工业控制技术复习材料(部分).docx

工业控制技术控制部分1、 开怀控制:若系统中的信号只从控制装置向被控对象传递，及信号传递路径不构成闭合回路，这类控制被称为开环控制，相应的控制系统称为开环控制系统。系统的输出对输入无影响，一个确定的输入量只对应一个确定的输出量，系统精度将取决于控制器及被控对象参数的稳定性。2、 闭环控制:通过检测装置检测输出量，并与输出信号进行比较，进而使控制装置按照二者的差值来调节输出量，此类控制被称为闭环控制，又被称为偏差控制或反馈控制。由给定量至被控量的通道称为前向通道，由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道。作用在反馈环内前向通道上的扰动所引起的被控量的偏差值，经系统调节和控制，都会得到减小或消除。3、 自动控制系统要求：稳定性、快速性、准确性4、 反馈环节：给定环节、比较环节、校正环节、功放环节、执行机构、检测装置机电传动系统 1、 方向判断 （P13_2.3） （以n为参考，TM同为正，TL异为正）2、 负载转矩的折算 （P14_2.7 2.8） 负载轴功率折算到电机轴上的等效功率1） 等功率法 多轴旋转拖动系统 多轴直线拖动系统等效转动惯量各轴的转动惯量与角速度和2） 动能守恒法 多轴旋转拖动系统多轴直线拖动系统 3、 负载特性（P11） 1）恒转矩型：1.反抗性转矩：因摩擦、非弹性体压缩、拉伸而产生的负载转矩；方向：恒与运动方向相反（阻碍作用）2.位能转矩：由物体的重力、弹性体压缩、拉伸而产生的负载转矩；方向：与运动方向无关2）离心式通风机型：特点：转矩与转速平方成正比，如：水泵，离心式鼓风机 3）直线型：特点：转矩与转速成正比4）恒功率型负载特性：特点：转矩与转速成反比4、 系统稳定运行条件 （P12P13 P14_2.11）含义：1.系统能以一定速度匀速运转 2.系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负载转矩波动等）而使运行速度稍有变化时，应保证系统在干扰消除后恢复到原来的运行速度。必要条件：电动机轴上的拖动转矩TM与折算到电动机轴上的负载转矩TL大小相等，方向相反，互相平衡。意味着，电动机的机械特征曲线n=f(TM)和生产机械的负载特制曲线n=f（TL）必须有交点。充分必要条件：1. 电动机的机械特征曲线n=f(TM)和生产机械的负载特制曲线n=f（TL）有交点 2.当转速大于平衡点所对应的转速时，TMTL。即若干干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM-TLTL，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM-TL0。1、 系统稳定运行条件 传感器（测速传感器）2、 辨向信号 （详见PPT）3、 M法测速（适用高转速场合）编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为:n = 60m1/（NT）例题：有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n = 60 65536 /（1024 5）=768 r/min4、 T法测速（适用低转速场合）编码器每转产生 N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：n = 60fc / （Nm2 ）例题：有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz ，则转速（r/min)为 ：n = 60fc /（Nm2 ）=60106/（10243000）=19.53 r/min直流电机工作1、 基本结构 （P86） 定子：产生主磁场和支撑电机；转子：产生机械转矩以实现能量转换；2、 工作原理（电路图见PPT2-2）供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。1）他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：2）并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足3）串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足4）复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。3、 基本公式电枢电压平衡方程：电势方程：电磁转矩方程：4、 机械特性方程5、 直流他励电动机特性电枢电压平衡方程：电势方程：电磁转矩方程：直流他励电动机特性方程：动力学平衡方程：6、 人为机械特性1） 串接电阻Radn0TU1U2U3n2） 改变电枢电压U3） 改变磁通(飞车现象)7、 固有机械特性在额定电压UN和额定磁通N下，电枢电路中不外接电阻时: n = f(T) 求出两点:（0, n0）和（TN，nN）1） 估算电枢电阻Ra ： 额定负载下的铜耗占总耗的50% - 75% 2） 求KeN ：3） 求理想空载转速n0 ： 4） 求额定转矩TN ：5） 得到两点:（0, n0）和（TN，nN）8、 电机启动（P96）1.降压启动2.串接电阻启动（单级）3.串接电阻启动（多级）9、 速度变化与速度调节速度变化：由于电动机负载转矩发生变化而引起的电动机转速发生变化（其特性曲线不发生变化）速度调节：在某一负载条件下（负载转矩保持不变），靠人为改变机械特性而得到的。10、 速度调节方式a) 改变外串电阻 特点：(a) 机械特性软，电阻愈大，特性愈软，稳定度愈低； (b) 轻载时调速范围不大；调速电阻消耗大量能量；一般适用于调速性能要求不高的中小容量电机。 c) 改变供电电压特点：(a) 无级调速； (b) 机械特性硬度不变,稳定度高，调速范围较大；(c) 恒转矩调速； (d) 设备简单。b) 改变主磁通特点：（a）无级调速(高于额定转速)； (b) 调速特性软，调速范围不大(最高为额定转速为1.2倍)； (c) 恒功率调速；(d)转矩随磁通的减小而减小。 11、 直流电动机的制动特性1） 电动与制动的区别电动（提升重物） 电磁转矩与转速同向制动（下放重物） 电磁转矩与转速反向2） 制动状态的相关概念a）稳定的制动状态（电动机转速不变）；b) 过渡的制动状态（降速或停车的过程）区别：转速是否变化; 共同点：电磁转矩与转速反向；根据电动机处于制动状态时的外部条件和能量传递情况分为： 反馈、反接、能耗制动电动机转速大于理想空载转速（电车下波）3） 反馈制动a）前提：U、 、Ra均不变；b）分析公式中各量的变化，尤其是符号变化；c）制动时的速度高于n0；d）综合应用四个公式； 注：除电车下坡外，还有重物下降、电枢电压突然下降时，都会产生反馈制动；12、 相关例题u 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势为E1，如负载转矩Tl不变，外加电压和电枢电阻均不变，问：当减弱励磁使转速上升到新的稳态值时，电枢反电势如何变化？ 思路：由 解得：T不变，减小，I增大，U不变，E减小解： 两个已知条件，一个是负载转矩TL常数；一个是从一个稳态到另一个稳态(而不涉及瞬态过程)，电枢反电势是稳态值。 注：从 不能判断 E 是如何变化的u 已知某他励直流电动机的铭牌数据PN=5.5Kw ; UN=110 V; IN=62 A ; nN=1000r/min. (1) 估算电枢电阻Ra (2) 求KeN (3) 求理想空载转速n0 (4) 求额定转矩TN (5) 得到两点:（0, n0）和（TN，nN）步进电机1、 优点： 1）控制特性好 2）误差不长期积累 3）布距值不受各种干扰因素的影响（P114）2、 步进电动机结构与工作原理定子与转子两部分，定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。步距角：步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态常用n表示。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。3、 步进电动机工作原理及特性1） 两转子齿定子通电顺序：ABCA 转子转向：顺时针 步距角： 相数：3 拍数：3 定子通电顺序：ACBA 转子转向：逆时针 步距角： 相数：3 拍数：3定子通电顺序：ABACBCAB 转子转向：逆时针 步距角： 相数：3 拍数：3定子通电顺序：ABBCACAB 转子转向：顺时针 步距角： 相数：3 拍数：3定子通电顺序：AABBBCCCAA 转子转向：顺时针 步距角： 相数：3 拍数：6定子通电顺序：AACCCBBBAA 转子转向：逆时钟 步距角： 相数：3 拍数：6 4、 步距角计算 （P117）转子齿数越多，步距角 越小；定子相数越多，步距角 越小；通电方式的节拍越多，步距角 越小。（m 定子相数；Z 转子齿数；C 通电方式；C = 1 单相轮流通电,双相轮流通电方式； C = 2 单、双相轮流通电方式）5、 常用步进电机的步距角计算常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有三相步进电机：五相步进电机：6、 转速计算 （P118）（m 定子相数；Z 转子齿数；C 通电方式；C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式；C = 2 单、双相轮流通电方式）7、 步进电机小结n 单相轮流通电（3相单3拍）顺时针轮回 ABCA逆时针轮回 ACBA n 双相轮流通电（3相双3拍）顺时针轮回 ABBCCAAB逆时针轮回 BAACCBBAn 单双相轮流通电（3相6拍）顺时针轮回 AABBBCCCAA逆时针轮回 AACCCBBBAA8、 步进驱动电路1） 步进电动机驱动系统方框图2） 步进电机驱动电路(电路图见PPT2-3_P36)A 单电压限流型驱动电路 特点：R上有功率消耗。为了提高快速性，需加大R的阻值，随着阻值的加大，电源电压也势必提高，功率消耗也进一步加大，正因为这样，单电压限流型驱动电路的使用受到了限制。B 高低压切换型驱动电路 优点：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。缺点：大功率管的数量要多用