 執(zhí)行元件，放大元件，測(cè)量元件，補(bǔ)償元件,四大元件,1執(zhí)行元件，功能是驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，控制或改變被控量（輸出量）。（電機(jī)） 2測(cè)量元件，功能是將被測(cè)量檢測(cè)出來并轉(zhuǎn)換成另一種容易處理和使用的量（例如電壓）。（電位器） 測(cè)量元件一般稱為傳感器，過程控制中又稱為變送器。,3放大元件 功能是將微弱信號(hào)放大。 分為前置放大元件和功率放大元件兩種。 功率放大元件的輸出信號(hào)具有較大的功率，可以直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。 4補(bǔ)償元件（校正元件） 為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定并使系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的精度指標(biāo)和其他性能指標(biāo)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者增加的元件。 作用是改善系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)能正?？煽康毓ぷ鞑⑦_(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)。,執(zhí)行元件：電動(dòng)機(jī) 測(cè)量元件：電位器 輸出量：轉(zhuǎn)角,控制系統(tǒng)功能框圖,0.2 本課的主要內(nèi)容,執(zhí)行元件，測(cè)量元件，功率放大元件及有關(guān)線路。 控制電機(jī)：專為控制系統(tǒng)制造的電機(jī)。可作執(zhí)行元件和測(cè)量元件。 執(zhí)行元件：電動(dòng)機(jī)，液壓元件。 測(cè)量元件：控制電機(jī)，編碼器，阻容感傳感器，熱電式傳感器 。 功率放大元件：線性功率放大器，脈沖寬度調(diào)制型放大器 。,本課特點(diǎn),涉及的知識(shí)廣： 電機(jī)，傳感器，功率電子技術(shù)。 實(shí)踐性強(qiáng)： 1.講述內(nèi)容是實(shí)際元件。要接觸實(shí)際元件，并做實(shí)驗(yàn)。 2. 在實(shí)際中直接應(yīng)用的可能性很大。,0.3 電磁學(xué)的基本概念與定律,0.3.1 磁場(chǎng) 表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量是磁通，。 單位面積的磁通是磁密，B。 對(duì)某一截面S，設(shè)是dS法線與磁密B的夾角 穿過截面S的磁通為,可以認(rèn)為磁密B與 磁場(chǎng)強(qiáng)度向量H 有關(guān)。 磁場(chǎng)強(qiáng)度向量H 與B 的關(guān)系是: B=H,從物理角度，磁場(chǎng)是由？產(chǎn)生的？ 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。 磁場(chǎng)與電流的關(guān)系由？定律描述？ 安培環(huán)路定律（全電流定律）。 描述 H 與 I 的關(guān)系。,H 與I的關(guān)系是:,0.3.2 磁路定律 描述磁通與磁勢(shì)之間的關(guān)系。 公式中一些物理量是近似值， 近似關(guān)系。 主要是定性關(guān)系。,0.3.2 磁路定律 鐵心的磁路。,主磁路與主磁通， 漏磁路與漏磁通。,0.3.3 電磁感應(yīng)定律 前面講磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。 電磁感應(yīng)定律說明， 變化的磁場(chǎng)， 可以產(chǎn)生電勢(shì)， 以及電流。,0.3.3 電磁感應(yīng)定律 線圈的總磁鏈 感應(yīng)電勢(shì),引起磁鏈變化的原因：(1)磁通由交流電流產(chǎn)生，空間中任一點(diǎn)的磁通隨時(shí)間變化； (2)空間中各點(diǎn)的磁通不變化，但線圈位置變化，磁鏈相應(yīng)變化。 因此磁鏈可以看成是時(shí)間和位移的函數(shù)，即=(t,x)，所以有,變壓器電勢(shì) 旋轉(zhuǎn)（速度）電勢(shì),導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生電勢(shì) 電感不變的線圈,0.3.4 電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩,電機(jī)、電磁鐵中力的產(chǎn)生有兩種說法： 1.磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)線受力。 2.磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的力。 1）磁極間的相互作用力： 同性相斥，異性相吸。 2）磁場(chǎng)內(nèi)的磁性物體受力： 磁力（力矩）使磁路磁阻最小。,0.3.4 電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩,電機(jī)、電磁鐵中力的產(chǎn)生 最準(zhǔn)確的解釋： 電磁力（力矩）是由 磁場(chǎng)產(chǎn)生的。,0.3.4 電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩,1）磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體所受的 電磁力和力矩為 2）鐵心表面的磁力(向外) 3）磁極間的力 同性相斥，異性相吸，與距離平方成反比。,0.3.5 圓柱面磁場(chǎng)間的力矩,0.3.5 圓柱面磁場(chǎng)間的力矩,0.3.5 圓柱面磁場(chǎng)間的力矩,0.3.5 圓柱面磁場(chǎng)間的力矩,0.3.5 圓柱面磁場(chǎng)間的力矩,展開成傅里葉級(jí)數(shù)，基波為： 2極磁場(chǎng) 4極磁場(chǎng) 2p極磁場(chǎng),0.4 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件,對(duì)執(zhí)行元件的基本要求：足夠大的功率，力或力矩；快速響應(yīng)。 常用的執(zhí)行元件是電動(dòng)機(jī)、液壓元件。 力或力矩最大的是液壓元件。 使用最方便、應(yīng)用最廣泛的是電動(dòng)機(jī)， 一臺(tái)電機(jī)可作電動(dòng)機(jī)用，也可作發(fā)電機(jī)用，這被稱為電機(jī)的可逆原理。 分類：直流，交流；大型，中小型，微型；驅(qū)動(dòng)用，控制用。,值得注意的是， 電機(jī)和電力電子技術(shù)及控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來， 使傳統(tǒng)電機(jī)產(chǎn)品得以改造和更新， 形成新一代高新技術(shù)產(chǎn)品， 因此獲得高性能、高質(zhì)量、高可靠性 和高附加值。,1.發(fā)現(xiàn)、理論與早期應(yīng)用 （1820-1880） 1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁針有力的作用，安培確定通有電流的線圈的作用與磁鐵相似，揭示了磁現(xiàn)象的本質(zhì)。1826年歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。 這些重大發(fā)現(xiàn)，奠定了電力技術(shù)的理論基礎(chǔ)。,0.5 電力技術(shù)發(fā)展回顧,1.發(fā)現(xiàn)、理論與早期應(yīng)用 （1820-1880） 第一臺(tái)商用電動(dòng)機(jī)誕生于1880年左右。 從電磁學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，到電磁學(xué)理論，到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，大約經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)。 用10個(gè)學(xué)時(shí)，探討，理論到實(shí)際電機(jī)的發(fā)展過程。,0.5 電力技術(shù)發(fā)展回顧,2.交流電的應(yīng)用 首先應(yīng)用的電力是直流電和直流電動(dòng)機(jī)。 1885年意大利物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)并建立了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，1888年俄國(guó)工程師發(fā)明了三相發(fā)電機(jī)、三相變壓器和三相異步電動(dòng)機(jī)。 由于三相交流電十分適合遠(yuǎn)距離輸電， 且三相交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用， 很快，三相交流電動(dòng)機(jī)迅速發(fā)展，不但取代了絕大部分直流電機(jī)，而且被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。 一段故事。*,愛迪生，1847-1931，工業(yè)革命的年代。 直流電機(jī)發(fā)明并被廣泛應(yīng)用年代。 愛迪生所在公司生產(chǎn)直流電動(dòng)機(jī)。 當(dāng)三相電被發(fā)明時(shí)，愛迪生進(jìn)行了研究。 交流電對(duì)生物的生命危險(xiǎn)大。 交流電不可能廣泛應(yīng)用。 錯(cuò)失良機(jī)。,3.微型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 近30年以來，由于自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種微型電機(jī)得到極其廣泛的應(yīng)用。 包括汽車，計(jì)算機(jī)，音響和影像設(shè)備，家用電器等眾多產(chǎn)品都大量用電機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)，單相異步電動(dòng)機(jī)，直流無刷電動(dòng)機(jī)等各種各樣的電機(jī)，在數(shù)量上，得到極大發(fā)展。,4.控制用電動(dòng)機(jī) 1930-1980年，在精密的機(jī)械伺服系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)占據(jù)了壟斷地位。 1980年以后，在電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上， 以變頻技術(shù)為代表的交流調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用，在速度控制系統(tǒng)中，交流電動(dòng)機(jī)開