维修电工技师高级技师培训第10单元-位置随动系统

1、开滦技师学院 10 10 单元单元 位置随动系统位置随动系统 第一节第一节 位置随动系统位置随动系统 第二节第二节 电气设备外文资料的识度电气设备外文资料的识度 开滦技师学院第第1010单元单元 位置随动系统位置随动系统在实际生产中，电动机带动生产机械运动的表现在实际生产中，电动机带动生产机械运动的表现不一定都是转速，也可能是生产机械产生一定的位置不一定都是转速，也可能是生产机械产生一定的位置移动，这时需要控制的量就不再是转速，而是控制对移动，这时需要控制的量就不再是转速，而是控制对象的角位移或线位移，此时必须采用位置随动系统才象的角位移或线位移，此时必须采用位置随动系统才能控制要求。能控制要

2、求。 开滦技师学院第第1010单元单元 位置随动系统位置随动系统目目 录录一、位置随动系统的应用一、位置随动系统的应用二、位置随动系统的主要组成部件及其工作原理二、位置随动系统的主要组成部件及其工作原理三、位置随动系统的分类三、位置随动系统的分类四、位置随动系统与调速系统的比较四、位置随动系统与调速系统的比较五、自整角机位置随动系统五、自整角机位置随动系统开滦技师学院第第1010单元单元 位置随动系统位置随动系统 位置随动系统短片：位置随动系统短片： 1、随动系统演示、随动系统演示 2、两轴随动控制系统、两轴随动控制系统开滦技师学院一、位置随动系统的应用一、位置随动系统的应用 它的根本任务就是

3、实现执行机构对它的根本任务就是实现执行机构对位置指令位置指令（给定量）的（给定量）的准确跟踪，被控制量（输出量）一般是负截的空间位移，当给准确跟踪，被控制量（输出量）一般是负截的空间位移，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量。定量。 - 练习：填空题：练习：填空题： 1、位置随动系统是一种实现执行机构对、位置随动系统是一种实现执行机构对 _ 的准确跟踪系统。的准确跟踪系统。开滦技师学院 位置随机系统中的位置指令（给定量）和被控制位置随机系统中的位置指令（给定量）和被控制量一样也是位移（或代表位移的电量），当然可以是

4、量一样也是位移（或代表位移的电量），当然可以是角位移，也可以是直线位移，所以位置随动系统必定角位移，也可以是直线位移，所以位置随动系统必定是一个位置反馈控制系统。是一个位置反馈控制系统。-练习：填空题：练习：填空题：2、位置随动系统必定是一个、位置随动系统必定是一个 _控制系统控制系统 。开滦技师学院 位置随动系统又称伺服系统，主要解决对象的位置随动系统又称伺服系统，主要解决对象的位置控制问题，根本任务就是实现执行机构对位置位置控制问题，根本任务就是实现执行机构对位置指令的准确跟踪，系统的输出量或称被控量一般是指令的准确跟踪，系统的输出量或称被控量一般是负载（或被控对象）的空间位移，当给定量（

5、位置负载（或被控对象）的空间位移，当给定量（位置指令）随机变化时，系统的输出量能准确无误地跟指令）随机变化时，系统的输出量能准确无误地跟踪给定量的变化并能复现给定量。踪给定量的变化并能复现给定量。开滦技师学院位置随动系统的应用如下：位置随动系统的应用如下：机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例随动系统的典型实例 冶金工业中冶金工业中 轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制 在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距离能离能按工艺要求自动调整

6、；按工艺要求自动调整； 焊接有缝钢管或钢板焊接有缝钢管或钢板, 要求焊机头能准确地对正焊缝要求焊机头能准确地对正焊缝的的(1) 控制。控制。开滦技师学院位置随动系统的应用如下：位置随动系统的应用如下：(3) 仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。驱动器的磁头定位控制。(4) 制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。和光刻机

7、，机器人或机械手的动作控制等。开滦技师学院位置随动系统的应用如下：位置随动系统的应用如下： 火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制；舰火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制；舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角位于驾驶室的操作手轮的偏转角,以便按照航向要求来操以便按照航向要求来操纵纵船舶的航向；陀螺仪惯性导航系统船舶的航向；陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控各类飞行器的姿态控制制(5) 等等, 也都是位置随动系统的具体应用。也都是位置随动系统的具体应用。开滦技师学院 位置随动系统的

8、基本组成，其原理图如图位置随动系统的基本组成，其原理图如图10-1所所示。这是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达示。这是一个电位器式位置随动系统，用来实现雷达天线的跟踪控制。这个系统由以下几个部分组成：天线的跟踪控制。这个系统由以下几个部分组成：（1 1）位置检测器）位置检测器 （2 2）电压比较放大器）电压比较放大器 （3 3）可逆功率放大器）可逆功率放大器 （4 4）执行机构）执行机构 二、位置随动系统的组成及原理二、位置随动系统的组成及原理开滦技师学院二、位置随动系统的组成及原理二、位置随动系统的组成及原理练习：填空题：练习：填空题：3、位置随动系统主要是由、位置随动系统主要是由 _

9、、_、_ 和和 _ 部件组成。部件组成。开滦技师学院（1）位置检测器）位置检测器 由电位器由电位器RP1和和RP2组成位置（角度）检测器，其中电位器组成位置（角度）检测器，其中电位器RP1的转轴与手轮相连，作为转角给定，电位器的转轴与手轮相连，作为转角给定，电位器RP2的转轴通过的转轴通过机械机构与负载部件相连接，作为转角反馈，两个电位器均由同机械机构与负载部件相连接，作为转角反馈，两个电位器均由同一个直流电源供电，这样可将位置直接转换成电量输出。一个直流电源供电，这样可将位置直接转换成电量输出。 开滦技师学院（1）位置检测器）位置检测器练习：判断题：练习：判断题： 1、在位置随动系统中，位置

10、检测器的作用是转角、在位置随动系统中，位置检测器的作用是转角反馈，这样可将位置直接转换成电量输出（反馈，这样可将位置直接转换成电量输出（ ）。）。开滦技师学院 （2）电压比较放大器）电压比较放大器 由放大器由放大器N1、N2N2组成，其中放大器组成，其中放大器N1N1仅起仅起倒相倒相作用，作用，N2N2则起则起电压比较和放大作用电压比较和放大作用，其输出信号作为下一级功率，其输出信号作为下一级功率放大器的控制信号，并具备放大器的控制信号，并具备鉴别电压极性鉴别电压极性的能力。的能力。 开滦技师学院 （2）电压比较放大器）电压比较放大器练习：判断题：练习：判断题：2、在位置随动系统中，电压比较放

11、大器只能比较、在位置随动系统中，电压比较放大器只能比较放大给定量与反馈量的差值。（放大给定量与反馈量的差值。（ ）开滦技师学院（3）可逆功率放大器）可逆功率放大器 为了推动随动系统的执行电动机，只有电压放大是不为了推动随动系统的执行电动机，只有电压放大是不够的，还必须有功率放大，功率放大由晶闸管或大功率晶体够的，还必须有功率放大，功率放大由晶闸管或大功率晶体管组成整流电路，由它输出一个足以驱动电动机管组成整流电路，由它输出一个足以驱动电动机SM的电压。的电压。 开滦技师学院（3）可逆功率放大器）可逆功率放大器 练习：判断题：练习：判断题：3、在位置随动系统中设置可逆功率放大器的目的、在位置随动

12、系统中设置可逆功率放大器的目的是为了驱动随动系统的执行电动机。（是为了驱动随动系统的执行电动机。（ ）开滦技师学院（4）执行机构）执行机构 永磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机SM作为带动负载运动的执行机作为带动负载运动的执行机构，这个系统中的雷达天线即为负载，电动机到负载之间还构，这个系统中的雷达天线即为负载，电动机到负载之间还得通过减速器来匹配。得通过减速器来匹配。 开滦技师学院（4）执行机构）执行机构练习：判断题：练习：判断题： 4、在位置随动系统中执行机构一般使用永磁式直、在位置随动系统中执行机构一般使用永磁式直流伺服电动机流伺服电动机SM。（。（ ）开滦技师学院（5）工作原理）工

13、作原理 开滦技师学院三、位置随动系统的分类三、位置随动系统的分类1 1、按输出功率分：小功率、超小功率、中功率、大功率和、按输出功率分：小功率、超小功率、中功率、大功率和 超大功率位置随动系统。超大功率位置随动系统。2 2、按位移性质分：转角式和直线式；、按位移性质分：转角式和直线式；3 3、按采用的电动机不同分：直流式和交流式；、按采用的电动机不同分：直流式和交流式；4 4、按照控制器的类型分：、按照控制器的类型分：模拟式随动系统和数字式随动系模拟式随动系统和数字式随动系 统。统。 其中第四种分类方法是最常用的默认分类方法其中第四种分类方法是最常用的默认分类方法开滦技师学院四、位置随动系统的

14、分类四、位置随动系统的分类练习：练习：填空题：填空题：5、位置随动系统一般分为、位置随动系统一般分为_随动系随动系统和统和_随动系统随动系统开滦技师学院 由于位置随机系统的基本特征体现在位置上，体现在位置由于位置随机系统的基本特征体现在位置上，体现在位置给定信号和位置反馈信号及两个综合比较方面，因此可根据这给定信号和位置反馈信号及两个综合比较方面，因此可根据这个特征将它划分两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是个特征将它划分两个类型，一类是模拟式随动系统，另一类是数字式随机系统。数字式随机系统。 模拟式角位移随动系统的各种参量都是连续变化的模拟量，模拟式角位移随动系统的各种参量都是连续变化的

15、模拟量，其位置检测器可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步其位置检测器可用电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器等。一般是在调速系统的基础上外加一个位置环组成。器等。一般是在调速系统的基础上外加一个位置环组成。 采用数学式检测装置来组成数字式随动系统。在这类系采用数学式检测装置来组成数字式随动系统。在这类系统中，一般仍可采用模拟的电流环和速度环以保证系统的快统中，一般仍可采用模拟的电流环和速度环以保证系统的快速响应，但位置环是数字式的。速响应，但位置环是数字式的。开滦技师学院典型的模拟式位置随动系统原理框图典型的模拟式位置随动系统原理框图 开滦技师学院开滦技师学院数字式随动系统的类型数字

16、式随动系统的类型 数字式随动系统分为：数字式随动系统分为： 数字式相位控制随动系统数字式相位控制随动系统 数字式脉冲控制随动系统数字式脉冲控制随动系统 数字式编码控制随动系统数字式编码控制随动系统开滦技师学院1、数字式相位控制随动系统、数字式相位控制随动系统 开滦技师学院 数字式相位控制随动系统，如图所示。这是数控机床数字式相位控制随动系统，如图所示。这是数控机床上广泛采用的一种随动系统，实质上是一个相位闭环（又上广泛采用的一种随动系统，实质上是一个相位闭环（又称锁相环）的称锁相环）的反馈控制反馈控制系统。其位置环系统。其位置环由数字相位给定、由数字相位给定、数字相位反馈和数字相位比较三个部分

17、组成数字相位反馈和数字相位比较三个部分组成，即图中的，即图中的数数字给定、位置检测和鉴相器字给定、位置检测和鉴相器三个部件。三个部件。 开滦技师学院2 2、数字式脉冲控制随动系统、数字式脉冲控制随动系统 第二种为数字式脉冲控制随动系统，其原理框图如图第二种为数字式脉冲控制随动系统，其原理框图如图开滦技师学院3 3、数字式编码控制随动系统、数字式编码控制随动系统 开滦技师学院3 3、数字式编码控制随动系统、数字式编码控制随动系统 在这种系统中，给定往往是二进制数字码信号。检测元在这种系统中，给定往往是二进制数字码信号。检测元件一般是光电编码盘或其它数字反馈发送器借助于转换电路件一般是光电编码盘或

18、其它数字反馈发送器借助于转换电路得到二进制码信号，得到二进制码信号， 二者联合构成二者联合构成“角度角度数码数码” 转换器或转换器或“线位移线位移数码数码” 转换器。它的输出信号与数码信号同时送转换器。它的输出信号与数码信号同时送入计算机进行比较并确定误差，按一定控制规律运算后（如入计算机进行比较并确定误差，按一定控制规律运算后（如PID运算），构成数字形式的校正信号，再经数模转变成电运算），构成数字形式的校正信号，再经数模转变成电压信号，作为速度控制器的给定。压信号，作为速度控制器的给定。 开滦技师学院练习：练习： 填空题填空题6、数字式随动系统可分为、数字式随动系统可分为_随动系统随动系统

19、_随动系统和随动系统和_随动系随动系统三种。统三种。7、数字式相位控制随动系统的位置环由、数字式相位控制随动系统的位置环由 _、 _和和_三部分组成。三部分组成。开滦技师学院四、位置随动系统与调速系统的比较四、位置随动系统与调速系统的比较一个常用的转速、电流双闭环调速系统原理图一个常用的转速、电流双闭环调速系统原理图 开滦技师学院四、位置随动系统与调速系统的比较四、位置随动系统与调速系统的比较 随动系统和调速系统一样都是反馈控制系统，随动系统和调速系统一样都是反馈控制系统，即通过对系即通过对系统的输出量和组定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控统的输出量和组定量进行比较，组成闭环控制，因此两

20、者的控制原理是相同的。制原理是相同的。 调速系统的给定量是恒值调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，输出能够稳定，因此系统的抗干扰性能往往显得十分重要。因此系统的抗干扰性能往往显得十分重要。 位置随动系统中的位置指令是经常变化位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变的，是一个随机变量，要求输出要准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、量，要求输出要准确跟随给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。也就是说，灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。也就是说，系系统的跟随性能成了主要指标。统的跟随性能

21、成了主要指标。 随动系统可以在调速系统的基础上增加一个随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环，位，位置环是位置随动系统的置环是位置随动系统的主要结构物征主要结构物征。因此，。因此，随动系统在结随动系统在结构上往往要比调速系统复杂一些。构上往往要比调速系统复杂一些。开滦技师学院四、位置随动系统与调速系统的比较四、位置随动系统与调速系统的比较 练练 习习填空题：填空题： 4、位置随动系统，是在调速系统的基础上增加了、位置随动系统，是在调速系统的基础上增加了 _。简答题：简答题：1、简述位置随动系统与调速系统的异同。、简述位置随动系统与调速系统的异同。答：（答：（1） 两者都是反馈控制系

22、统。两者都是反馈控制系统。 （2）调速系统的性能指标以抗干扰性能为主、位置随动）调速系统的性能指标以抗干扰性能为主、位置随动 系统的性能指标以跟随性能为主。系统的性能指标以跟随性能为主。 （3）位置随动系统有位置环）位置随动系统有位置环开滦技师学院五、自整角机位置随动系统五、自整角机位置随动系统自整角机：自整角机： 1、形形色色的自整角机、形形色色的自整角机 2、百度百科、百度百科 3、自整角机实验、自整角机实验 4、视频讲座、视频讲座自整角机自整角机开滦技师学院五、自整角机位置随动系统五、自整角机位置随动系统练习：练习： 填空题填空题8、自整角机按用途不同可分为、自整角机按用途不同可分为_自

23、整角机和自整角机和_自整角机两类。自整角机两类。 单项选择题单项选择题1、力矩式自整角机所拖动的负载一般为仪表指针，属于、力矩式自整角机所拖动的负载一般为仪表指针，属于_同步旋转系统。同步旋转系统。 A. 微功率微功率 B. 小功率小功率 C. 小负载小负载 D. 微负载微负载2、对于功率较大的负载，力矩式自整角机不能达到要求时，可采、对于功率较大的负载，力矩式自整角机不能达到要求时，可采用控制式自整角机，将自整角机接成用控制式自整角机，将自整角机接成_状态。状态。 A. 形形 B. Y形形 C. 变压器变压器 D. 电动机电动机 开滦技师学院五、自整角机位置随动系统五、自整角机位置随动系统开

24、滦技师学院自整角机位置随动系统的组成自整角机位置随动系统的组成（1）自整角机：）自整角机：用于发送信号和接收信号用于发送信号和接收信号（2 2）相敏整流器（放大器）：相敏整流器的功能是将交流）相敏整流器（放大器）：相敏整流器的功能是将交流电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的电压转换为与之成正比的直流电压，并使它的极性与输入的交流电压相位相适应。交流电压相位相适应。（3 3）可逆功率放大器：对大功率随动系统，功率放大器多）可逆功率放大器：对大功率随动系统，功率放大器多采用可逆的晶闸管可控整流器采用可逆的晶闸管可控整流器开滦技师学院自整角机位置随动系统的组成自整角机位置随动系统的组

25、成（4 4）执行机构：）执行机构：作为执行电机，可选用直流伺服电动机或作为执行电机，可选用直流伺服电动机或交流两相异步电动机，在要求高性能时，可采用站惯量直流交流两相异步电动机，在要求高性能时，可采用站惯量直流电动机或宽调速力矩电机。电动机或宽调速力矩电机。（5）减速器：）减速器：减速器对随动系统的工作有重大影响，减速减速器对随动系统的工作有重大影响，减速器速比的选择和分配将影响到系统的惯性矩，并影响到快速器速比的选择和分配将影响到系统的惯性矩，并影响到快速性性开滦技师学院五、自整角机位置随动系统五、自整角机位置随动系统练习：练习： 判断题：判断题：5、自整角机位置随动系统是以自整角机作为位置、自整角机位置随动系统是以自整角