最新-自动控制元件及线路-课件

自动控制元件及线路梅晓榕201901自动控制元件及线路梅晓榕2019011绪论0.1控制元件的作用和分类绪论0.1控制元件的作用和分类2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。从自动控制的发展历史看，最初是控制机械转速。3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。自动控制技术应用广泛。4自动控制技术：自动控制原理自动控制元件及线路常用的元件及线路机械伺服系统

自动控制技术：5导弹发射架控制系统导弹发射架控制系统6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，补偿元件控制系统：采用控制技术的装置，过程。7四大元件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。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（83．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。3．放大元件功能是将微弱信号放大。9执行元件：电动机测量元件：电位器输出量：转角执行元件：电动机10

控制系统功能框图控制系统功能框图110.2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。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12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。本课特点涉及的知识广：130.3电磁学的基本概念与定律0.3.1磁场表示磁场强弱的物理量是磁通，Φ。单位面积的磁通是磁密，B。对某一截面S，设θ是dS法线与磁密B的夹角穿过截面S的磁通Φ为0.3电磁学的基本概念与定律0.3.1磁场14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=μH可以认为磁密B与15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。从物理角度，磁场是由？产生的？16

H与I的关系是:H与I的关系是:170.3.2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180.3.2磁路定律铁心的磁路。0.3.2磁路定律19主磁路与主磁通，漏磁路与漏磁通。主磁路与主磁通，20最新-自动控制元件及线路-课件210.3.3电磁感应定律前面讲磁场是由电流产生的。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220.3.3电磁感应定律

线圈的总磁链

感应电势

0.3.3电磁感应定律23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Ψ=Ψ(t,x)，所以有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24变压器电势旋转（速度）电势最新-自动控制元件及线路-课件25导线切割磁力线产生电势电感不变的线圈导线切割磁力线产生电势260.3.4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。0.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生有两种说法270.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生最准确的解释：电磁力（力矩）是由磁场产生的。0.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生280.3.4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。0.3.4电磁力与电磁转矩1）磁场中的载流导体所受的290.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩300.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩310.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩320.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩330.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩34展开成傅里叶级数，基波为：

2极磁场

4极磁场

2p极磁场展开成傅里叶级数，基波为：350.4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，这被称为电机的可逆原理。分类：直流，交流；大型，中小型，微型；驱动用，控制用。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36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。值得注意的是，371.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）0.5电力381.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1.发现、理论与早期应用（1820-1880）0.5电力392.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。*2.交流电的应用40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。爱迪生，1847-1931，工业革命的年代。413.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。3.微型电动机的应用424.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。4.控制用电动机431990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。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44自动控制元件及线路梅晓榕201901自动控制元件及线路梅晓榕20190145绪论0.1控制元件的作用和分类绪论0.1控制元件的作用和分类46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。从自动控制的发展历史看，最初是控制机械转速。47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。自动控制技术应用广泛。48自动控制技术：自动控制原理自动控制元件及线路常用的元件及线路机械伺服系统

自动控制技术：49导弹发射架控制系统导弹发射架控制系统50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，补偿元件控制系统：采用控制技术的装置，过程。51四大元件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。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（523．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。3．放大元件功能是将微弱信号放大。53执行元件：电动机测量元件：电位器输出量：转角执行元件：电动机54

控制系统功能框图控制系统功能框图550.2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。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56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。本课特点涉及的知识广：570.3电磁学的基本概念与定律0.3.1磁场表示磁场强弱的物理量是磁通，Φ。单位面积的磁通是磁密，B。对某一截面S，设θ是dS法线与磁密B的夹角穿过截面S的磁通Φ为0.3电磁学的基本概念与定律0.3.1磁场58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=μH可以认为磁密B与59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。从物理角度，磁场是由？产生的？60

H与I的关系是:H与I的关系是:610.3.2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620.3.2磁路定律铁心的磁路。0.3.2磁路定律63主磁路与主磁通，漏磁路与漏磁通。主磁路与主磁通，64最新-自动控制元件及线路-课件650.3.3电磁感应定律前面讲磁场是由电流产生的。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660.3.3电磁感应定律

线圈的总磁链

感应电势

0.3.3电磁感应定律67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Ψ=Ψ(t,x)，所以有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68变压器电势旋转（速度）电势最新-自动控制元件及线路-课件69导线切割磁力线产生电势电感不变的线圈导线切割磁力线产生电势700.3.4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。0.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生有两种说法710.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生最准确的解释：电磁力（力矩）是由磁场产生的。0.3.4电磁力与电磁转矩电机、电磁铁中力的产生720.3.4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。0.3.4电磁力与电磁转矩1）磁场中的载流导体所受的730.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩740.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩750.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩760.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩770.3.5圆柱面磁场间的力矩0.3.5圆柱面磁场间的力矩78展开成傅里叶级数，基波为：

2极磁场

4极磁场

2p极磁场展开成傅里叶级数，基波为：790.4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，这被称为电机的可逆原理。分类：直流，交流；大型，中小型，微型；驱动用，控制用。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80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。值得注意的是，811.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）0.5电力821.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